Mifano ya maswali kuhusu Nishati ya Mitambo

Mifano 6 ya Maswali ya Nishati ya Mitambo

Nadharia ya kazi-nishati ya mitambo

1. Angalia picha ifuatayo ya uhamishaji wa block! Tuseme g = 10 m/s ² . Ikiwa mgawo wa msuguano wa kinetiki kati ya block na sakafu ni μ k = 0,5, basi thamani ya uhamishaji wa kitu ni ….

A. mita 5,00

B. mita 4,25

C. 3,00 m

D. mita 2,50

M. mita 2,00

Majadiliano

Inajulikana kwamba :

Mgawo wa msuguano wa kinetiki ( μ k) = 0,5

Uzito wa vitalu (m) = kilo 4

Kuongeza kasi kutokana na uvutano (g) = 10 m/s ²

Uzito wa block (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton

Ikiwa kizuizi kiko kwenye uso tambarare, basi nguvu ya kawaida (N) = uzito (w) = 40 Newtons.

Kasi ya awali (v ₁ ) = 5 m/s

Kasi ya mwisho (v ₂ ) = 0 m/s

Aliuliza : uhamisho wa kitu (vitu)?

Jibu :

Nadharia ya nishati ya kazi-mitambo inasema kwamba kazi (W) inayofanywa na nguvu isiyo ya kihafidhina ni sawa na mabadiliko katika nishati ya mitambo ya kitu au nishati ya mwisho ya mitambo (EM ₂ ) - nishati ya awali ya mitambo (EM ₁ ). Msuguano wa kinetiki ni nguvu isiyo ya kihafidhina na nguvu pekee isiyo ya kihafidhina inayofanya kazi kwenye kizuizi ni nguvu ya msuguano wa kinetiki.

W = Δ EM

f _k s = EM ₂ – EM ₁

Kazi inayofanywa kwa msuguano wa kinetiki:

W = f _ks = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = sekunde 20

Mabadiliko katika nishati ya mitambo:

Δ EM = EM ₂ – EM ₁ = (EK + EP) ₂ – (EK + EP) ₁

Kitu husogea kwenye uso tambarare na hakipati mabadiliko katika urefu ( Δ h = 0) kwa hivyo hakuna mabadiliko katika nishati ya uwezo wa uvutano ( Δ EP = EP ₂ - EP ₁ = 0). Kwa hivyo mabadiliko katika nishati ya mitambo yanahusisha tu mabadiliko katika nishati ya kinetiki.

Δ EM = EK ₂ – EK ₁ = ½ mv ₂ ² – ½ mv ₁ ² = ½ m (mst ₂ ² – v ₁ ² )

Δ EM = ½ (4) (0 ² - 5 ² ) = (2) (25) = 50

Uhamisho wa block ni:

W = Δ EM

Sekunde 20 = 50

s = 50 / 20 = mita 2,5

Jibu sahihi ni D.

Sheria ya uhifadhi wa nishati ya mitambo

2. Vitu A na B vina uzito sawa. Kitu A huanguka kutoka urefu wa mita h na B huanguka kutoka mita 2. Ikiwa A itagonga ardhi kwa kasi ya vm/s, basi kitu B kitagonga ardhi kwa nishati ya kinetiki ya….

A. 2 mv ²

B. mv ²

C. 3/4 mv ²

D. 1/2 mv ²

E. 1/4 mv ²

Majadiliano

Kasi ya mwisho ya kitu B ambayo huanguka kwa uhuru kutoka urefu wa saa 2 ni:

v ² = 2 g (saa 2) = 4 gh

Nishati ya kinetiki ya kitu B ni:

EK _B = ½ mv ² = ½ m (4 gh) = 2 mph —– Mlinganyo 1

Nishati ya awali ya mitambo ya kitu B ni nishati ya uwezo wa uvutano = mg h. Nishati ya mwisho ya mitambo ya kitu B ni nishati ya kinetiki = ½ mv ².

Sheria ya uhifadhi wa nishati ya mitambo :

mg = ½ mv ².

Kwa kuwa mgh = ½ mv ² basi tunaweza kubadilisha mgh katika mlinganyo 1 na ½ mv ².

Nishati ya kinetiki ya kitu B = 2 mph = 2(½ mv ² ) = mv ²

Jibu sahihi ni B.

3. Tazama picha iliyo hapa chini! Kitu kinaanguka kwa uhuru kutoka urefu wa mita 20. Ikiwa kasi inayotokana na uvutano ni mita 10/s, basi kasi ya kitu kinapokuwa mita 15 juu ya ardhi ni….

A. 2 m/s

B. 5 m/s

C. 10 m/s

D. 15 m/s

E. 20 m/s

Majadiliano

Nishati ya mwisho ya mitambo = nishati ya awali ya mitambo

Nishati ya kinetiki ya kitu katika nukta ya 2 = kupungua kwa nishati ya uwezo wa uvutano kwa mita 5

½ mv ² = mgh

Nusu dhidi ya ² = (10)(20-15)

Nusu dhidi ya ² = (10)(5)

Nusu dhidi ^{ya 2} = 50

v ² = (2)(50)

v ² = 100

v = 10 m/s

Jibu sahihi ni C.

4. Kizuizi kimeshikiliwa juu ya mteremko kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro. Kizuizi kinapoachiliwa, huteleza bila msuguano kando ya mteremko. Kasi ya kizuizi inapofika chini ya mteremko ni…

A. 6 ms^-1

B. 8 ms ^-1

C. 10 ms ^-1

D. 12 ms ^-1

E. 16 ms ^-1

Majadiliano

Nishati ya awali ya mitambo = nishati inayowezekana ya uvutano = mgh = m (10)(5) = 50 m

Nishati ya mwisho ya mitambo = nishati ya kinetiki = 1/2 mv ²

Sheria ya uhifadhi wa nishati ya mitambo inasema kwamba nishati ya awali ya mitambo = nishati ya mwisho ya mitambo.

EM _o = EM _t

50 m = 1/2 mv ²

50 = 1/2 dhidi ya ²

2 (50) = v ²

100 = v ²

v = 10 m/s

Jibu sahihi ni C.

5. Kizuizi chenye uzito wa kilo m kinatolewa kutoka urefu wa mita h juu ya ardhi kama inavyoonyeshwa kwenye picha. Uwiano wa nishati inayowezekana (EP) na nishati ya kinetiki (EK) unapokuwa katika nukta M ni….

A. 1: 3

B. 1: 2

C. 2: 1

D. 2: 5

M. 3: 7

Majadiliano

Nishati ya uwezo wa mvuto katika sehemu ya M:

EP _M = mg (saa 0,3)

Nishati ya kinetiki katika nukta M = kupungua kwa nishati ya uwezo wa mvuto kwa h-0,3h = saa 0,7

EK _M = EP = mg (saa 0,7)

Uwiano wa nishati ya uwezo wa uvutano na nishati ya kinetiki katika nukta M ni:

EP _M : EK _M

mg (saa 0,3): mg (saa 0,7)

0,3: 0,7

3: 7

Jibu sahihi ni E.

6. Tazama picha ya kitu A kikianguka kwa uhuru kutoka sehemu P hapa chini!

Ikiwa EP _Q na EK _Q ni nishati inayowezekana na nishati ya kinetiki katika nukta Q mtawalia (g = 10 m/s ² ), basi EP _Q : EK _Q ni….

A. 16: 9

B. 9: 16

C. 3: 2

D. 2: 3

M. 2: 1

Majadiliano

Nishati ya uwezo wa mvuto katika hatua ya Q:

EP _Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m

Nishati ya kinetiki katika hatua Q = kupungua kwa nishati ya uwezo wa mvuto kwa 5-1,8 = mita 3,2

EK _Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = m 32

Uwiano wa nishati ya uwezo wa uvutano na nishati ya kinetiki katika nukta Q ni:

EP _Q : EK _Q

Mita 18: mita 32

18: 32

9: 16

Chanzo cha swali:

Maswali ya Fizikia ya Mtihani wa Kitaifa kwa Shule ya Upili ya Wazee/Shule ya Upili ya Ufundi