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 (μk) = 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)₁Msuguano wa kinetiki ni nguvu isiyo ya kihafidhina na nguvu pekee isiyo ya kihafidhina inayofanya kazi kwenye kizuizi ni msuguano wa kinetiki.

W= ΔEM

f_k s = EM₂ - EM₁

Kazi inayofanywa kwa msuguano wa kinetiki:

W = f_k s = (μk)(N)(s) = (0,5)(40)(s) = sekunde 20

Mabadiliko katika nishati ya mitambo:

ΔEM = EM₂ - EM₁ = (EK + EP)₂ – (EK + EP)₁

Vitu husogea kwenye uso tambarare na havipati mabadiliko katika urefu (Δh = 0) kwa hivyo hakuna mabadiliko katika nishati ya uwezo wa uvutano (ΔEP = EP₂ -EP₁ = 0). Kwa hivyo mabadiliko katika nishati ya mitambo yanahusisha tu mabadiliko katika nishati ya kinetiki.

ΔEM = EK₂ - EK₁ = ½ mv₂² – ½ mv₁² = ½ m (v₂² - v₁²)

ΔEM = ½ (4)(0² - 5²) = (2)(25) = 50

Uhamisho wa block ni:

W= ΔEM

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 mv²

B. mv²

C. 3/4 mv²

D. 1/2 mv²

E. 1/4 mv²

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 mv² = 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 mv².

Sheria ya uhifadhi wa nishati ya mitambo :

mg = ½ mv².

Kwa sababu mg = ½ mv² kisha tunaweza kubadilisha mgh katika mlinganyo wa 1 na ½ mv².

Nishati ya kinetiki ya kitu B = 2 mph = 2(½ mv)²) = mv²

Jibu sahihi ni B.

3. Tazama picha iliyo hapa chini! Kitu huanguka kwa uhuru kutoka urefu wa mita 20. Ikiwa kasi inayotokana na uvutano ni mita 10/s, basi kasi ya kitu hicho 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 mv² = mgh

½ v² = (10)(20-15)

½ v² = (10)(5)

½ v² = 50

v² = (2)(50)

v² = 100

v = 10 m/s

Jibu sahihi ni C.

4. Kizuizi kimeshikiliwa juu ya ndege iliyoinama 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 mv²

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 mchoro. Uwiano wa nishati inayowezekana (EP) na nishati ya kinetiki (EK) wakati iko 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 nukta P hapa chini!

Ikiwa EP_Q na EK_Q kila moja ni nishati inayowezekana na nishati ya kinetiki katika nukta Q (g = 10 m/s²), kisha 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) = mita 18

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