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 ۱۴۰۵ · فیزیک

سوال ۵۵ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

سوال ۵۵ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۵، 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 ۵۵ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۵۵ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۳: نوسان و موج

معادلهٔ حرکت هماهنگ سادهٔ در SI به صورت x=0/04cos⁡500tx=0/04\cos 500t است. در هر دوره چند میلی‌ثانیه، بردار سرعت و بردار مکان نوسانگر هم‌جهت و هر دو در خلاف جهت محور xx هستند؟

  1. گزینهٔ ۱: ۲
  2. گزینهٔ ۲: ۱
  3. گزینهٔ ۳: π\pi
  4. گزینهٔ ۴: 2π2\pi
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

۱. تعیین دورهٔ نوسان
با مقایسهٔ معادلهٔ داده‌شده، x=0.04cos⁡(500t)x=0.04\cos(500t)، با رابطهٔ x=Acos⁡(ωt)x=A\cos(\omega t)، بسامد زاویه‌ای برابر است با:
ω=500 rad/s\omega=500\,\mathrm{rad/s}
طبق رابطهٔ ω=2π/T\omega=2\pi/T در کتاب داریم (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۶۳):
T=2πω=2π500 s=4π msT=\frac{2\pi}{\omega}=\frac{2\pi}{500}\,\mathrm{s}=4\pi\,\mathrm{ms}

۲. تشخیص بخش مناسب حرکت
برای اینکه بردار مکان و بردار سرعت هر دو خلاف جهت مثبت محور xx باشند، باید هم‌زمان x<0x<0 و v<0v<0 برقرار باشند؛ یعنی نوسانگر در سمت منفی تعادل باشد و به سوی انتهای منفی حرکت کند.
در حرکت کسینوسیِ داده‌شده، جسم در لحظهٔ آغاز در x=+Ax=+A است. پس از یک‌چهارم دوره از تعادل می‌گذرد و در نیم‌دوره به x=−Ax=-A می‌رسد. بنابراین تنها در بازهٔ T4<t<T2\frac{T}{4}<t<\frac{T}{2}، مکان منفی است و مقدار مکان نیز با زمان کاهش می‌یابد؛ پس سرعت هم منفی است. این ترتیب حرکت از نمودار کسینوسی کتاب و توضیح نقاط بازگشت به دست می‌آید (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۶۳).
در ابتدای این بازه بردار مکان صفر است و در انتهای آن سرعت صفر می‌شود؛ حذف این دو لحظه، طول بازهٔ زمانی را تغییر نمی‌دهد.

۳. محاسبهٔ مدت موردنظر
Δt=T2−T4=T4=4π4 ms=π ms\Delta t=\frac{T}{2}-\frac{T}{4}=\frac{T}{4}=\frac{4\pi}{4}\,\mathrm{ms}=\pi\,\mathrm{ms}
پس در هر دوره، مدت هم‌جهت‌بودن این دو بردار در جهت منفی محور برابر با π\pi میلی‌ثانیه است.

پاسخ: گزینهٔ ۳

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: ممکن است با محاسبهٔ 1/ω1/\omega و تبدیل آن به میلی‌ثانیه، مقدار 2 ms2\,\mathrm{ms} به دست آید؛ اما 1/ω1/\omega دورهٔ نوسان نیست و مدت موردنظر باید از رابطهٔ T/4T/4 محاسبه شود.
  • گزینهٔ ۲: ممکن است دانش‌آموز به‌اشتباه دوره را T=2/ωT=2/\omega بگیرد و سپس یک‌چهارم آن را محاسبه کند و به 1 ms1\,\mathrm{ms} برسد. رابطهٔ درست دوره T=2π/ωT=2\pi/\omega است و عامل π\pi نباید حذف شود.
  • گزینهٔ ۴: مقدار 2π ms2\pi\,\mathrm{ms} برابر نصف دوره است؛ ممکن است دانش‌آموز فقط منفی‌بودن مکان یا فقط منفی‌بودن سرعت را در نظر گرفته باشد. هم‌زمانی این دو شرط تنها در یک‌چهارم دوره برقرار است.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. نمودار مکان ـ زمانِ کسینوسی و رابطهٔ بسامد زاویه‌ای با دوره را به یاد بیاورید؛ این مطالب در فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۶۳ آمده‌اند.
  2. شرط مسئله یعنی هم مکان منفی باشد و هم حرکت در جهت منفی محور انجام شود؛ پس باید بخش زیر محور زمان را پیدا کنید که نمودار مکان ـ زمان در آن نزولی است.
  3. نوسانگر از انتهای مثبت شروع می‌کند. بازهٔ موردنظر از نخستین عبور از تعادل تا رسیدن به انتهای منفی است؛ این مدت را برحسب دوره بنویسید و سپس با استفاده از ضریب زمان در معادله، به میلی‌ثانیه تبدیل کنید.

فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۳: نوسان و موج

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «نوسان و موج» 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 ۱۴۰۵