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.
|
|
14.39.* Главный герой романа Жюля Верна «Пять недель на воздушном шаре» ученый Фергюссон предлагает для подъема и снижения воздушного шара использовать расширение и сжатие газа, находящегося в оболочке. Каким образом это можно сделать? 14.40.* Считая человека термодинамической системой, объясните следующие пословицы: «Мороз не велик, да стоять не велит»; «Подрожишь, так и побежишь, кто подрожит, тот и побежит». 14.41.* В рассказе А. Азимова «Хоровод» действие происходит на заброшенной станции, находящейся на солнечной стороне Меркурия: «Длинный безвоздушный туннель, уходивший вдаль, напомнил Пауэллу об огромной работе, проделанной первой экспедицией с ее убогим снаряжением. Да, она окончилась неудачей, но эта неудача стоила иного легкого успеха. Пауэлл сказал: – Смотри, эти туннели освещены, и температура здесь как на Земле… – Каким же образом они этого добились? –Дешевая энергия – самая дешевая во всей Солнечной системе. Изучение Солнца – здесь, на солнечной стороне Меркурия, - это не шуточки. Вот почему они и построили станцию на открытом месте, а не в тени какой-нибудь горы. Это же огромный преобразователь энергии. Тепло преобразуется в электричество, свет, механическую работу и во все, что хочешь и одновременно с получением энергии станция охлаждается». Какие превращения энергии происходят на станции? Почему станцию нельзя строить в тени? Нет ли противоречия в утверждении что «одновременно с получением энергии станция охлаждается», ведь получая энергию, станция должна нагреваться? Предложите способ охлаждения станции. 14.42.* Тело Кащея Бессмертного подчиняется законам идеального газа, и он черпает энергию при нагревании, сидя на электроплитке. Сколько времени Кащею надо греться на электрической плитке мощностью 2 кВт, чтобы совершить работу по подъему пленной царевны массой 55 кг на верх башни высотой 100 м так, чтобы температура Кащея на верхушке башни равнялась начальной температуре до посадки на плитку? Сам Кащей очень худ и имеет массу 5 кг. 14.43. Гарри Гаррисон в романе «Стальная крыса» так описывает атомный двигатель катера: «Это был видавший виды атомный теплообменник, простой, но довольно эффективный. Никаких подвижных деталей, он просто засасывал воду из озера, доводил ее до кипения и с силой выталкивал через другое отверстие. Работал он почти бесшумно…» Каков КПД такого двигателя, если он выбрасывает пар при температуре 100˚ С со скоростью 70 м/с? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг ˚С, а удельная теплота парообразования воды – 2,3 МДж/кг. Начальная температура воды 10˚ С. 14.44.* Колобок был сделан из теста с очень большим коэффициентом температурного расширения. Дед нагревал колобок подвешенным на нити, а баба ставила при нагревании его на кирпич. У кого колобок сильнее нагрелся, если дед и баба передали колобку одинаковое количество теплоты? Теплообменом колобка с окружающей средой следует пренебречь. 15. ЭЛЕКТРОСТАТИКА 15.1. «Самый легкий путь получить электрический разряд – это погладить кота. Но не будете же вы снабжать целиком город электричеством, заставив миллион людей гладить миллион котов!» (Т. Годвин, «Необходимость – мать изобретения») Объясните получение разряда при поглаживании кота? Почему автор считает нерациональным подобное получение электричества? Можете ли вы назвать прибор (имеющийся в вашем физическом кабинете) с помощью которого получают электричество именно способом «поглаживания котов»? 15.2. Аладдин поглубже запахнул полы своего единственного шелкового халата, обмотался в свой единственный шерстяной шарф и опустился в холодное подземелье, где нашел странную лампу: одна ее часть была стеклянной, а другая сделана из янтаря. На лампе были написаны странные слова и символы: лампа «+» добрый джинн три желания. л  ампа «–« злой джинн Что должен сделать Аладдин? **** 15.3.* Старик Хоттабыч зарядил футбольный мячик и футболистов одноименным зарядом в 10-4 Кл. На какое минимальное расстояние могут сблизиться футболисты с мячом, если он начинает катиться под действием силы в 1 Н? Как футболистам загнать мяч в ворота? Считать футболистов и мяч материальными точками. 15.4.* Злая Баба-яга заколдовала Ивана Царевича так, что кисти его рук приобрели разноименные заряды по 10-4 Кл. Какую силу вынужден постоянно прикладывать Иван, чтобы ходить, растопырив руки? Почему Иван Царевич боится сводить руки вместе? 15.5.а.* Оказавшись в плену одного из кланов, владевших примитивным электрогенератором, Ясон, герой повести Гарри Гаррисона «Моралист», чтобы спасти свою жизнь, решил «сотворить чудо»: «Не обращая внимание на зрителей, Ясон две трети банки покрыл снаружи и изнутри шероховатым оловянным листом. Затем он вырезал из гуми, резиноподобного материала с хорошим изолирующими свойствами, пробку и проделал в ней отверстие. Перссоны (правящая династия клана, владеющего секретами электричества – прим. А.У.) удивленно следили за тем, как он просунул в отверстие железный штырь и прикрепил к его длинному концу небольшую железную цепочку, а к короткому – железный шар. – Готово! - объявил Ясон. Какое устройство сделал Ясон? 15.5б.* Ясон сделал лейденскую банку (конденсатор): «– Внимание, – Ясон закрыл широкое отверстие банки пробкой так, чтобы железная цепочка оказалась ниже оловянного покрытия. – Это, – он указал на шар на верхнем конце стержня, – мы подносим к отрицательному полюсу вашего генератора, электричество по стержню и цепочке пойдет вниз и соберется в оловянной оболочке. Генератор будет работать, пока банка не наполнится, а затем мы разъединим их. Банка удержит электрический заряд, и мы используем его, чтобы зажечь лампу. Понятно? Остановите генератор. Аккумулятор заполнен до краев священной силой электричества. – Он пододвинул демонстрационный прибор, который заранее изготовил, – ряд грубых ламп накаливания, соединенных параллельно. Электричества в лейденской банке должно хватить на то, чтобы преодолеть сопротивление угольных стержней и раскалить их добела». (Г. Гаррисон, «Моралист») Может ли при разряде лейденской банки, ошибочно названной аккумулятором, загореться ряд угольных стержней? 15.6.* Гулливер попал в страну великанов и оказался внутри гигантского заряженного плоского конденсатора, пластины которого расположены горизонтально. Что мог при этом наблюдать и чувствовать Гулливер? Можно ли в реальности оказаться в похожих условиях? 15.7.* «Каждый (охранник – прим А.У.) был вооружен универсальной винтовкой системы «Гаусс» - жуткое оружие. Эти винтовки снабжены электробатареями огромной емкости. При нажатии на спусковой крючок в канале ствола создается сильное магнитное поле, которое разгоняет заряд не хуже любого патрона взрывного действия. У такой винтовки есть несколько преимуществ: высокий темп стрельбы, возможность стрелять практически бесшумно и любым типом зарядов – от отравленных игл до разрывных пуль». (Гарри Гаррисон. Месть Стальной Крысы) Какой емкости необходим конденсатор в этом фантастическом оружии, чтобы пулю массой 10 г разогнать до скорости 800 м/с? Какой электрический заряд тратится при каждом выстреле? КПД такой винтовки будем считать равным 50%. Создаваемое между обкладками конденсатора напряжение – 5 кВ. 15.8.* «Здесь случайно записаны, как утверждает защита, звуки случившейся трагедии, – сказал доктор Ватсон, заряжая пленку в магнитофон – из этой записи следует, что убитый покончил с собой, а обвиняемый пытался ему помещать это сделать. Когда запись закончилась, Шерлок Холмс спросил: – На записи были слышны раскаты – это были звуки грома?– Да, – кивнул Ватсон. Судя по звукам, это была очень сильная гроза. – заметил Холмс. Наверное – пожал плечами Ватсон. А другие звуки – это звуки дождя? – снова спросил Холмс. Да! – чуть не закричал Ватсон. – Но какое это имеет значение? Судя по звукам, это был очень мелкий дождь. – не обращая на раздражение Ватсона, задумчиво произнес сыщик. Ну и что? – чуть не плача спросил Ватсон. А то, что эта запись – подделка! – ответил Шерлок Холмс». Почему Шерлок Холмс решил, что запись подделана? 16. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОНЫ ОМА 16.1. На планете Электра отдельными тучами живут комары и комарихи, заряженные одинаковыми по модулю зарядами в 1 нКл и противоположными по знаку. Обычно комары хаотично толкаются в воздухе и двигаются в определенном направлении только тогда, когда начинает дуть ветер. Какая сила тока будет протекать через площадь в 1 м2, поставленную перпендикулярно направлению ветра? Скорость ветра равна 3 м/с, концентрация комаров 50 шт/дм3. Какой будет сила тока, если комары и комарихи равномерно перемешаются в пространстве? Что в предложенной аналогии движения комаров на ветру с движением заряженных частиц в электрическом поле играет роль электрического поля? В чем неточность подобной аналогии? 16.2. «Снимите иллюзию с магических предметов!... И домик чуть-чуть изменился. Вместо чайника на столе оказалась маленькая березовая кадушка. Из кадушки шел пар. Телевизор, впрочем, остался – но провод не тянулся к несуществующей розетке, а был воткнут в большой бурый помидор. –Оригинально, – кивая на телевизор, заметил я. – И часто приходится менять овощи? – Помидоры – каждый день, – пожала плечами ведьма. – Кочан капусты два-три дня работает». (Сергей Лукьяненко. Сумеречный дозор) Можно ли в действительности овощи использовать в качестве источников тока? 16.3. «Энсон Хэррис сказал Димитресту: Я не намерен выливать горючее. Димитрест понял ход мыслей Хэрриса и утвердительно кивнул. Даже если им удастся довести самолет до аэропорта, посадка неизбежно будет трудной и опасной из-за большого запаса горючего, которое они должны были израсходовать в полете до Рима. Тем не менее, при наличии повреждения (на борту самолета произошел взрыв – прим. А.У.) выливать горючее еще рискованнее». (А. Хейли, «Аэропорт») Почему рискованно в полете выливать горючее из поврежденного взрывом самолета? 16.4. Змей Горыныч имеет три головы на шеях одинаковой толщины. Электрическое сопротивление первой – 500 Ом, второй – 1000 Ом, третьей – 2000 Ом. Вторая голова имеет шею длиной 5 м. Какова длина остальных шей дракона? 16.5. Турист, которому мешали спать различные насекомые в его палатке, включил устройство из четырех нагревательных элементов, соединенных по следующей схеме:  На первый элемент он положил пластинку «Фумитокс» от тараканов, на второй – от комаров, на третий – от мух и на четвертый – от мошек. В какой последовательности будут гибнуть вредные насекомые, если R1=R4=2R3, R2=4R3 .16.6. Три поросенка купили по электрическому чайнику. Чайник Ниф-Нифа имеет мощность 5 Вт, у Наф-Нафа –50 Вт, у Нуф-Нуфа 1200 Вт. Чей чайник более выгоден экономически? **** 16.7.* В шахматном королевстве все клетки под индексом «1» имеют потенциал 1 В, под индексом «2» – 2 В и т.д. Чему равна разность потенциалов между точками а1 и а4; а1 и в4; с4 и а7; е8 и с3? Какие клетки являются эквипотенциальными клетке d2? На сколько вольт может меняться потенциал поля коня, пешки, ферзя? 16.8.* В чудесной лавке волшебных предметов имеется недорогой подарочный комплект под названием «Бесконечная энергия», в который входит электростатическое поле, силовые линии которого замкнуты, и заряженная частица. В чем заключается «изюминка» такого подарка? 16.9.* «Вышедший из строя зуб (у робота – прим. А.У.) вызывал не только порчу рта. Короткое замыкание в зубе нарушало нормальное функционирование мозга и выводило из строя весь организм. Диллингэм очистил пылесосом рот от песка и заглянул внутрь, Один из зубов светился и был горячим на ощупь. Болезненное жужжание вызывалось высокой температурой. Исследование с помощью тончайших инструментов подтвердило первоначальный диагноз: короткое замыкание…» (П. Энтони, «Не кто иной, как я…») Почему зуб нагрелся? Почему короткое замыкание в зубе выводит из строя весь организм? Почему понижается напряжение на мозг, если цепи зубов и мозга соединены параллельно? 16.10.* Жители планеты живых аккумуляторов рождаются с нулевым ЭДС между кистями рук и внутренним сопротивлением между ними 3 Ом. С каждым годом сопротивление возрастает на 1 Ом, а ЭДС на 1 В. Какой ток протекает через годовалого ребенка, если он соединит свои руки? Через столетнего старца? Предложите способ определения возраста этих жителей. Какой ток протекает по хороводу из 10 отроков 15 лет, если все они будут стоять лицом к центру хоровода? Если четверо из них будут стоять лицом от центра? 16.11.* На сколько градусов нагреется житель планеты живых аккумуляторов (см. предыдущую задачу) 20 лет от роду, если сцепит свои руки на 30 мин? Теплоемкость юного аккумулятора 200 000 Дж/ К. 16.12.* Шерлоку Холмсу попала следующая схема:   На ней зашифрован номер телефона. Какой это номер? 16.13.* «– Видите, друзья мои, это в основном сосуды, изготовленные из бронзы. Вот фотография одного из них – таким мы его нашли. Он так окислился, что кажется просто бесформенным комком. А теперь взгляните на изображение этого сосуда после реставрации. – А вы уверены, что это тот же сосуд? – спросил Стэплз. – штука на втором снимке будто только что вышла из мастерской. – Ха-ха. Это крайне остроумно. Тот же сосуд, тот же самый! Мы поместили его в электролизную ванну, присоединили к одному из полюсов и пропустили электрический ток, и все атомы олова и меди вернулись на свои меcта. Результат превосходен, не правда ли?» (Л. Спрэг де Камп, «Такая работа») Можно ли подобным образом восстановить бронзовую вазу? 16.14.* Борман кипятил чай на электрической плитке, Мюллер кипятил чай на двух таких плитках, соединенных последовательно, Штирлиц кипятил чай на плитке со спиралью, укороченной в два раза по отношению к спирали плитки Бормана. Кто пришел с докладом первый после чаепития, а кто опоздал на прием, если Борман пришел вовремя? 16.15.* Американец, живший в 19 веке, оказался в средневековой Британии шестого века при дворе короля Артура. Чтобы получить пост придворного волшебника он сотворил «чудо» уничтожения башни молнией: «Тем временем гроза подошла совсем близко; …кругом было темно, как в шахте, иногда вспыхивала молния… Я трижды взмахнул руками, раздался оглушительный грохот; произошло нечто вроде извержения вулкана; обломки старой башни взлетели к небу». (М. Твен, «Янки при дворе короля Артура») С помощью какого устройства догадливый американец взорвал башню? 17. СИЛА ЛОРЕНЦА, СИЛА АМПЕРА. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 17.1. В лабиринте, где дорога разветвляется, на полу находится магнитная стрелка. Под полом проложен проводник, как показано на рисунке, соединенный с ключом. Если поместить ключ в положение А, то стрелка северным полюсом покажет направление выхода их лабиринта, а если поместить ключ в положение Б, то стрелка покажет путь к Минотавру. Какой из путей ведет к свободе, а какой на рога Минотавра?   17.2. В повести Гарри Гаррисона «Моралист» героя повести Ясона привели в волшебный храм электричества, принадлежавший одному из кланов планеты, находившейся на уровне рабовладельческого строя: «Вращающийся стержень проходил в помещение сквозь дальнюю стену – его, несомненно, приводили в движение рабы. Он был связан системой ремней и шкивов с грубой и уродливой машиной, которая скрипела и дрожала, заставляя дрожать все вокруг. Последний шкив, похожий на колесо телеги, был прикреплен к большому деревянному стержню, вращавшемуся с поразительной скоростью. Скорость падала, когда один из ремней соскакивал, что, по-видимому, происходило постоянно… Ясон успел заметить железные кольца, усеянные V-образными кусочками железа и укрепленные вдоль всего стержня. Под сводом имелась клетка из множества перепутанных проводов. Все это походило на иллюстрацию к книге «Первые шаги электричества». – Разве твоя душа не трепещет от страха перед этими чудесами? – спросил Хертуг (глава клана – прим. А.У.), заметив, что у Ясона от увиденного отвалилась челюсть и округлились глаза». Что за устройство находилось в храме? Что представляли из себя «V-образные кусочки железа», и зачем они были нужны? 17.3а. Ясона, главного героя повести Г. Гаррисона «Моралист», привели в храм со священной машиной: «Ясон принялся осматривать большое нескладное устройство в дальнем конце зала… – Думаю, это священное чудо – ваш телеграф. Правильно, – благоговейно ответил Хертуг. Ясон вздрогнул. Медные провода, что свисали с потолка, оказались неуклюжей обмоткой электромагнита, рядом располагался железный штырь маятника… Острая металлическая игла на конце маятника касалась покрытой воском медной полосы». Объясните, как может действовать такой телеграф? |