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
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
12. ОСНОВЫ ДИНАМИКИ 12.1. «Вожатая рванула электрический тормоз, вагон сел носом в землю, после этого мгновенно подпрыгнул, и с грохотом и звоном из окон полетели стекла». (М. Булгаков, «Мастер и Маргарита») Почему при резком торможении трамвая из его окон полетели стекла? Куда они полетели – по ходу трамвая или против него? 12.2. Обоснуйте справедливость русской пословицы: «Коси коса, пока роса - роса долой, коса домой». Почему при росе косить легче? 12.3а. В фантастическом рассказе Герберта Уэллса стали выполняться все пожелания молодого человека, который захотел, чтобы Земля остановила свое вращение. Что произошло, когда выполнилось это необдуманное желание? (Ответ см. в задаче 11.3б). 12.3б. «Он стал в повелительную позу, простер руки над миром и торжественно произнес: – Земля, остановись! Перестань вращаться! Не успел он договорить эти слова, как приятели уже летели в пространство со скоростью нескольких дюжин миль в минуту. …неслись камни, обломки зданий, металлические предметы разного рода; летела какая-то несчастная корова, разбившаяся при ударе о землю. Ветер дул со страшной силой». (Герберт Уэллс) Почему вдруг все предметы сорвались со своих мест? 12.4а. В рассказе С. Лема «Испытание» во время полета курсанта Пиркса муха замкнула провода рубильника и, сгорев, продолжала их соединять, нарушая при этом систему электропитания космического корабля. Чтобы не врезаться в Луну у Пиркса есть считанные секунды, до рубильника ему не добраться. Что сделал пилот, чтобы спастись от гибели? 12.4.б. «Он бросился на рычаг кратковременных ускорений, до 10g, рванул – ударился об пол. Он потянул за рычаг еще раз. Такой страшный мгновенный рывок ракеты! Предохранитель звякнул, мигание прекратилось, кабину залил нормальный, спокойный свет лампы». Объясните, почему муха выпала из межпроводного пространства. 12.5. «Кабы знал, где упасть, так соломки бы постелил». (Русская пословица) Почему на соломку, в воду или в снег всегда приятнее падать, чем на землю, асфальт или бетон? 12.6. «Сани заартачились, оттого и лошадь стала». (Русская пословица) Эта пословица подтверждает следующее рассуждение: по третьему закону Ньютона сани с такой же силой действуют на лошадь, с какой лошадь тянет сани, но в противоположном направлении, таким образом равнодействующая сил равна нулю, и как бы лошадь ни старалась, она не сможет сдвинуть сани. В чем заключается ошибка этих рассуждений? 12.7. Я изобрел шесть средств Подняться в мир планет! …Сесть на железный круг И, взяв большой магнит, Его забросить вверх высоко, Докуда будет видеть око; Он за собой железо приманит, – Вот средство верное! А лишь он вас притянет, Схватить его и бросить вверх опять, – Так подниматься он бесконечно станет! (Э. Ростан, «Сирано де Бержерак») Почему столь интересный способ принципиально не годится для межпланетных путешествий? 12.8. …Слезает Святогор с добра коня, Ухватил он сумочку1 обеими руками, Поднял сумочку повыше колен. И по колено Святогор в землю угряз, А по белу лицу не слезы, а кровь течет. Где Святогор угряз, тут и встать не смог, Тут ему и было кончение… (из русской народной былины) Почему Святогор не смог поднять землю «за сумочку»? 12.9. «На броненосце «Орел» случилось несчастье. Хотя в тот момент, когда нужно было бросить якорь, на корабле застопорили машину, но железная громадина в пятнадцать тысяч тонн продолжала двигаться по инерции вперед. Правый якорный канат не выдержал такой тяжести и лопнул». (Новиков-Прибой, «Цусима») Что должен был сделать капитан, чтобы остановить броненосец? Что имеется в виду под «тяжестью», которая заставила лопнуть канат? 12.10. «В одиннадцатом часу вечера молочные братья, кренясь под тяжестью двух больших гирь, шли по направлению к конторе. Паниковский нес свою долю обеими руками, выпятив живот и радостно пыхтя… Здоровяк Балаганов держал гирю на плече. Иногда Паниковский никак не мог завернуть за угол, потому что гиря по инерции продолжала тащить его вперед. Тогда Балаганов свободной рукой придерживал Паниковского за шиворот и придавал его телу нужное направление». (И.Ильф и Е.Петров, «12 стульев») Объясните описанный эпизод с физической точки зрения. Как изменилась бы картина, если бы подобное происходило на Луне, где сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле? 12.11. «Что совой о пень, что пнем о сову, а все больно». (Русская пословица) Какой физический закон «виноват» в том, что сове больно в обоих случаях? 12.12. «Нога споткнется, а голове достается». (Русская пословица) Почему, запинаясь, человек падает головой вперед? 12.13. «Саночки-самокаточки, а без коня нельзя». (Русская пословица) Благодаря какой силе, саночки-самокаточки не могут катиться без коня по горизонтальной поверхности? 12.14. С. Лем в фантастическом рассказе «Дознание» говорит о космическом корабле, тяга которого «порядка десяти тысяч тонн». Что под этим мог подразумевать автор? Какое ускорение может получить корабль при такой тяге, если его масса равна 10000 т; 2000 т? 12.15. «Вол налогом берет (медленно тянет – прим. А.У.), конь – урывом». (Русская пословица) Кто тянет с большим ускорением? 12.16. «Брошенный вверх камень на твою же голову упадет». (Монгольская пословица) С какой минимальной скоростью надо бросить камень (исключая нулевую), чтобы он не упал на твою голову, на головы других людей и вообще не упал? 12.17. В романе Х. Клемента «Экспедиция «Тяготение» космонавт так описывает корабль жителей планеты Месклин, где сила тяжести в 700 раз больше, чем на Земле: – Корабль… «составлен из множества плотиков примерно фута на полтора длиной, связанных между собой таким образом, что каждый из них двигается достаточно свободно… Я догадываюсь, для чего это нужно» А вы догадались? 12.18. …Планета напоследок притянула, Прижала, не рискуя отпускать, И килограммы превратились в тонны. Глаза, казалось вышли из орбит, И правый глаз впервые, удивленно Взглянул на левый, веком не прикрыт. Мне рот заткнул – не помню – крик ли, кляп ли. Я рос из кресла, как с корнями пень. Вот сожрала все топливо до капли И отвалилась первая ступень. Там, подо мной, сирены голосили, Не знаю, хороня или храня, А здесь надсадно двигатели взвыли И из объятий вырвали меня. Приборы на земле угомонились, Вновь чередом своим пошла весна, Глаза мои на место возвратились, Исчезли перегрузки – тишина. (В. Высоцкий) Объясните, с точки зрения физики, описанные космонавтом стартовые ощущения. 12.19. Великий астролог Марс Зодиакович Завирушкин утверждает, что все звезды оказывают на человека существенное воздействие. Во сколько раз отличается гравитационное притяжение тела великого астролога к ближайшей звезде, равной по массе Солнцу (М=2∙1030 кг), находящейся на расстоянии 4∙1016 м, от гравитационного притяжения к налоговому инспектору, который пришел к магу с официальным визитом и находится за входной дверью на расстоянии 10 метров от астролога. 12.20. «Рыцарь снова обернулся к Алисе и торжественно заявил: – Желаю встать перед вами на колено. – Нельзя, ваша милость, – сказал оруженосец, – у вас левое колено заржавело». (Кир Булычев. «Миллион приключений») Почему Рыцарь не сможет встать перед дамой на колени? Что нужно сделать Рыцарь, чтобы все-таки выполнить свое желание? 12.21. «Корабли спускают, так салом подмазывают». (Русская пословица) Для чего подмазывали салом корабли? 12.22. «Как высоко пыль ни бросай – вниз падает, как ни опрокидывай светильник – пламя вверх стремится». (Монгольская пословица) Укажите силы, действующие на пыль и на нагретый воздух пламени. Куда направлена равнодействующая сил в первом и во втором случае? 11.23. В рассказе А. Кларка «Солнечный ветер» рассказывается о гонках космических яхт с солнечными «парусами», где на парус оказывает давление солнечный свет. Автор так описывает старт: «Семь сверкающих ножей перерезали семь тонких линий, привязывавших яхты к базам. На «Диане» как будто ничего не изменилось. Но Мертон знал, что это не так. Хотя он не ощущал тяги, приборная доска говорила ему, что ускорение приближается к одной тысячной g. При таком ускорении после двух кругов он разовьет достаточную скорость, чтобы покинуть околоземную орбиту. А затем, подгоняемый всей мощью Солнца, он пойдет курсом на Луну». Почему ракете необходимо большое ускорение для выхода с околоземной орбиты, а яхте с солнечными парусами достаточно столь мизерного ускорения? 1  2.24. «Немного есть комнатных игр, в которые можно играть в космосе; долго играли в карты и шахматы, пока какой-то англичанин не догадался, что в условиях невесомости лучше всего метать дротики. Дистанцию между игроком и мишенью увеличили до 10 метров. В остальном игра не изменилась».(А.Кларк, «Пески Марса») В чем состоит своеобразие игры в дротики в условиях невесомости? Почему дистанцию до мишени увеличили? Как надо кидать дротик (целиться в точку А, В или в центр мишени), если ракета вращается вокруг своей оси, а помещение расположено так, как показано на рисунке? *** 12.25.٭ Чему равно трение покоя репки в земле, если Дедка может создавать усилие в 200 Н, а усилие каждого последующего персонажа вдвое меньше, чем у предыдущего? 12.26.а.٭ «Одна из пушек батареи, двадцатичетырехфунтовая каронада, сорвалась с цепей. Из всех бедствий, какие могут быть на море, это, пожалуй, самое страшное. Ничего хуже этого не может случиться с военным судном на полном ходу в открытом море. Пушка, разбившая оковы, сразу же становится чудовищем». (В. Гюго, «Девяносто третий год») Сделайте чертеж, изобразите силы, действующие на пушку, находящуюся на наклонной палубе корабля. Почему так опасна сорвавшаяся с цепей корабельная пушка? . 12.26.б.٭ «Тяжелая громадина бегает на колесах, кидается вправо, кидается влево, как бильярдный шар, наклоняется при боковой качке, ныряет вместе с судном при килевой, несется вперед… Осатаневшая махина тяжела, как слон, но скачет, как пантера, и увертывается, как мышь. Она весит десять тысяч фунтов, а прыгает, как детский мяч. То вдруг закружится на месте, то повернет под прямым углом. Что можно тут сделать? Как остановить эту дикую пляску?». (В. Гюго, «Девяносто третий год») Что должен сделать капитан, чтобы остановить «взбесившуюся» пушку? 12.27.٭ C. Лем в одном из рассказов о пилоте Пирксе так описывает «прилунение» ракеты: «Спускались они как в лифте, и это несколько напоминало им вхождение в атмосферу, так как ракета погружалась в столб огня от собственных двигателей, сгущавшегося за кормой, и газы завывали, обтекая выпуклости наружной брони. Ощущалось мягкое, но довольно упругое сопротивление гремящих двигателей, которые толкали ракету в обратном направлении. Вдруг двигатели загрохотали во всю мощь: «Ага, становимся на огонь!» – подумал Пиркс». Какие силы действуют на ракету во время приземления? Что означает «встать на огонь»? 12.28.٭ «При большом весе самолет приземлится на повышенной скорости. Нужна длинная посадочная полоса, чтобы за время пробежки успеть затормозить… …В кабине пилотов Вернон Димитрест определил по таблице на приборной доске скорость подхода к земле при том весе, который сообщил ему второй пилот и сухо произнес: Держите скорость сто пятьдесят узлов. Это была скорость, на которой они должны пролететь над границей летного поля, учитывая перегрузку и заевший стабилизатор». (А. Хейли, «Аэропорт») Почему опасно приземляться при повышенной скорости и большом весе? Почему в таком случае нельзя снизить посадочную скорость? 12.29.٭ Карабас-Барабас массой 100 кг садится в старое пружинное кресло, коэффициент упругости пружин которого 20,0 кН/м. Попортит ли Барабас свои новые штаны, если гвоздь острием вверх находится в кресле на глубине 4,00 см? 12.30.٭ Какую скорость должен набрать в полете Карлсон, чтобы сделать мертвую петлю радиусом 12 м и испытать на ее вершине радостное чувство невесомости? 12.31. ٭Каким будет минимальный и максимальный вес Дон Кихота, имеющего вместе с доспехами массу 180 кг, на крыльях мельницы, делающей один оборот за 5,00 мин? Надо учесть, что Дон Кихот бесстрашно врезался в крыло мельницы и застрял в нем на расстоянии 9,00 м от оси вращения. 12.32.٭ В повести Аркадия и Бориса Стругацких «Полдень, XXII век» описывается тренировочный зал с центрифугой для получения перегрузок: «Зал был огромен, и посередине сверкало четырехметровое коромысло на толстой кубовой станине – Большая центрифуга. Коромысло вращалось. Кабины на его концах, оттянутые центробежной силой, лежали почти горизонтально». Сколько оборотов в секунду делает центрифуга, обеспечивающая восьмикратную перегрузку? 12.33. В рассказе Г. Каттнера «Алмазная свинка» для хранения сокровищ сделали золото-алмазного робота – Аргуса, имеющего огромную силу, молниеносную реакцию и искусственный интеллект. Основная задача робота – убегать от преследователей. В рассказе описывается ситуация, когда робот вышел из под контроля хозяина. Владелец сокровищ пытается всяческими способами поймать свои «бегающие» алмазы. Безрезультатно перепробовав всякого рода ловушки, ямы, засады, огнеметы и т.д., хозяин решил зацементировать робота и лишить его подвижности, используя цементоподобную массу, твердеющую в течение минуты после контакта с воздухом и необычайно стойкую после схватывания: «…Кольцо из тридцати людей окружило робота, каждый из них был вооружен контейнером с цементноподобной массой. Посреди зала невозмутимо возвышался Аргус. Боллард (хозяин робота – прим. А.У.) подал знак, с тридцати точек вокруг робота брызнули потоки жидкости и сошлись на его золотом корпусе». Что сделал Аргус, чтобы не попасть в руки преследователей? Нужно учесть, что причинить вред людям робот не может. 12.34. Опрятней модного паркета Блистает речка, льдом одета. Мальчишек радостный народ Коньками звучно режет лед; На красных лапках гусь тяжелый, Задумав плыть по лону вод, Ступает бережно на лед,… Но конь, притупленной подковой Неверный зацепляя лед, Того и жди, что упадет. (А.С. Пушкин. Евгений Онегин) Благодаря какой силе мальчишки на коньках чувствуют себя на льду значительно уверенней, чем конь с притупленными подковами? Конь, гусь и мальчишка разгоняются до одинаковой скорости и при изменении направления движения начинают двигаться по окружности. Кто из участников фигурного катания, описанного А.С. Пушкиным, сможет описать окружность наименьшего радиуса, а кто не сможет этого сделать? 12.35.٭ Коэффициент трения Ильи Муромца о седло – 0,2, а коэффициент трения копыт его коня Сивки-Бурки о поверхность родной земли равен 0,3. С каким максимальным ускорением конь может помчаться на битву с ворогом? Помчится ли богатырь на битву с ворогом верхом на коне или останется сидеть на сырой земле при старте Сивки-Бурки с максимальным ускорением? 12.36. ٭В рассказе Т. Годвина «Необходимость – мать изобретения» космический корабль приземлился на планету, где в атмосфере находится большое количество мельчайшей алмазной пыли. Почему у космонавтов стали возникать проблемы с имеющейся техникой? 12.37. ٭Ракетный двигатель в ступе Бабы-Яги развивает усилие в 5,0 кН. Какое ускорение в вертикальном направлении может получить Баба-Яга, если ее масса вместе со ступой составляет 250 кг? 12.38.٭ Почему при сильном вертикальном ускорении вверх на ветхом ковре-самолете рекомендуется лежать, раскинув руки, и категорически запрещается стоять на одной ноге? 12.39. ٭В рассказе А. Кларка «Солнечный ветер» рассказывается о гонках космических яхт с солнечными «парусами», ускоряемых с помощью светового давления на парус. Яхта «Лебедев», выйдя на финишную прямую второй, сбросила лишние паруса, а один из членов экипажа катапультировался с яхты в сторону, противоположную движению яхты. Рассчитайте, какую прибавку в ускорении получила яхта в результате этих действий. Начальная масса яхты – M. Масса сброшенного паруса и яхтсмена – m. Сила давления света на паруса яхты постоянна и равна F. Скорость спортсмена относительно яхты при катапультирования – u. Почему яхтсмен катапультировался в противоположную движению яхты сторону? 12.40.٭ В повести С. Лема «Непобедимый» капитану звездолета крайне необходимо сделать снимки планеты, подобной Марсу, но имеющей атмосферу как у Земли. Он дает следующие указания технику: «Выведите-ка несколько малых фотозондов на экваториальную орбиту. Но чтобы это была максимально точная окружность и на небольшой высоте. Километров так семьдесят». Рассчитайте скорость, с которой фотозонд будет вращаться вокруг планеты. Почему техник возражал против этого предложения? |