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 دوم · فیزیک

سوال ۵۱ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

سوال ۵۱ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم، 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 ۵۱ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۵۱ · کلید رسمی سازمان سنجش

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

خودرویی در یک سطح افقی درحال حرکت است و از سقف آن آونگی آویزان است. اگر خودرو شتاب رو به جلو داشته باشد و یا اگر خودرو در مسیر دایره‌ای یکنواخت حرکت کند، به‌ترتیب، در هر مورد آونگ به کدام سمت منحرف می‌شود؟

  1. گزینهٔ ۱: رو به جلو ـ به سمت مرکز دایره
  2. گزینهٔ ۲: رو به عقب ـ به سمت مرکز دایره
  3. گزینهٔ ۳: رو به جلو ـ به سمت بیرون دایره
  4. گزینهٔ ۴: رو به عقب ـ به سمت بیرون دایره
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

ملاک حل، تفاوت میان جهت شتاب وزنه و جهت انحراف آن نسبت به نقطهٔ آویز است. طبق قانون دوم نیوتون، نیروی خالص و شتاب هم‌جهت‌اند (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۵۲).

در وضعیت انحراف ثابت نسبت به خودرو، وزنه همراه خودرو حرکت می‌کند. نیروهای وارد بر آن عبارت‌اند از وزن mgmg رو به پایین و کشش نخ TT در امتداد نخ، به سوی نقطهٔ آویز. چون وزن مؤلفهٔ افقی ندارد، مؤلفهٔ افقی کشش نخ باید شتاب افقی وزنه را تأمین کند.

حالت اول: شتاب خودرو رو به جلو است.
وزنه نیز باید شتاب رو به جلو داشته باشد؛ بنابراین مؤلفهٔ افقی کشش نخ باید رو به جلو باشد. چون نخ وزنه را به سوی نقطهٔ آویز می‌کشد، وزنه باید عقب‌تر از نقطهٔ آویز قرار گیرد. پس آونگ نسبت به خودرو رو به عقب منحرف می‌شود. اگر زاویهٔ نخ با قائم را θ\theta بنامیم، داریم:
Tsin⁡θ=maT\sin\theta=ma و Tcos⁡θ=mgT\cos\theta=mg.

حالت دوم: خودرو حرکت دایره‌ای یکنواخت دارد.
در این حرکت، با وجود ثابت بودن تندی، شتاب به سوی مرکز دایره است و نیروی خالص نیز باید رو به مرکز باشد (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۵۲). پس مؤلفهٔ افقی کشش نخ باید به سوی مرکز باشد:
Tsin⁡θ=mv2rT\sin\theta=m\dfrac{v^2}{r}،
که در آن vv تندی وزنه و rr شعاع مسیر دایره‌ای آن است. برای ایجاد این مؤلفه، وزنه باید نسبت به نقطهٔ آویز بیرون‌تر از مرکز دایره قرار گیرد تا نخ آن را به سمت داخل بکشد. بنابراین آونگ به سمت بیرون دایره منحرف می‌شود.

در نتیجه، جهت انحراف به‌ترتیب رو به عقب و به سمت بیرون دایره است.

پاسخ: گزینهٔ ۴

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: ممکن است جهت انحراف آونگ را با جهت شتاب خودرو یکسان بگیرید. در واقع، کشش نخ از وزنه به سوی نقطهٔ آویز است؛ پس برای تأمین شتاب رو به جلو یا رو به مرکز، وزنه باید به‌ترتیب عقب‌تر یا بیرون‌تر از نقطهٔ آویز قرار گیرد.
  • گزینهٔ ۲: در این گزینه، حالت شتاب رو به جلو درست تحلیل شده، اما در حرکت دایره‌ای جهت نیروی مرکزگرا با جهت انحراف وزنه اشتباه گرفته شده است. برای آنکه کشش نخ مؤلفه‌ای رو به مرکز داشته باشد، وزنه باید به سمت بیرون دایره منحرف شود.
  • گزینهٔ ۳: ممکن است تصور کنید با شتاب گرفتن خودرو به جلو، وزنه نیز نسبت به خودرو جلو می‌رود. اما اگر وزنه جلوتر از نقطهٔ آویز باشد، مؤلفهٔ افقی کشش نخ رو به عقب می‌شود و نمی‌تواند شتاب رو به جلوی لازم را ایجاد کند.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. قانون دوم نیوتون و جهت شتاب در حرکت دایره‌ای یکنواخت را مرور کنید؛ تندی ثابت در مسیر دایره‌ای به معنای شتاب صفر نیست (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۵۲).
  2. نیروهای وارد بر وزنه را رسم کنید: وزن رو به پایین و کشش نخ در امتداد نخ به سوی نقطهٔ آویز است. بنابراین، مؤلفهٔ افقی کشش نخ باید شتاب افقی وزنه را تأمین کند.
  3. در هر حالت، جهت شتاب وزنه را مشخص کنید و نخ را طوری در نظر بگیرید که کشش آن مؤلفه‌ای در همان جهت داشته باشد؛ سپس جای وزنه را نسبت به نقطهٔ آویز تعیین کنید.

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 دوم