Szerk
P. 5636. Egy űrszonda a Föld \(\displaystyle v\approx 30~\mathrm{km}/\mathrm{s}\)-os keringési sebességével ellentétes irányban, a Földhöz képest \(\displaystyle nv\) sebességgel (\(\displaystyle n<1\)) eltávolodott a Földtől. További mozgását – jó közelítéssel – csak a Nap gravitációs tere határozza meg.
a) Mekkora az űrszonda pályájának nagytengelye és a numerikus excentricitása?
b) Mekkora lehet \(\displaystyle n\), hogy a szonda maradványai eljussanak a Nap felszínéig?
(Lásd még a Mesterséges égitestek mozgásával kapcsolatos problémák és feladatok c. cikket a honlapon.)
(5 pont)
Almár Iván feladata nyomán
Megoldás. A szonda kezdetben a \(\displaystyle v\) sebességgel mozgó Földhöz képest azzal ellentétes irányban \(\displaystyle nv\) sebességgel távolodik, így sebessége ekkor \(\displaystyle v_0=(1-n)v\) nagyságú és a Naphoz húzott sugárra merőleges irányú (tehát ekkor van a szonda a Naptól legtávolabb).
A szonda teljes mechanikai energiája (a feladatban hivatkozott cikk alapján):
\(\displaystyle E=-\frac{\gamma mM_{\odot}}{2a}, \)
ahol \(\displaystyle \gamma\) a gravitációs állandó, \(\displaystyle M_{\odot}\) a Nap tömege, \(\displaystyle m\) a szonda tömege és \(\displaystyle a\) a pályájának félnagytengelye. \(\displaystyle \gamma\) és \(\displaystyle M_{\odot}\) értékét táblázatokból kikereshetnénk, de egyszerűbb, ha a (közel) körpályán mozgó Föld mozgásegyenletét használjuk fel:
\(\displaystyle \frac{M_{\oplus} v^2}{r_{\oplus}}=\frac{\gamma M_{\oplus} M_{\odot}}{r_{\oplus}^2}, \)
ahol \(\displaystyle M_{\oplus}\) a Föld tömege és \(\displaystyle r_{\oplus}\approx 1{,}5\cdot 10^{11}~\mathrm{m}\) a Föld pályasugara. Ebből rendezéssel:
a) A szonda mechanikai energiáját a naptávoli pontra felírva:
\(\displaystyle \frac{mv_0^2}{2}-\frac{\gamma mM_{\odot}}{r_{\oplus}}=E=-\frac{\gamma mM_{\odot}}{2a}, \)
amiből
Az ábráról leolvasható, hogy \(\displaystyle r_{\oplus}=a+c=a+ea=a(1+e)\), amiből a pálya keresett excentricitása:
b) A szonda maradványai akkor érik el a Nap felszínét, ha \(\displaystyle a-c\leq R_{\odot}\), ahol \(\displaystyle R_{\odot}\approx 7\cdot 10^8~\mathrm{m}\) a Nap sugara. Ez alapján (2) és (3) felhasználásával:
amiből (a feladatban szereplő \(\displaystyle n<1\) feltételt is figyelembe véve) a napfelszín elérésének feltétele:
\(\displaystyle 0{,}904\leq n<1. \)
Kovács Tamás (Szeged, SZTE Báthory István Gyak. Gimn. és Ált. Isk., 11. évf.)
15 dolgozat érkezett. Helyes 8 megoldás. Kicsit hiányos (4 pont) 3, hiányos (1–2 pont) 4 dolgozat.
Program
Időpont: 2026. október 29-30.
Helyszín: Bornemisza Péter Gimnázium (1107 Budapest, Száva u. 1.)
Regisztráció: diákoknak (gmail-es címmel) és felnőtteknek és nem gmail-es címmel diákoknak
Program a teljes cikkben.
A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.
Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!
P. 5715. Egy \(\displaystyle \ell\) hosszúságú fonálinga nehezéke nyugalmi állapotban majdnem a vízszintes talajig ér. Az ingát vízszintes helyzetéig kitérítjük, majd elengedjük. Amikor az inga fonala valamekkora \(\displaystyle \alpha\) szöget zár be a függőlegessel, a fonalat hirtelen elégetjük. Mekkora \(\displaystyle \alpha\) szög esetén repül a nehezék az egyensúlyi helyzetétől legmesszebbre, és mekkora ez a távolság? (A légellenállást hanyagoljuk el.)
Közli: Gnädig Péter, Vácduka
G. 921. Gyerekek egy \(\displaystyle 10^\circ\)-os hajlásszögű hegyoldalon szánkóznak. A hegy alján a lejtő vízszintes felületben folytatódik. A jeges hóréteg mindenütt egyforma, így a súrlódási együttható értéke a lejtőn és a vízszintes felületen megegyezik. A szánkó kezdősebesség nélkül indul el a lejtő tetejéről, majd a lejtő aljára érve tovább csúszik a vízszintes szakaszon, ahol végül megáll. A szánkó harmad annyi idő alatt csúszott le a lejtőn, mint amennyi ideig mozgott a vízszintes szakaszon.
a) Hányszor hosszabb utat tett meg a szánkó a vízszintes szakaszon, mint a lejtőn?
b) Határozzuk meg a csúszási súrlódási együttható értékét!
c) A lecsúszás után az egyik gyerek visszahúzza a kiindulási pontra a szánkót. Hányszor több munkát végez a lejtőn, mint a vízszintes részen történő húzás közben? (A gyerek mindig a talajjal párhuzamos erőt fejt ki, és egyenletesen mozog.)
Tarján Imre fizikaverseny, Szolnok
