Задачи, составленные по пословицам и поговоркам. Решение любой физической задачи является делом увлекательным и крайне полезным. В процессе решения Вы глубже понимаете суть физических явлений и законов, учитесь выделять главное и отбрасывать второстепенное

• Название: Решение любой физической задачи является делом увлекательным и крайне полезным. В процессе решения Вы глубже понимаете суть физических явлений и законов, учитесь выделять главное и отбрасывать второстепенное
• Дата: 05.04.2022
• Размер: 1.18 Mb.
• Имя файла: Задачи, составленные по пословицам и поговоркам.doc
• Тип: Решение; #444763
• страница: 11 из 18

3. Плотность

3.1. 39200 кг/м³ –для сравнения приведем плотность осмия (самого плотного металла) – 22610 кг/м³.

3.2. Нужно измерить массу гири, объем и вычислить плотность по формуле: . Если полученная плотность значительно больше плотности стали, то гиря содержит золото. Масса золотой гири, равной по объему шестнадцатикилограммовой чугунной гире: .

3.3. Яйцо помещается в сливной сосуд, наполненный водой. Выливающаяся из сливного сосуда вода собирается в мензурку. Объем вылившейся воды примерно равен объему яйца. Масса золотого яйца находится по формуле: , где  -плотность золота.

3.4. ρ=10⁶ кг/м³

4. Закон Архимеда

4.1. Условие плавания: m_лg = V_вρ_вg; где V – объем выталкиваемой воды (т.е погруженной части лодки), отсюда V =m_л/ρ_в.

Vв/Vл = m_л/ρ_вVл = 0,9, под водой 0,9 всего объема лодки, следовательно, над водой 0,1 объема лодки. Условие плавания лодки при ее полном погружении: (m_л + V_бρ_в) g = ρ_вV_лg, где V_б – объем балластной воды,

отсюда V_б= V_л – m_л /ρ_в=144 м³ .

4.2. Давление вышележащих слоев воды сжимает корпус лодки. Выталкивающая же сила обусловлена разностью давлений на дно лодки и на ее верхнюю часть. Выталкивающая сила зависит только от объема лодки и не зависит от глубины ее погружения.

4.3. На Егорушку действует архимедова сила. «Потрогать» силу невозможно, так как сила в качестве материального объекта в природе не существует, она предложена как абстрактное понятие для описания взаимодействия между телами.

4.4. H – вес слитка в воде, p₀ - вес слитка в воздухе, тогда p₀=p+Fа.

_; кг

4.5. - условие плавания рыбки

V=V_зол+V_пузыря – объем Рыбки равен сумме объемов пузыря и золота.

;

V_золота.

Таким образом, объем пузыря должен быть в 18,32 раза больше объема всех остальных частей золотой рыбки. Это означает, что рыбка вся состоит практически из одного плавательного пузыря, что, согласитесь не очень красиво.

4.6. (m_св+ρ_H2V_H2)g=V_H2ρ_воздg; . Такой воздушный «шарик» скорее похож на воздушный шар. Понятно, что Вини Пух из мультфильма не смог бы подняться в воздух на тех шариках, которые у него были, так как визуально можно оценить, что их объем явно недостаточен для подъема.

4.7. V= 52,3 м³.

4.8. .

4.9. Море может «гореть», когда на его поверхности разливается горючая жидкость, плотность которой меньше плотности воды (нефть и нефтепродукты).

4.10. F_A=V_T(ρ_{воздуха} - ρ_{водорода})g=15068 Н.

4.11. Голова Буратино будет находиться глубже, чем туловище, так как плотность дуба больше плотности осины.

4.12. Тело плавает тогда, когда сила тяжести равна архимедовой силе. Если Буратино плавает, то архимедова сила не изменяется, соответственно и не изменяется объем вытесняемой воды. И совершенно неважно в какой позе находится Буратино в данный момент.

4.13. В обоих случаях уровень воды понизится. В первом случае ключ утонул, следовательно, его выталкивающая сила уменьшилась. Это связано с тем, что ключик стал вытеснять меньший объем воды. Во втором случае уменьшилась сила тяжести и соответственно уменьшилась выталкивающая сила.

4.14. Мальчик знал, что у нижнего конца дерева плотность больше, чем у верхнего, следовательно, при погружении в воду этот конец будет погружен глубже, чем верхний.

4.15. Под тяжестью собственного веса легкие животного сжимаются и не в состоянии выполнять свои дыхательные функции. Подобное происходит с китами, выброшенными на берег. Если сила тяжести в несколько раз больше земной, то животное может быть просто раздавлено своею силой тяжести.

= 81400 т;

4.16. С увеличением ускорения свободного падения увеличивается давление на подводную часть лодки, при этом эластичный материал сжимается, уменьшается объем каноэ и подъемная сила. Когда архимедова сила становится меньше силы тяжести, лодка начинает тонуть.

4.17. Ныряльщики берут с собой камень для того, чтобы компенсировать действие выталкивающей архимедовой силы. Без камня разведчик всплывет на поверхность и будет обнаружен врагами. Попытки глубокого погружения таким способом заканчиваются неудачно – под действием давления воды у пловца начинает идти кровь через нос и уши.

4.18. Если считать массу коровы равной 200 кг, то: =2 м³.

4.19. Корабль будет плавать, пока сила тяжести не превышает архимедову силу. При повреждении корабля в него просачивается вода, уменьшая тем самым объем вытесняемой кораблем воды и уменьшая выталкивающую силу. Поэтому необходимо соответственное уменьшение силы тяжести.

4.20. От объема шара зависит величина подъемной силы. Через шелк теплый воздух будет уходить, а кожа слишком тяжела для обшивки. Если светильник будет слабым, перепад температуры между наружным и находящимся в шаре воздухом будет небольшим. Разность плотностей будет недостаточной для создания необходимой подъемной силы.

4.21: При погружении бочки в воду на объем ∆V происходит увеличение архимедовой силы на величину силы тяжести двух гномов: . Учитывая, что , получаем 48 см.

4.22. Условие тетушкоплавания заключается в равенстве двух сил, действующих на нее: силы тяжести и архимедовой силы: ; масса тетушки: . Отсюда: = 775. Пожалуй, тетушка, имеющая объем в 775 раз больший, не смогла бы вместиться в комнату, поэтому ее взлет мы отнесем не к действию архимедовой силы, а к волшебству Гарри Поттера.

4.23. Ответ см. в задаче 4.24.

4.24. Космонавта «спасла» архимедова сила. При закачивании воздуха в скафандр, он начинает раздуваться, увеличивается его объем и становится больше выталкивающая наверх сила.

4.25. При надувании объем стенок батискафа увеличивается, увеличивается и архимедова сила, выталкивающая батискаф на поверхность. Чтобы батискаф погрузился, сила тяжести груза должна быть больше архимедовой силы.

При погружении на большую глубину возрастает давление, которое сжимает двойные стенки батискафа. Объем батискафа становится меньше, соответственно уменьшается и подъемная архимедова сила. Когда она становится меньше силы тяжести оболочки, батискаф тонет уже без всякого груза.

4.26. Люди и груз увеличивают силу тяжести, изменение которой компенсируется увеличением архимедовой силы при большем погружении судна в воду: , отсюда 2,7 м.

4.27. Выталкивающая лодку архимедова сила будет тянуть пиратов наверх и не позволит им гулять по дну, как это показано в фильме.

Масса груза, который дополнительно нужно привязать пиратам к лодке равна 340 кг.

5. Простые механизмы

1. 
   Каждый блок полиспаста дает двойной выигрыш в силе 2ⁿ>250 n=8, n-число блоков.
   

5 .2. Доски располагают так, как показано на рисунке. Далее доски меняют местами, и второй преступник перебирается на другую сторону.

5 .3. Чтобы убивать быстрых мух, надо удлинить ручку мухобойки, длинное плечо которой позволит выигрывать у мух в быстроте. При уничтожении «крепких» мух необходим выигрыш в силе, который достигается уменьшением плеча мухобойки.

5.4. Соотношение плеч весов должно быть равным отношению плотностей: L₁/L₂ =  _золота / _меда = 14,4.

5. 
   Гуманоиды победили бы в тяжелой атлетике. В беге и в футболе они проиграли бы из-за недостаточной быстроты. В гребле у всех были бы равные шансы, так как недостаток тягового усилия людей и недостаток быстроты гуманоидов можно компенсировать подбором плеч весел. В этом случае исход встречи зависел бы от выносливости, т.е. способности развивать большую мощность на достаточно длинный промежуток времени.
   

5.6. Чем дальше от центра тяжести бревна, тем плечо больше, а сила, которую необходимо приложить для преодоления силы тяжести, меньше.

6. Теплопередача

6.1. Снег не греет, а сохраняет тепло, так как обладает низкой теплопроводностью.

6.2. Косматая шерсть пса содержит между шерстинками воздух, который является теплоизолятором и препятствует теплообмену между телом пса и окружающей средой.

6.3. Дольше всех будет «жить» Петрович, так как шуба лучше пиджака препятствует доступу весеннего тепла к его телу. Быстрее всех растает Александрович, который ничем не защищен от доступа внешнего тепла к своему телу.

6.4. Снег обладает низкой теплопроводностью и предохраняет озимые от вымерзания в сильные морозы.

6.5. Теплее всех будет Наф-Нафу, так как его дом обладает лучшей теплоизоляцией, холоднее всего – Нуф-Нуфу, так как его гараж имеет отличную теплопроводность и не сохранит внутри тепло в холодную погоду.

6.6. Ниф-Ниф перестанет ходить в баню, так как невозможно париться на стальном полке. Это объясняется тем, что благодаря хорошей теплопроводности металла, в место соприкосновения металла с кожей продолжает поступать энергия с соседних участков металла. В результате кожа нагревается и получается ожог. В случае соприкосновения деревянного полка с кожей, место соприкосновения охлаждается, а подвод тепла от соседних участков незначителен из-за низкой теплопроводности дерева. Именно поэтому в бане стальная поверхность кажется всегда более горячей, чем деревянная, хотя их температуры одинаковы.

6.7. Рыцарь Ганс замерз по дороге, так как отдал все свое тепло в окружающую среду, благодаря хорошей теплопроводности металлических доспехов.

6.8. Солнце и печка согревают воздух путем теплопередачи, а платье препятствует теплопередаче, т.е. не согревает, а лишь сохраняет тепло.

6.9. В процессе теплопередачи часть теплоты теряется при охлаждении металла окружающим воздухом. При достаточно длинной кочерге повышение температуры на противоположном от огня конце невелико.

6.10. Нагревание предметов, находящихся сбоку от пламени пожара, осуществляется через излучение. Темные тела лучше поглощают тепловые лучи и сильнее нагреваются. Именно поэтому черные голенища сапог сильно греются. При смачивании вода испаряется и охлаждает смачиваемую поверхность.

6.11. Видимо, погреб Емели занесло снегом, являющимся отличным теплоизолятором, сохраняющим тепло в яме, а погреб Еремы, защищенный от снега крышей, промерз.

6.12. Капля перешла из жидкого состояния в твердое, при этом произошло выделение теплоты, поэтому тепла в мире «не поубавилось», а «прибавилось».

6.13. Снег в городе всегда более грязный, чем в деревне. Грязный снег лучше поглощает тепловое излучение Солнца и быстрее тает.

6.14. Для того, чтобы Снегурочка растаяла, необходимо количество теплоты Q₂=m(λ +с∆t) = 2,1∙10⁷ Дж. Предположим, что Снегурочка может бегать в скоростном диапазоне от 10 м/с (спринтер-рекордсмен) до 0,5 м/с. Предположим также, что ширина костра 1 м, таким образом, Снегурочка находилась над костром максимум 2 с (в экстремальной ситуации, когда она не перепрыгнула костер, а медленно по нему прошла). Будем считать, что за это время вся излучаемая теплота поглощается Снегурочкой (на самом деле поглощаемая мощность значительно меньше).

Тогда Q₁=N∙t=2∙10⁴ Дж < Q₂, этого явно недостаточно для того, чтобы Снегурочка растаяла.

6.15. Благодаря огромной удельной теплоемкости гуманоид поглощает большое количество теплоты в дневное время, которое ночью, во время заморозков, передается воздуху в теплице.

В действительности для предохранения от заморозков в теплице оставляют емкость с водой.

6.16. t=(m₁t₁+200m₂t₂)/(200m₂+m₁) = 88˚C, где m₁=SV – масса воды.

6.17. P= = 540 кВт.

6.18. t= =500 с. Но это при условии, что вся выдыхаемая животным теплота тратится на плавление металла, что, конечно, совсем не так. Поэтому дракону понадобится значительно больше времени.

6.19. Уравнение теплового баланса имеет вид:

m₁c₁(t-t₁)=m₂C₂(t-t₂); .

Теплопотери не позволят нагреть море, но даже без учета теплопотерь на нагрев моря пришлось бы потратить очень много времени. Если гвоздь охлаждать в воде с частотой 1 раз/с, на нагревание только1 км³ воды на ту же температуру нам потребуется более 30 000 лет.

6.20. Пламя горна должно нагреться до температуры 1064С – температуры плавления золота, самого тугоплавкого металла из перечисленных. Количество теплоты подсчитывается по формуле: . Условно считая массу каждого металла равной 1 кг, получаем следующее количество теплоты: для стали – 774 кДж; для железа – 968,7 кДж; для серебра – 322,5 кДж; для золота – 202,7 кДж. Больше всего энергии тратится на плавление железа.

6.21. Так как отвердевание сопровождается выделением теплоты.

6.22. t₁= время работы Коли. t₃= время, которое потребуется Ване, который правильно выбрал деталь и получил «пятерку».

6.23. , отсюда = 25,5 часа. Такой долгой будет эта битва. =2250 богатырей. Скорее всего, богатыри не смогут одновременно вступить в бой, так как им просто не хватит места возле Горыныча. Отсюда можно сделать вывод, что Змей продержится значительно дольше десяти минут.