دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · فیزیک

سوال ۴۹ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول با پاسخ تشریحی

سوال ۴۹ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۴۹ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · سوال ۴۹ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۲: دینامیک و حرکت دایره‌ای

روی سطح افقی بدون اصطکاک، جسمی به جرم ۸۰۰ گرم با تندی 5 ms5\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} به سمت غرب در حرکت است. نیروی ثابت 2 N2\,\mathrm{N} به‌طور پیوسته به سمت شرق بر جسم وارد می‌شود تا جسم متوقف شود و سپس به همان تندی 5 ms5\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} به سمت شرق برسد. زمان اثر این نیرو چند ثانیه است؟

  1. گزینهٔ ۱: ۱
  2. گزینهٔ ۲: ۲
  3. گزینهٔ ۳: ۴
  4. گزینهٔ ۴: ۸
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

۱. تعیین نیروی خالص و شتاب

روی سطح افقی بدون اصطکاک، وزن و نیروی عمودی سطح در راستای قائم یکدیگر را خنثی می‌کنند؛ بنابراین نیروی خالص، همان نیروی افقی 2 N2\,\mathrm{N} به سمت شرق است. مطابق قانون دوم نیوتون، شتاب در جهت نیروی خالص است و از رابطهٔ Fnet=maF_{\mathrm{net}}=ma به دست می‌آید (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۳۲).

ابتدا جرم را به کیلوگرم تبدیل می‌کنیم:
m=800 g=0.8 kgm=800\,\mathrm{g}=0.8\,\mathrm{kg}

پس با انتخاب شرق به‌عنوان جهت مثبت داریم:
a=Fnetm=20.8=2.5 m/s2a=\frac{F_{\mathrm{net}}}{m}=\frac{2}{0.8}=2.5\,\mathrm{m/s^2}

۲. تعیین تغییر سرعت با توجه به جهت‌ها

سرعت اولیه به سمت غرب و سرعت نهایی به سمت شرق است؛ بنابراین:
vi=−5 m/s,vf=+5 m/sv_i=-5\,\mathrm{m/s},\qquad v_f=+5\,\mathrm{m/s}

با وجود برابر بودن تندی‌های ابتدا و انتها، سرعت‌ها برابر نیستند، زیرا جهتشان متفاوت است. پس:
Δv=vf−vi=5−(−5)=10 m/s\Delta v=v_f-v_i=5-(-5)=10\,\mathrm{m/s}

۳. محاسبهٔ زمان کل اثر نیرو

چون نیرو و جرم ثابت‌اند، شتاب نیز در تمام مدت ثابت می‌ماند. از رابطهٔ حرکت با شتاب ثابت استفاده می‌کنیم:
vf=vi+at⇒t=vf−via=102.5=4 sv_f=v_i+at\quad\Rightarrow\quad t=\frac{v_f-v_i}{a}=\frac{10}{2.5}=4\,\mathrm{s}

این زمان شامل هر دو مرحله است: جسم ابتدا در مدت 2 s2\,\mathrm{s} متوقف می‌شود و سپس در مدت 2 s2\,\mathrm{s} دیگر به تندی خواسته‌شده در جهت شرق می‌رسد. در لحظهٔ توقف فقط سرعت صفر است؛ نیرو و شتاب همچنان به سمت شرق‌اند.

پاسخ: گزینهٔ ۳

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: ممکن است این گزینه از اشتباه در تبدیل جرم یا محاسبهٔ شتاب به دست آید. با شتاب 2.5 m/s22.5\,\mathrm{m/s^2}، در مدت 1 s1\,\mathrm{s} حتی جسم متوقف هم نمی‌شود.
  • گزینهٔ ۲: این گزینه زمان رسیدن جسم به سکون، یعنی t=5/2.5=2 st=5/2.5=2\,\mathrm{s}، است. نیرو پس از توقف نیز اثر می‌کند و زمان لازم برای رسیدن به تندی خواسته‌شده در جهت شرق هم باید حساب شود.
  • گزینهٔ ۴: ممکن است دانش‌آموز پس از محاسبهٔ زمان تغییر سرعت از غرب به شرق، آن را دوباره دو برابر کند. رابطهٔ t=(vf−vi)/at=(v_f-v_i)/a با سرعت‌های علامت‌دار، هر دو مرحلهٔ کندشدن و تندشدن را دربر می‌گیرد و نیازی به دو برابر کردن نتیجه نیست.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. قانون دوم نیوتون را مرور کنید: شتاب در جهت نیروی خالص است، نه لزوماً در جهت حرکت جسم (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۳۲).
  2. شرق را جهت مثبت بگیرید؛ در این صورت سرعت اولیه منفی و سرعت نهایی مثبت است. جرم را به کیلوگرم تبدیل کنید و شتاب ثابت را از a=Fnet/ma=F_{\mathrm{net}}/m به دست آورید.
  3. در رابطهٔ t=(vf−vi)/at=(v_f-v_i)/a، تغییر سرعت را به‌صورت 5−(−5)5-(-5) قرار دهید. این رابطه زمان کل حرکت، پیش و پس از توقف، را به دست می‌دهد.

فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۲: دینامیک و حرکت دایره‌ای

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «دینامیک و حرکت دایره‌ای» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فیزیک · ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول