Вариант #294

Ответы и решения

Ответы

Ответ
1

2

Газ на­гре­ет­ся

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

1 Задача #1708 Тип 21 Сложность 5/10 Источник: ФИПИ

Две пор­ции од­но­го и того же иде­аль­но­го газа на­гре­ва­ют­ся в со­су­дах оди­на­ко­во­го объ­ема. Гра­фи­ки про­цес­сов пред­став­ле­ны на ри­сун­ке. По­че­му изо­хо­ра ле­жит выше изо­хо­ры От­вет по­яс­ни­те, ука­зав, ка­кие фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­но­сти Вы ис­поль­зо­ва­ли для объ­яс­не­ния.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

2 Задача #876 Тип 21 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

На полу лиф­та сто­ит теп­ло­изо­ли­ро­ван­ный со­суд, от­кры­тый свер­ху. В со­су­де под тя­жё­лым по­движ­ным порш­нем на­хо­дит­ся од­но­атом­ный иде­аль­ный газ. Из­на­чаль­но пор­шень на­хо­дит­ся в рав­но­ве­сии. Лифт на­чи­на­ет рав­но­уско­рен­но под­ни­мать­ся вверх. Опи­ра­ясь на за­ко­ны ме­ха­ни­ки и мо­ле­ку­ляр­ной фи­зи­ки, объ­яс­ни­те, как при дви­же­нии лиф­та из­ме­нит­ся тем­пе­ра­ту­ра газа в со­су­де. Тре­ни­ем меж­ду порш­нем и стен­ка­ми со­су­да, а так­же утеч­кой газа из со­су­да пре­не­бречь.

Решение

При­ме­ча­ние

Бо­лее стро­гое ре­ше­ние за­да­чи смот­ри в но­ме­ре #878.

Со­ста­ви­те­ли по­доб­ных за­дач в ЕГЭ не толь­ко упор­но иг­но­ри­ру­ют тот факт, что в ре­аль­но­сти на­чнут­ся не­ко­то­рые ко­ле­ба­ния, но иной раз даже сни­жа­ют бал­лы за упо­ми­на­ние об этом. См. груст­ную ис­то­рию в по­хо­жей за­да­че #320.

Ответ

Газ на­гре­ет­ся

Максимальный балл: 3

3 Задача #1659 Тип 22 Сложность 3/10 Источник: ФИПИ

Те­леж­ка мас­сой 2 кг, при­креп­лён­ная к го­ри­зон­таль­ной пру­жи­не жёст­ко­стью 200 Н/м, со­вер­ша­ет сво­бод­ные гар­мо­ни­че­ские ко­ле­ба­ния (см. ри­су­нок). Ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний те­леж­ки рав­на 0,1 м. Ка­ко­ва мак­си­маль­ная ско­рость те­леж­ки? Мас­сой ко­лёс мож­но пре­не­бречь.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

4 Задача #1272 Тип 22 Сложность 4/10 Источник: ФИПИ

Ав­то­мо­биль мас­сой 1750 кг дви­жет­ся по пря­мо­ли­ней­но­му участ­ку до­ро­ги вдоль оси Ко­ор­ди­на­та ав­то­мо­би­ля из­ме­ня­ет­ся с те­че­ни­ем вре­ме­ни со­глас­но гра­фи­ку, при­ве­дён­но­му на ри­сун­ке. Опре­де­ли­те мак­си­маль­ную ки­не­ти­че­скую энер­гию ав­то­мо­би­ля на этом участ­ке до­ро­ги.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

5 Задача #1786 Тип 22 Сложность 4/10 Источник: ФИПИ

Не­боль­шой ка­мень, бро­шен­ный с ров­ной го­ри­зон­таль­ной по­верх­но­сти Зем­ли под уг­лом 60° к го­ри­зон­ту, до­стиг мак­си­маль­ной вы­со­ты, рав­ной 5 м. Сколь­ко вре­ме­ни про­шло от мо­мен­та брос­ка до того мо­мен­та, ко­гда ско­рость кам­ня ста­ла го­ри­зон­таль­ной? Со­про­тив­ле­ни­ем воз­ду­ха пре­не­бречь.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

6 Задача #1697 Тип 22 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

В ста­кан на­ли­та вода, а по­верх неё — ке­ро­син. Од­но­род­ный шар пла­ва­ет, по­гру­жён­ный в обе жид­ко­сти. При этом чет­верть объ­ёма шара на­хо­дит­ся в воде. Най­ди­те плот­ность ма­те­ри­а­ла шара.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

7 Задача #1787 Тип 23 Сложность 3/10 Источник: ФИПИ

Пла­сти­ны боль­шо­го по раз­ме­рам плос­ко­го кон­ден­са­то­ра рас­по­ло­же­ны го­ри­зон­таль­но на рас­сто­я­нии друг от дру­га. На­пря­же­ние на пла­сти­нах кон­ден­са­то­ра В про­стран­стве меж­ду пла­сти­на­ми па­да­ет кап­ля жид­ко­сти. За­ряд кап­ли При ка­ком зна­че­нии мас­сы кап­ли её ско­рость бу­дет по­сто­ян­ной? Вли­я­ни­ем воз­ду­ха на дви­же­ние кап­ли пре­не­бречь.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

8 Задача #1726 Тип 23 Сложность 4/10 Источник: ФИПИ

За­ря­жен­ная ча­сти­ца с мас­сой и за­ря­дом дви­жет­ся по окруж­но­сти ра­ди­у­сом пер­пен­ди­ку­ляр­но ли­ни­ям маг­нит­ной ин­дук­ции од­но­род­но­го маг­нит­но­го поля с ин­дук­ци­ей Ки­не­ти­че­ская энер­гия ча­сти­цы Най­ди­те за­ряд дан­ной ча­сти­цы, счи­тая его по­ло­жи­тель­ным. Ре­ля­ти­вист­ски­ми эф­фек­та­ми пре­не­бречь.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

9 Задача #1096 Тип 23 Сложность 5/10 Источник: ФИПИ

В та­бли­це по­ка­за­но, как ме­ня­лось на­пря­же­ние на об­клад­ках кон­ден­са­то­ра иде­аль­но­го ко­ле­ба­тель­но­го кон­ту­ра при сво­бод­ных элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ни­ях в этом кон­ту­ре.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
40 28,3 0 −28,3 −40 −28,3 0 28,3 40 28,3

Вы­чис­ли­те по этим дан­ным мак­си­маль­ную энер­гию кон­ден­са­то­ра, если ин­дук­тив­ность ка­туш­ки рав­на 4,3 мГн.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 2

10 Задача #839 Тип 24 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

В ци­линдр объ­емом 0,5 м3 на­со­сом за­ка­чи­ва­ет­ся воз­дух со ско­ро­стью 0,002 кг/с. В верх­нем тор­це ци­лин­дра есть от­вер­стие, за­кры­тое предо­хра­ни­тель­ным кла­па­ном. Кла­пан удер­жи­ва­ет­ся в за­кры­том со­сто­я­нии стерж­нем, ко­то­рый мо­жет сво­бод­но по­во­ра­чи­вать­ся во­круг оси в точ­ке A (см. ри­су­нок). К сво­бод­но­му кон­цу стерж­ня дли­ной 0,5 м под­ве­шен груз мас­сой 2 кг. Кла­пан от­кры­ва­ет­ся че­рез 580 с ра­бо­ты на­со­са, если в на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни дав­ле­ние воз­ду­ха в ци­лин­дре было рав­но ат­мо­сфер­но­му. Пло­щадь за­кры­то­го кла­па­ном от­вер­стия 5 · 10−4 м2. Тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха в ци­лин­дре и сна­ру­жи не ме­ня­ет­ся и рав­на 300 К. Опре­де­ли­те рас­сто­я­ние AB, если стер­жень мож­но счи­тать неве­сомым.

Решение

При­ме­ча­ние

На кла­пан, пока не на­ча­ли за­ка­чи­вать воз­дух, дей­ству­ет сила ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния вниз, та­кая же по ве­ли­чи­не сила дав­ле­ния газа вверх и не­ко­то­рая сила ре­ак­ции (к мо­мен­ту от­кры­тия кла­па­на ре­ак­ция об­ну­лит­ся).

Воз­дух, ко­то­рый со­зда­вал в со­су­де дав­ле­ние оста­ет­ся в со­су­де и ком­пен­си­ру­ет ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние сна­ру­жи. По­это­му нам до­ста­точ­но рас­смат­ри­вать при­ра­ще­ние дав­ле­ния в со­су­де ко­то­рое и бу­дет от­вет­ствен­ным за от­кры­тие кла­па­на.

Если эта мысль ка­жет­ся слож­ной и не­оче­вид­ной, по­смот­ри­те на сле­ду­ю­щий спо­соб.

Ответ

Максимальный балл: 3

11 Задача #854 Тип 24 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

Два оди­на­ко­вых теп­ло­изо­ли­ро­ван­ных со­су­да со­еди­не­ны ко­рот­кой труб­кой с кра­ном. В пер­вом со­су­де на­хо­дит­ся ге­лия при тем­пе­ра­ту­ре во вто­ром — ар­го­на при тем­пе­ра­ту­ре Кран от­кры­ва­ют. В уста­но­вив­шем­ся рав­но­вес­ном со­сто­я­нии дав­ле­ние в со­су­дах ста­но­вит­ся Опре­де­ли­те объ­ём од­но­го со­су­да. Объ­ёмом труб­ки пре­не­бречь.

Решение

При­ме­ча­ние

Здесь у уче­ни­ков ча­сто бы­ва­ют про­бле­мы с пер­вым на­ча­лом тер­мо­ди­на­ми­ки. Мно­гие счи­та­ют, что раз было рас­ши­ре­ние газа (каж­дый газ стал за­ни­мать объ­ем то была и ра­бо­та. Од­на­ко в чем ре­зуль­тат та­кой ра­бо­ты?

Лег­че все­го по­нять про ра­бо­ту, пред­ста­вив, что газ рас­ши­ря­ет­ся в пу­сто­ту — на­при­мер, толь­ко что уб­ра­ли пе­ре­го­род­ку. Мо­ле­ку­лы ле­тят, не встре­чая ни­ка­ко­го со­про­тив­ле­ния, то есть не те­ря­ют свою энер­гию, а зна­чит и ра­бо­ты со­вер­шить не мо­гут. От­сут­ству­ет пор­шень, ко­то­рый они мог­ли бы тол­кать.

Та­ким об­ра­зом, ра­бо­ты ни один из га­зов не со­вер­ша­ет. Мож­но было бы за­пи­сать пер­вое на­ча­ло тер­мо­ди­на­ми­ки в виде от­ку­да по­лу­чи­лась бы пер­вая строч­ка по­сле пре­об­ра­зо­ва­ний. А так пер­вая стро­ка пред­став­ля­ет со­бой про­сто за­кон со­хра­не­ния энер­гии.

Ответ

Максимальный балл: 3

12 Задача #884 Тип 24 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

В глад­ком за­креп­лен­ном теп­ло­изо­ли­ро­ван­ном го­ри­зон­таль­ном ци­лин­дре на­хо­дит­ся 1 моль иде­аль­но­го од­но­атом­но­го газа (ге­лия) при тем­пе­ра­ту­ре от­де­лен­ный от окру­жа­ю­щей сре­ды — ва­ку­у­ма — теп­ло­изо­ли­ро­ван­ным порш­нем мас­сой Вна­ча­ле пор­шень удер­жи­ва­ли на ме­сте, а за­тем при­да­ли ему ско­рость на­прав­лен­ную в сто­ро­ну газа. Чему бу­дет рав­на сред­не­квад­ра­тич­ная ско­рость ато­мов ге­лия в мо­мент оста­нов­ки порш­ня? Пор­шень в ци­лин­дре дви­жет­ся без тре­ния.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

13 Задача #1073 Тип 24 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

В вольф­ра­мо­вом ци­лин­дре под пор­шнем во­до­род при ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии и тем­пе­ра­ту­ре 300 К за­ни­ма­ет объ­ём л. При на­гре­ва­нии во­до­ро­да в ци­лин­дре при по­сто­ян­ном дав­ле­нии часть мо­ле­кул рас­па­да­ет­ся со­глас­но ре­ак­ции , при­чём про­цент рас­пав­ших­ся мо­ле­кул уве­ли­чи­ва­ет­ся с ро­стом тем­пе­ра­ту­ры как по­ка­за­но на ри­сун­ке — от­но­ше­ние чис­ла рас­пав­ших­ся мо­ле­кул к пер­во­на­чаль­но­му чис­лу мо­ле­кул, вы­ра­жен­ное в про­цен­тах). Ка­кой объ­ём за­ни­ма­ет смесь га­зов в ци­лин­дре при тем­пе­ра­ту­ре 3000 К?

Решение

При­ме­ча­ние

На мой взгляд, са­мая слож­ная часть за­да­чи — по­нять, как че­рез ко­ли­че­ство рас­пав­ших­ся ча­стиц вы­ра­жа­ет­ся пол­ное ко­ли­че­ство по­лу­чив­ших­ся ча­стиц.

Пусть было мо­ле­кул, а рас­па­лось из них мо­ле­кул. Каж­дая рас­пав­ша­я­ся мо­ле­ку­ла пре­вра­ща­ет­ся в два ато­ма, один из ко­то­рых «за­ни­ма­ет» ме­сто рас­пав­шей­ся мо­ле­ку­лы, а вто­рой до­бав­ля­ет­ся к об­ще­му чис­лу ча­стиц. Та­ким об­ра­зом, к пер­во­на­чаль­но­му чис­лу ча­стиц до­бав­ля­ет­ся ров­но столь­ко ча­стиц, сколь­ко рас­па­лось:

Зна­чит, при рас­па­де двух де­ся­тых от мо­ле­кул во­до­ро­да (чи­сло­вое зна­че­ние по­лу­че­но из гра­фи­ка) об­щее чис­ла ча­стиц ста­нет рав­но

Ответ

Максимальный балл: 3

14 Задача #1107 Тип 24 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

Два бал­ло­на объ­ема­ми 10 л и 20 л со­дер­жат 2 моль кис­ло­ро­да и 1 моль азо­та со­от­вет­ствен­но при тем­пе­ра­ту­ре Ка­кое дав­ле­ние уста­но­вит­ся в бал­ло­нах, если их со­еди­нить меж­ду со­бой? Тем­пе­ра­ту­ру га­зов счи­тать не­из­мен­ной.

Решение

При­ме­ча­ние

Важ­но по­нять, что газ, ко­то­рый за­ни­мал объ­ем те­перь за­ни­ма­ет объ­ем То же са­мое мож­но ска­зать и про дру­гой газ.

Ответ

Максимальный балл: 3

15 Задача #1780 Тип 24 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

Ме­тео­ро­ло­ги­че­ский зонд об­щей мас­сой 20 кг удер­жи­ва­ют на по­верх­но­сти Зем­ли си­лой, рав­ной по мо­ду­лю 1 кН и на­прав­лен­ной вниз. За­тем зонд от­пус­ка­ют, он под­ни­ма­ет­ся вверх и оста­ёт­ся на та­кой вы­со­те, где его объ­ём уве­ли­чи­ва­ет­ся в 2 раза. Тем­пе­ра­ту­ра, из­ме­рен­ная зон­дом на этой вы­со­те, рав­на −43 °С. Опре­де­ли­те дав­ле­ние на этой вы­со­те, если на по­верх­но­сти Зем­ли дав­ле­ние рав­но 105 Па, а тем­пе­ра­ту­ра рав­на +17 °С.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

16 Задача #176 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В го­ри­зон­таль­ном ци­лин­дри­че­ском со­су­де, за­кры­том порш­нем, на­хо­дит­ся од­но­атом­ный иде­аль­ный газ. Пер­во­на­чаль­ное дав­ле­ние газа Рас­сто­я­ние от дна со­су­да до порш­ня рав­но Пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния порш­ня В ре­зуль­та­те мед­лен­но­го на­гре­ва­ния газ по­лу­чил ко­ли­че­ство теп­ло­ты а пор­шень сдви­нул­ся на рас­сто­я­ние При дви­же­нии порш­ня на него со сто­ро­ны сте­нок со­су­да дей­ству­ет сила тре­ния ве­ли­чи­ной Най­ди­те Счи­тать, что со­суд на­хо­дит­ся в ва­ку­у­ме.

Решение

При­ме­ча­ние

Если то сила тре­ния мак­си­маль­на уже при и пор­шень на­чнет дви­гать­ся сра­зу по­сле на­ча­ла на­гре­ва­ния. То­гда мо­жет быть лю­бым (в от­ве­те по­лу­ча­ет­ся не­опре­де­лен­ность вида ноль на ноль).

Ответ

Максимальный балл: 3

17 Задача #241 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В со­су­де на­хо­дит­ся влаж­ный воз­дух под дав­ле­ни­ем с от­но­си­тель­ной влаж­но­стью Тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха Объ­ем со­су­да изо­тер­ми­че­ски умень­ша­ют в 3 раза. Най­ди­те ко­неч­ное дав­ле­ние влаж­но­го воз­ду­ха, если дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара при 80 гра­ду­сах Цель­сия

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

18 Задача #874 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В во­до­не­про­ни­ца­е­мый ме­шок, ле­жа­щий на дне моря на глу­би­не 73,1 м, за­ка­чи­ва­ет­ся свер­ху воз­дух. Вода вы­тес­ня­ет­ся из меш­ка че­рез ниж­нее от­вер­стие, и, ко­гда объ­ём воз­ду­ха в меш­ке до­сти­га­ет 28,0 м3, ме­шок всплы­ва­ет вме­сте с при­креп­лён­ным к нему гру­зом мас­сой 25,0 тонн. Опре­де­ли­те мас­су обо­лоч­ки меш­ка. Тем­пе­ра­ту­ра воды рав­на 7 °С, ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние на уров­не моря рав­но 105 Па. Объ­ёмом гру­за и сте­нок меш­ка пре­не­бречь.

Решение

При­ме­ча­ние

Мо­жет сму­щать вода, остав­ша­я­ся в меш­ке. Не­из­вест­но, сколь­ко ее, да и пол­ный объ­ем меш­ка не­из­ве­стен. Мож­но пред­ста­вить, что на ме­шок дей­ству­ют две силы Ар­хи­ме­да: одна на воз­душ­ную часть, дру­гая — на за­пол­нен­ную во­дой часть меш­ка. Во­дя­ная сила Ар­хи­ме­да ком­пен­си­ру­ет­ся си­лой тя­же­сти, дей­ству­ю­щей на воду в меш­ке, по­это­му эти силы мож­но не рас­смат­ри­вать.

Эту не со­всем оче­вид­ную мысль на ЕГЭ я бы пи­сать не стал, оста­вил бы толь­ко урав­не­ния.

Ответ

Максимальный балл: 3

19 Задача #1060 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В ка­ме­ре, за­пол­нен­ной азо­том, при тем­пе­ра­ту­ре на­хо­дит­ся от­кры­тый ци­лин­дри­че­ский со­суд (рис. 1). Вы­со­та со­су­да Со­суд плот­но за­кры­ва­ют ци­лин­дри­че­ской проб­кой и охла­жда­ют до тем­пе­ра­ту­ры В ре­зуль­та­те рас­сто­я­ние от дна со­су­да до низа проб­ки ста­но­вит­ся рав­ным (рис. 2). За­тем cocyд на­гре­ва­ют до пер­во­на­чаль­ной тем­пе­ра­ту­ры (рис. 3). Чему рав­но рас­сто­я­ние от дна со­су­да до низа проб­ки при этой тем­пе­ра­ту­ре? Ве­ли­чи­ну силы тре­ния меж­ду проб­кой и стен­ка­ми со­су­да счи­тать оди­на­ко­вой при дви­же­нии проб­ки вниз и вверх. Мас­сой проб­ки пре­не­бречь. Дав­ле­ние азо­та в ка­ме­ре во вре­мя экс­пе­ри­мен­та под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ным.

Решение

При­ме­ча­ние

Ра­бо­та на­пи­са­на на ЕГЭ-2021 (Моск­ва, ре­зерв­ный день), оце­не­на на 3/3.

Ответ

Максимальный балл: 3

20 Задача #1063 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В от­кры­той про­бир­ке, вра­ща­ю­щей­ся в го­ри­зон­таль­ной плос­ко­сти с уг­ло­вой ско­ро­стью во­круг вер­ти­каль­ной оси, про­хо­дя­щей че­рез край про­бир­ки, на­хо­дит­ся стол­бик рту­ти дли­ной , центр ко­то­ро­го от­сто­ит от оси вра­ще­ния на рас­сто­я­ние . До ка­кой тем­пе­ра­ту­ры надо на­греть про­бир­ку, что­бы при уве­ли­че­нии уг­ло­вой ско­ро­сти в 4 раза стол­бик рту­ти не сме­стил­ся? На­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра , а внеш­нее ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние .

Решение

Ди­на­ми­ка не­то­чеч­но­го тела?

«Но поз­воль­те!», — вос­клик­нут са­мые ум­ные. «В шко­ле нас учи­ли толь­ко ди­на­ми­ке точ­ки, а про ди­на­ми­ку про­дол­го­ва­тых объ­ек­тов речи не было!». Так и есть, мои вни­ма­тель­ные дру­зья. В ре­ше­нии выше II за­кон Нью­то­на за­пи­сан для про­дол­го­ва­то­го объ­ек­та. Но до­пу­сти­мо ли это? В са­мом деле, раз­ные точ­ки тела дви­жут­ся по раз­ным тра­ек­то­ри­ям с раз­ны­ми уско­ре­ни­я­ми.

По­ка­жем пра­во­мер­ность за­пи­си вто­ро­го за­ко­на Нью­то­на для цен­тра масс ка­пель­ки.

Ответ

Максимальный балл: 3

21 Задача #1146 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Вну­три за­кры­то­го вер­ти­каль­но­го ци­лин­дри­че­ско­го со­су­да с теп­ло­про­во­дя­щи­ми стен­ка­ми на­хо­дит­ся тон­кий тя­же­лый го­ри­зон­таль­ный пор­шень, ко­то­рый мо­жет дви­гать­ся без тре­ния. Пор­шень под­ве­шен на лег­кой вер­ти­каль­ной не­рас­тя­жи­мой нити, при­креп­лен­ной к цен­тру верх­ней крыш­ки со­су­да. Рас­сто­я­ние меж­ду дном со­су­да и порш­нем со­став­ля­ет а меж­ду порш­нем и крыш­кой со­су­да — вдвое боль­ше. В со­су­де под порш­нем и над порш­нем на­хо­дят­ся при оди­на­ко­вой тем­пе­ра­ту­ре рав­ные ко­ли­че­ства иде­аль­но­го од­но­атом­но­го газа. При этом сила на­тя­же­ния нити рав­на Со­суд с га­зом мед­лен­но на­гре­ва­ют. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты нуж­но со­об­щить все­му газу в со­су­де для того, что­бы пор­шень на­чал под­ни­мать­ся вверх?

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

22 Задача #1156 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Разо­гре­тый со­суд при­кры­ли порш­нем, ко­то­рый с по­мо­щью вер­ти­каль­ной не­рас­тя­жи­мой нити со­еди­ни­ли с по­тол­ком. На сколь­ко про­цен­тов от на­чаль­ной по­ни­зит­ся тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха в со­су­де к мо­мен­ту, ко­гда со­суд оторвет­ся от по­верх­но­сти, на ко­то­рой он рас­по­ло­жен? Мас­са со­су­да 5 кг. Пор­шень мо­жет сколь­зить по стен­кам со­су­да без тре­ния. Пло­щадь дна со­су­да 125 см2. Ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние 105 Па. Теп­ло­вым рас­ши­ре­ни­ем со­су­да и порш­ня пре­не­бречь.

Решение

При­ме­ча­ние

Ин­те­рес­ная за­да­ча. Вро­де бы все про­сто, но над ней при­хо­дит­ся ду­мать, в от­ли­чие от боль­шин­ства егэ­ш­ных за­дач.

  1. Са­мое важ­ное — по­нять, по­че­му со­суд на­чнет под­ни­мать­ся. Дав­ле­ние вну­три со­су­да па­да­ет из-за осты­ва­ния в нем воз­ду­ха. Обыч­но это при­во­дит к тому, что пор­шень опус­ка­ет­ся, но здесь пор­шень оста­ет­ся не­по­дви­жен из-за нити. На­тя­же­ние нити уси­ли­ва­ет­ся по мере осты­ва­ния газа (не­по­сред­ствен­но для ре­ше­ния за­да­чи эта мысль не нуж­на, так как мы не со­би­ра­ем­ся рас­смат­ри­вать силы, дей­ству­ю­щие на пор­шень).

  2. Сила дав­ле­ния газа вну­три со­су­да, при­ло­жен­ная к его дну, вы­гля­дит не­обыч­но. Ее ред­ко ис­поль­зу­ешь в за­да­чах, по­то­му что обыч­но нет внеш­ней силы, удер­жи­ва­ю­щей пор­шень не­по­движ­но. Здесь пор­шень не мо­жет ока­зать вер­ти­каль­но­го воз­дей­ствия на со­суд. Если бы мы име­ли дело с гер­ме­тич­ным со­су­дом фик­си­ро­ван­но­го объ­ема, то из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры газа вну­три со­су­да ни­как не по­вли­я­ло бы на по­ка­за­ния ве­сов, на ко­то­рых сто­ит со­суд — сила дей­ству­ет в та­ком со­су­де и на крыш­ку, и на дно. Но здесь крыш­ка не свя­за­на с со­су­дом, по­это­му име­ет смысл рас­смат­ри­вать от­дель­но силу дав­ле­ния газа на дно со­су­да. Если не­мно­го вдать­ся в де­та­ли, то в со­су­де фик­си­ро­ван­но­го объ­ема сила дав­ле­ния газа на дно на боль­ше, чем на крыш­ку, где — мас­са газа.

  3. Сила дав­ле­ния ат­мо­сфе­ры, при­ло­жен­ная ко дну со­су­да вверх, тоже вы­гля­дит не­обыч­но. Вме­сто нее обыч­но ис­поль­зу­ет­ся сила Ар­хи­ме­да, ко­то­рая есть раз­ни­ца сил дав­ле­ния окру­жа­ю­щей сре­ды вверх и вниз. Ча­сто воз­ни­ка­ет во­прос: со­суд же сто­ит пря­мо на по­верх­но­сти, как ат­мо­сфе­ра мо­жет да­вить на его дно вверх? Вспо­мни­те, на­при­мер, как мы под­ни­ма­ем чаш­ку со сто­ла. Нам не при­хо­дит­ся вся­кий раз под­ни­мать весь столб воз­ду­ха по­чти сто­ки­ло­мет­ро­вой вы­со­ты, да­вя­щий на дно чаш­ки свер­ху. По­то­му что по­чти та­кой же столб воз­ду­ха да­вит на дно чаш­ки сни­зу. А вот если чаш­ка снаб­же­на сни­зу при­со­ской и по­став­ле­на на глад­кий стек­лян­ный стол, ее под­нять зна­чи­тель­но труд­нее, по­то­му что дав­ле­ние меж­ду чаш­кой и сто­лом ока­зы­ва­ет­ся зна­чи­тель­но ниже ат­мо­сфер­но­го, если свер­ху на чаш­ку пред­ва­ри­тель­но как сле­ду­ет на­да­вить. Су­ще­ству­ют и дру­гие си­ту­а­ции, при ко­то­рых ат­мо­сфе­ра меж­ду со­су­дом и по­верх­но­стью мо­жет по­чти от­сут­ство­вать (на­при­мер, глад­ко от­по­ли­ро­ван­ные ме­тал­ли­че­ские по­верх­но­сти). Од­на­ко в боль­шин­стве си­ту­а­ций даже тон­чай­ше­го слоя воз­ду­ха хва­та­ет для того, что­бы «при­ли­па­ния» од­но­го объ­ек­та к дру­го­му не про­ис­хо­ди­ло.

  4. Не сра­зу ста­но­вит­ся оче­вид­но, что пер­во­на­чаль­ное дав­ле­ние газа в со­су­де рав­но ат­мо­сфер­но­му. На это на­ме­ка­ет сло­веч­ко «при­кры­ли» в усло­вии за­да­чи.

Ответ

Максимальный балл: 3

23 Задача #1300 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В ка­че­стве ра­бо­че­го тела в теп­ло­вой ма­ши­не ис­поль­зу­ет­ся иде­аль­ный од­но­атом­ный газ, ко­то­рый со­вер­ша­ет цик­ли­че­ский про­цесс, со­сто­я­щий из изо­бар­но­го на­гре­ва­ния (1→2), изо­хор­но­го охла­жде­ния (2→3) и адиа­бат­но­го сжа­тия (3→1). КПД этой теп­ло­вой ма­ши­ны . Най­ди­те от­но­ше­ние ра­бо­ты со­вер­шен­ной га­зом в изо­бар­ном про­цес­се, к ра­бо­те со­вер­шен­ной над га­зом при адиа­бат­ном сжа­тии.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

24 Задача #1305 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Влаж­ный воз­дух с от­но­си­тель­ной влаж­но­стью на­хо­дит­ся в вер­ти­каль­ном глад­ком ци­лин­дри­че­ском со­су­де под не­ве­со­мым порш­нем с пло­ща­дью На пор­шень мед­лен­но на­сы­па­ют пе­сок. Ка­кую мас­су пес­ка нуж­но на­сы­пать, что­бы на стен­ках со­су­да на­ча­ла по­яв­лять­ся роса? Тем­пе­ра­ту­ра влаж­но­го воз­ду­ха в со­су­де под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ной. Сна­ру­жи со­су­да дав­ле­ние воз­ду­ха рав­но нор­маль­но­му ат­мо­сфер­но­му дав­ле­нию

Решение

При­ме­ча­ние

Урав­не­ние (2) — за­кон Бой­ля-Ма­ри­от­та для все­го газа (пар + воз­дух).

Урав­не­ние (3) — за­кон Бой­ля-Ма­ри­от­та для во­дя­но­го пара.

Рас­про­стра­нён­ная ошиб­ка: при ре­ше­нии ча­сто за­бы­ва­ют про воз­дух в труб­ке и счи­та­ют, что дав­ле­ние под порш­нем це­ли­ком обес­пе­че­но во­дя­ным па­ром, то есть Сно­ва за­быв про на­ли­чие воз­ду­ха, мож­но ска­зать, что дав­ле­ние по­сле до­бав­ле­ния пес­ка от­ку­да по­лу­ча­ет­ся пра­виль­ный от­вет. При этом ни од­но­го вер­но­го урав­не­ния в ре­ше­нии не бу­дет.

От­вет по­лу­ча­ет­ся вер­ный, так как дав­ле­ние влаж­но­го воз­ду­ха, дав­ле­ние пара и дав­ле­ние воз­ду­ха по­ме­ня­лись в оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство раз.

Ответ

Максимальный балл: 3

25 Задача #1783 Тип 24 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В вер­ти­каль­ном ци­лин­дре, за­кры­том свер­ху лёг­ким порш­нем, на­хо­дит­ся эти­ло­вый спирт при тем­пе­ра­ту­ре ки­пе­ния При со­об­ще­нии спир­ту ко­ли­че­ства теп­ло­ты часть его пре­вра­ща­ет­ся в пар, ко­то­рый при изо­бар­ном рас­ши­ре­нии со­вер­ша­ет ра­бо­ту Удель­ная теп­ло­та па­ро­об­ра­зо­ва­ния спир­та а его мо­ляр­ная мас­са — Ка­кая часть под­ве­дён­но­го к эти­ло­во­му спир­ту ко­ли­че­ства теп­ло­ты пе­ре­хо­дит в ра­бо­ту? Объ­ёмом жид­ко­го эти­ло­во­го спир­та пре­не­бречь; счи­тать, что ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние по­сто­ян­но, а пары спир­та — иде­аль­ный газ.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

26 Задача #1638 Тип 24 Сложность 8/10 Источник: ФИПИ

В глад­кой от­кры­той с обо­их кон­цов вер­ти­каль­ной тру­бе, име­ю­щей два раз­ных се­че­ния, на­хо­дят­ся два порш­ня, со­еди­нен­ные стерж­нем дли­ной 0,5 м, а меж­ду порш­ня­ми  — 0,2 моль иде­аль­но­го газа. Пло­щадь се­че­ния верх­не­го порш­ня а ниж­не­го — Дав­ле­ние газа а дав­ле­ние воз­ду­ха сна­ру­жи рав­но Тем­пе­ра­ту­ру газа меж­ду порш­ня­ми из­ме­ни­ли на На ка­кое рас­сто­я­ние при этом пе­ре­ме­стят­ся порш­ни?

Решение

При­ме­ча­ние

Силы, с ко­то­ры­ми стер­жень дей­ству­ет на порш­ни, не рас­смат­ри­ва­ем, по­сколь­ку это вну­трен­ние силы для си­сте­мы тел два гру­за + пор­шень.

При на­гре­ве порш­ни сме­стят­ся вниз, при охла­жде­нии — вверх.

Ответ

Максимальный балл: 3

27 Задача #1707 Тип 25 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

На двой­ном фо­кус­ном рас­сто­я­нии от рас­се­и­ва­ю­щей лин­зы с оп­ти­че­ской си­лой −10 дптр на её глав­ной оп­ти­че­ской оси рас­по­ло­жен то­чеч­ный ис­точ­ник све­та. Лин­за встав­ле­на в не­про­зрач­ную опра­ву ра­ди­у­сом 5 см. Ка­ков диа­метр свет­ло­го пят­на на экра­не, рас­по­ло­жен­ном по дру­гую сто­ро­ну лин­зы на рас­сто­я­нии 10 см от неё пер­пен­ди­ку­ляр­но глав­ной оп­ти­че­ской оси лин­зы? Сде­лай­те ри­су­нок с ука­за­ни­ем хода лу­чей.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 3

28 Задача #1081 Тип 26 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

К вер­ти­каль­ной стен­ке при­сло­не­на од­но­род­ная дос­ка, об­ра­зу­ю­щая с го­ри­зон­таль­ным по­лом угол Ко­эф­фи­ци­ент тре­ния дос­ки о пол Ка­ков дол­жен быть ко­эф­фи­ци­ент тре­ния дос­ки о сте­ну, что­бы дос­ка оста­ва­лась в рав­но­ве­сии?

Решение

Ответ

Максимальный балл: 4

29 Задача #1162 Тип 26 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

Тело мас­сой кг удер­жи­ва­ли на глад­кой за­креп­лен­ной плос­ко­сти, на­кло­нен­ной под уг­лом к го­ри­зон­ту. Ка­кую по мо­ду­лю силу па­рал­лель­ную плос­ко­сти, надо при­ло­жить к телу, что­бы оно в даль­ней­шем дви­га­лось с уско­ре­ни­ем м/с2, на­прав­лен­ным го­ри­зон­таль­но, по­пе­рек на­клон­ной плос­кости?

Решение

Ответ

Максимальный балл: 4

30 Задача #1290 Тип 26 Сложность 6/10 Источник: ФИПИ

Про­бир­ка мас­сой г, со­дер­жа­щая пары эфи­ра, за­кры­та проб­кой и под­ве­ше­на в го­ри­зон­таль­ном по­ло­же­нии к штан­ге на не­рас­тя­жи­мых ни­тях. При на­гре­ва­нии про­бир­ки проб­ка вы­ле­та­ет из нее. Ка­ко­во сум­мар­ное на­тя­же­ние ни­тей сра­зу по­сле вы­ле­та проб­ки, если при даль­ней­шем дви­же­нии про­бир­ки нити от­кло­ни­лись от вер­ти­ка­ли на мак­си­маль­ный угол 60°?

Решение

При­ме­ча­ние

Не всем ин­ту­и­тив­но по­нят­но, что про­бир­ка дви­жет­ся по­сту­па­тель­но. В са­мом деле: нити на­кло­ня­ют­ся на оди­на­ко­вый угол, зна­чит, и вы­со­та то­чек их креп­ле­ния к про­бир­ке все­гда оди­на­ко­ва. Зна­чит, про­бир­ка оста­ет­ся го­ри­зон­таль­ной в те­че­ние все­го вре­ме­ни дви­же­ния.

Ответ

Максимальный балл: 4

31 Задача #306 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Ма­те­ри­аль­ные точ­ки мас­са­ми и при­креп­ле­ны к не­ве­со­мо­му стерж­ню как по­ка­за­но на ри­сун­ке. К точ­ке при­креп­ле­на не­ве­со­мая пру­жи­на жест­ко­стью верх­ний ко­нец ко­то­рой за­креп­лен. Дли­на пру­жи­ны в не­де­фор­ми­ро­ван­ном со­сто­я­нии В на­чаль­ный мо­мент кон­цы пру­жи­ны свя­за­ны ни­тью дли­ной Опре­де­ли­те силу ре­ак­ции стерж­ня, дей­ству­ю­щую на мас­су сра­зу по­сле пе­ре­жи­га­ния нити. Сде­лай­те ри­су­нок с ука­за­ни­ем сил, дей­ству­ю­щих на ша­ри­ки. Об­ос­нуй­те при­ме­ни­мость за­ко­нов, ис­поль­зо­ван­ных при ре­ше­нии за­да­чи.

Решение

Об­ос­но­ва­ние

  1. СО — Зем­ля (счи­та­ем ИСО).
  2. Счи­та­ем ша­ри­ки ма­те­ри­аль­ны­ми точ­ка­ми, по­сколь­ку они дви­жут­ся по­сту­па­тель­но.
  3. Стер­жень не­де­фор­ми­ру­е­мый уско­ре­ния гру­зи­ков по мо­ду­лю рав­ны.
  4. Сра­зу по­сле пе­ре­жи­га­ния нити де­фор­ма­ция пру­жи­ны не успе­ла из­ме­нить­ся.
  5. Силы ре­ак­ции стерж­ня рав­ны по мо­ду­лю, по­сколь­ку стер­жень не­ве­со­мый.
  6. Дви­же­ние ша­ри­ков бу­дем опи­сы­вать II за­ко­ном Нью­то­на.

При­ме­ча­ние

  1. По­че­му ре­ак­ция стерж­ня при­ло­жен­ная к телу на­прав­ле­на вверх? Пред­ста­вим, что пру­жи­ны нет. То­гда все ча­сти «ган­те­ли» па­да­ют сво­бод­но с уско­ре­ни­ем по­это­му сил ре­ак­ции не воз­ник­нет. По­сколь­ку пру­жи­на в на­чаль­ный мо­мент сжа­та и по­ми­мо на вто­рое тело дей­ству­ет вниз еще и сила упру­го­сти, то у воз­ник­нет уско­ре­ние, пре­вы­ша­ю­щее уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния. Зна­чит, вто­рое тело тол­ка­ет стер­жень вниз, ко­то­рый без уча­стия вто­ро­го тела имел бы уско­ре­ние Зна­чит, сила ре­ак­ции со сто­ро­ны стерж­ня по тре­тье­му за­ко­ну Нью­то­на на­прав­ле­на вверх.

  2. По­че­му силы ре­ак­ции стерж­ня оди­на­ко­вы по мо­ду­лю для и Обо­зна­чим ре­ак­ции со­от­вет­ствен­но и То­гда по 3 за­ко­ну Нью­то­на на стер­жень дей­ству­ют про­ти­во­по­лож­но на­прав­лен­ные силы и при­чем и За­пи­шем 2 за­кон Нью­то­на для стерж­ня:

    По­сколь­ку стер­жень не­ве­сом, пра­вая часть рав­на нулю. Зна­чит,

Ответ

Максимальный балл: 4

32 Задача #622 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

На вер­ти­каль­ной оси укреп­ле­на глад­кая го­ри­зон­таль­ная штан­га, по ко­то­рой мо­гут пе­ре­ме­щать­ся два гру­за мас­са­ми и свя­зан­ные не­рас­тя­жи­мой не­ве­со­мой ни­тью дли­ной Нить за­кре­пи­ли на оси так, что гру­зы рас­по­ла­га­ют­ся по раз­ные сто­ро­ны от оси и на­тя­же­ние нити с обе­их сто­рон от оси при вра­ще­нии штан­ги оди­на­ко­во (см. ри­су­нок). При вра­ще­нии штан­ги с ча­сто­той 900 об/мин мо­дуль силы на­тя­же­ния нити, со­еди­ня­ю­щей гру­зы, Опре­де­ли­те дли­ну нити

Решение

Об­ос­но­ва­ние

  1. СО — Зем­ля (счи­та­ем ИСО).
  2. Тела счи­та­ем ма­те­ри­аль­ны­ми точ­ка­ми, счи­тая их раз­ме­ры мно­го мень­ше дли­ны нити.
  3. При дви­же­нии по окруж­но­сти с по­сто­ян­ной уг­ло­вой ско­ро­стью тела име­ют цен­тро­стре­ми­тель­ное уско­ре­ние.
  4. Дви­же­ние тел мож­но опи­сать вто­рым за­ко­ном Нью­то­на.

Ответ

Максимальный балл: 4

33 Задача #694 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

В уста­нов­ке, изоб­ра­жен­ной на ри­сун­ке, мас­са гру­зи­ка по­до­бра­на так, что пер­во­на­чаль­но по­ко­я­ща­я­ся те­леж­ка по­сле толч­ка впра­во дви­жет­ся рав­но­мер­но по по­верх­но­сти три­бо­мет­ра. Во сколь­ко раз мас­са гру­зи­ка мень­ше мас­сы те­леж­ки если по­сле толч­ка вле­во те­леж­ка дви­жет­ся с уско­ре­ни­ем Блок иде­а­лен. Нить не­ве­со­ма и не­рас­тя­жи­ма. Силу со­про­тив­ле­ния дви­же­нию те­леж­ки счи­тать по­сто­ян­ной и оди­на­ко­вой в обо­их слу­ча­ях. Об­ос­нуй­те при­ме­ни­мость за­ко­нов, ис­поль­зо­ван­ных при ре­ше­нии за­да­чи.

Решение

Об­ос­но­ва­ние

  1. СО — Зем­ля (счи­та­ем ИСО).
  2. Те­леж­ку и гру­зик опи­сы­ва­ем мо­де­лью ма­те­ри­аль­ной точ­ки, по­сколь­ку они дви­жут­ся по­сту­па­тель­но.
  3. Нить не­ве­со­ма, зна­чит, силы на­тя­же­ния оди­на­ко­вы на лю­бых участ­ках го­ри­зон­таль­ной нити; так­же силы на­тя­же­ния оди­на­ко­вы на лю­бых участ­ках вер­ти­каль­ной нити.
  4. Блок иде­а­лен (не­ве­сом, тре­ния в оси нет), зна­чит, силы на­тя­же­ния нити по раз­ные его сто­ро­ны рав­ны.
  5. Из пунк­тов 3 и 4 сле­ду­ет, что силы на­тя­же­ния нити, дей­ству­ю­щие на гру­зик и те­леж­ку, рав­ны по мо­ду­лю.
  6. Нить не­рас­тя­жи­ма, по­это­му мо­ду­ли уско­ре­ний те­леж­ки и гру­зи­ка рав­ны.
  7. Опи­шем дви­же­ние тел при по­мо­щи 2 за­ко­на Нью­то­на.

При­ме­ча­ние

  1. Уче­ни­ки ча­сто ри­су­ют ка­кую-то до­пол­ни­тель­ную силу для те­леж­ки, ду­мая, что надо как-то отоб­ра­зить тол­чок. Од­на­ко по­сто­ян­ное уско­ре­ние, о ко­то­ром идет речь в усло­вии за­да­чи, те­леж­ка при­об­ре­та­ет по­сле окон­ча­ния толч­ка, так что этой силы уже нет к рас­смат­ри­ва­е­мо­му мо­мен­ту.

  2. Изю­мин­ка за­да­чи — те­леж­ка по­сле толч­ка вле­во уско­ря­ет­ся впра­во (хотя и дви­жет­ся вле­во).

  3. Ка­за­лось бы, если про­сят най­ти

    «Во сколь­ко раз мас­са гру­зи­ка мень­ше мас­сы те­леж­ки »,

    то надо ис­кать от­но­ше­ние Од­на­ко по­лу­чен­ное чис­ло долж­но ока­зать­ся боль­ше еди­ни­цы, по­это­му ис­кать надо от­но­ше­ние

Ответ

Максимальный балл: 4

34 Задача #846 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Си­сте­ма из гру­зов и и свя­зы­ва­ю­щей их лёг­кой не­рас­тя­жи­мой нити в на­чаль­ный мо­мент по­ко­ит­ся в вер­ти­каль­ной плос­ко­сти, про­хо­дя­щей пер­пен­ди­ку­ляр­но оси за­креп­лён­ной ци­лин­дри­че­ской тру­бы. Гру­зы на­хо­дят­ся на го­ри­зон­таль­ной пря­мой, пе­ре­се­ка­ю­щей ось тру­бы (см. ри­су­нок). В ходе воз­ник­ше­го дви­же­ния груз от­ры­ва­ет­ся от по­верх­но­сти тру­бы в её верх­ней точ­ке Най­ди­те мас­су если Раз­ме­ры гру­зов ни­чтож­но малы по срав­не­нию с ра­ди­у­сом тру­бы. Тре­ни­ем пре­не­бречь. Сде­лай­те схе­ма­ти­че­ский ри­су­нок с ука­за­ни­ем сил, дей­ству­ю­щих на гру­зы. Об­ос­нуй­те при­ме­ни­мость за­ко­нов, ис­поль­зо­ван­ных при ре­ше­нии за­да­чи.

Решение

Об­ос­но­ва­ние

  1. СО — Зем­ля (счи­та­ем ИСО).
  2. Гру­зы опи­сы­ва­ем мо­де­лью ма­те­ри­аль­ной точ­ки, по­сколь­ку их раз­ме­ры малы по срав­не­нию с ра­ди­у­сом сфе­ры.
  3. Нить не­рас­тя­жи­ма, по­это­му пути, прой­ден­ные те­ла­ми, оди­на­ко­вы.
  4. Усло­вие от­ры­ва: сила ре­ак­ции опо­ры рав­на нулю.
  5. Тре­ни­ем и си­ла­ми со­про­тив­ле­ния пре­не­бре­га­ем, сила ре­ак­ции опо­ры все­гда пер­пен­ди­ку­ляр­на мгно­вен­ной ско­ро­сти гру­за по­это­му мо­жем при­ме­нить ЗСЭ.
  6. Опи­шем дви­же­ние тел при по­мо­щи 2 за­ко­на Нью­то­на.

Ответ

Максимальный балл: 4

35 Задача #954 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Шар мас­сой сво­бод­но па­да­ет с вы­со­ты без на­чаль­ной ско­ро­сти. На вы­со­те в шар по­па­да­ет и за­стре­ва­ет в нем го­ри­зон­таль­но ле­тев­шая пуля мас­сой Най­ди­те на­чаль­ную ско­рость пули, если ско­рость шара с за­стряв­шей в нем пу­лей пе­ред со­уда­ре­ни­ем с по­лом Со­про­тив­ле­ни­ем воз­ду­ха пре­не­бречь. Об­ос­нуй­те при­ме­ни­мость за­ко­нов, ис­поль­зу­е­мых для ре­ше­ния за­да­чи.

Решение

Об­ос­но­ва­ние

  1. СО — Зем­ля (счи­та­ем ИСО).
  2. Пулю и шар счи­та­ем ма­те­ри­аль­ны­ми точ­ка­ми, по­ла­гая их раз­ме­ры мно­го мень­ше тра­ек­то­рии.
  3. При­ме­ним ЗСИ для не­за­мкну­той си­сте­мы тел «пуля + шар», по­сколь­ку вре­мя столк­но­ве­ния мало, и вну­трен­ние силы за это вре­мя мно­го боль­ше внеш­них.
  4. Пре­не­бре­га­ем си­ла­ми со­про­тив­ле­ния. Зна­чит, мож­но при­ме­нить ЗСЭ к дви­же­нию ша­ри­ка до столк­но­ве­ния с пу­лей и к дви­же­нию шара с за­стряв­шей пу­лей по­сле столк­но­ве­ния.

При­ме­ча­ние

Си­сте­ма урав­не­ний со­став­ле­на Пе­тей Ку­бла­но­вым.

Ответ

Максимальный балл: 4

36 Задача #1084 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

К брус­ку мас­сой при­креп­лён лёг­кий блок (см. ри­су­нок), че­рез него пе­ре­бро­ше­на лёг­кая не­рас­тя­жи­мая нить, один ко­нец ко­то­рой при­вя­зан к сте­не, а к дру­го­му при­креп­ле­но тело мас­сой На бру­сок дей­ству­ет сила Опре­де­ли­те уско­ре­ние тела. Сво­бод­ные кус­ки нити го­ри­зон­таль­ны и ле­жат в од­ной вер­ти­каль­ной плос­ко­сти, тела дви­га­ют­ся вдоль од­ной пря­мой. Мас­сой бло­ка и нити, а так­же тре­ни­ем пре­не­бречь.

Об­ос­нуй­те при­ме­ни­мость за­ко­нов, ис­поль­зу­е­мых при ре­ше­нии за­да­чи.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 4

37 Задача #1121 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Не­боль­шие ша­ри­ки, мас­сы ко­то­рых г и г, со­еди­не­ны лег­ким стерж­нем и по­ме­ще­ны в глад­кую сфе­ри­че­скую вы­ем­ку. В на­чаль­ный мо­мент ша­ри­ки удер­жи­ва­ют­ся в по­ло­же­нии, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке. Ко­гда их от­пу­сти­ли без толч­ка, ша­ри­ки ста­ли сколь­зить по по­верх­но­сти вы­ем­ки. Мак­си­маль­ная вы­со­та подъ­ема ша­ри­ка мас­сой от­но­си­тель­но ниж­ней точ­ки вы­ем­ки ока­за­лась рав­ной 12 см. Ка­ков ра­ди­ус вы­ем­ки

Решение

При­ме­ча­ние

  1. Ин­те­рес­ная за­да­ча. Стан­дарт­ные ком­би­на­ции раз­де­лов — энер­гия и им­пульс, энер­гия и ди­на­ми­ка. А тут — энер­гия и гео­мет­рия. Мо­жет воз­ник­нуть во­прос: на­сколь­ко по­дроб­но в фи­зи­ке надо до­ка­зы­вать ра­вен­ство тре­уголь­ни­ков? Да вот при­мер­но как на кар­тин­ке. До­ста­точ­но хо­ро­ше­го чер­те­жа. За­пи­си, на­чи­на­ю­щи­е­ся со слов «тре­уголь­ник ра­вен тре­уголь­ни­ку по­сколь­ку...» ввер­га­ют про­ве­ря­ю­ще­го фи­зи­ка в не­ве­ро­ят­ную то­ску, и он бы­стро ищет гла­за­ми, где же там, на­ко­нец, на­чи­на­ет­ся фи­зи­ка в ре­ше­нии за­да­чи.

    Слу­ча­ет­ся, ко­неч­но, что про­ве­ря­ю­щий та­кую ра­бо­ту экс­перт по фи­зи­ке еще и ма­те­ма­ти­ку в шко­ле пре­по­да­ёт. То­гда, ко­неч­но, он в пра­вед­ном гне­ве бе­жит к стар­ше­му экс­пер­ту и во­про­ша­ет — ноль бал­лов ста­вить за та­кое ре­ше­ние или всё-таки мож­но что-ни­будь на­скре­сти? Стар­ший экс­перт по­ни­ма­ю­ще улы­ба­ет­ся, мол­ча вы­слу­ши­ва­ет ар­гу­мен­ты об­ли­чи­те­ля, ки­ва­ет, а по­том ре­ко­мен­ду­ет ста­вить пол­ный балл. «По­ни­ма­е­те, у нас ведь фи­зи­ка...»

  2. Не по­ки­да­ет ощу­ще­ние, что мож­но как-то ина­че и кра­си­во ре­шить за­да­чу че­рез центр масс. Ни­как не дой­дут руки сесть и разо­брать­ся. Пи­ши­те, если есть дру­гие ин­те­рес­ные спо­со­бы ре­ше­ния за­да­чи. Ка­жет­ся, кто-то из уче­ни­ков на уро­ке по­ка­зы­вал та­кое ре­ше­ние, но я ни­че­го не по­нял.

Ответ

Максимальный балл: 4

38 Задача #1277 Тип 26 Сложность 7/10 Источник: ФИПИ

Не­ве­со­мый стер­жень с дву­мя ма­лы­ми гру­зи­ка­ми мас­са­ми г и г, рас­по­ло­жен­ны­ми в точ­ках и со­от­вет­ствен­но, шар­нир­но за­креп­лен в точ­ке Груз мас­сой г под­ве­шен к иде­аль­но­му бло­ку за не­ве­со­мую и не­рас­тя­жи­мую нить, дру­гой ко­нец ко­то­рой со­еди­нен с ниж­ним кон­цом стерж­ня, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Вся си­сте­ма на­хо­дит­ся в рав­но­ве­сии, если стер­жень от­кло­нен от вер­ти­ка­ли на угол а нить со­став­ля­ет угол с вер­ти­ка­лью, рав­ный Рас­сто­я­ние см. Опре­де­ли­те дли­ну стерж­ня пре­не­бре­гая тре­ни­ем в шар­ни­ре. Сде­лай­те ри­су­нок с ука­за­ни­ем сил, дей­ству­ю­щих на груз и стер­жень.

Об­ос­нуй­те при­ме­ни­мость за­ко­нов, ис­поль­зу­е­мых для ре­ше­ния за­да­чи.

Решение

При­ме­ча­ние

Мне не со­всем нра­вит­ся ори­ги­наль­ное об­ос­но­ва­ние (ниже — ци­та­та из фай­ла с де­мо­вер­си­ей 2025 года от ФИПИ, кур­си­вом — мои ком­мен­та­рии).

Об­ос­но­ва­ние

  1. Рас­смот­рим за­да­чу в си­сте­ме от­счё­та, свя­зан­ной с Зем­лёй. Бу­дем счи­тать эту си­сте­му от­счё­та инер­ци­аль­ной (ИСО).

  2. Опи­шем стер­жень мо­де­лью твёр­до­го тела (фор­ма и раз­ме­ры тела не­из­мен­ны, рас­сто­я­ние меж­ду лю­бы­ми дву­мя точ­ка­ми тела оста­ёт­ся не­из­мен­ным). Воз­мож­но ли из­ме­нить фор­му и раз­ме­ры, что­бы рас­сто­я­ние меж­ду лю­бы­ми дву­мя точ­ка­ми оста­лось преж­ним?

  3. Стер­жень на­хо­дит­ся в рав­но­ве­сии от­но­си­тель­но вра­ща­тель­но­го дви­же­ния, по­это­му сум­ма мо­мен­тов сил от­но­си­тель­но оси, про­хо­дя­щей пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти ри­сун­ка че­рез точ­ку A, рав­на нулю.

  4. Груз опи­шем мо­де­лью ма­те­ри­аль­ной точ­ки.

  5. Нить не­рас­тя­жи­ма, по­это­му, если по­ко­ит­ся груз, то по­ко­ит­ся и стер­жень.

  6. Груз на­хо­дит­ся в по­кое от­но­си­тель­но по­сту­па­тель­но­го дви­же­ния, сле­до­ва­тель­но, сум­ма сил, дей­ству­ю­щих на него, рав­на нулю. За­чем это ска­за­но? По усло­вию си­сте­ма в рав­но­ве­сии. Вто­рой за­кон Нью­то­на для стерж­ня не за­пи­сы­вал­ся.

  7. Нить не­ве­со­ма, блок иде­а­лен (мас­са бло­ка ни­чтож­на, тре­ния нет), по­это­му мо­дуль силы на­тя­же­ния нити в лю­бой её точ­ке один и тот же. В слу­чае по­коя мас­са бло­ка не име­ет зна­че­ния.

Ответ

Максимальный балл: 4

39 Задача #271 Тип 26 Сложность 8/10 Источник: ФИПИ

На те­леж­ке мас­сой ко­то­рая мо­жет ка­тать­ся без тре­ния по го­ри­зон­таль­ной плос­ко­сти, име­ет­ся лег­кий крон­штейн, на ко­то­ром под­ве­шен на нити ма­лень­кий ша­рик мас­сой На те­леж­ку по го­ри­зон­та­ли на­ле­та­ет и аб­со­лют­но упру­го стал­ки­ва­ет­ся с ней шар мас­сой ле­тя­щий со ско­ро­стью (см. ри­су­нок). Чему бу­дет ра­вен мо­дуль ско­ро­сти те­леж­ки в тот мо­мент, ко­гда нить, на ко­то­рой под­ве­шен ша­рик, от­кло­нит­ся на мак­си­маль­ный угол от вер­ти­ка­ли? Дли­тель­ность столк­но­ве­ния шара с те­леж­кой счи­тать очень ма­лой.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 4

40 Задача #650 Тип 26 Сложность 8/10 Источник: ФИПИ

К од­но­му кон­цу лег­кой пру­жи­ны жест­ко­стью при­креп­лен мас­сив­ный груз, ле­жа­щий на го­ри­зон­таль­ной плос­ко­сти, дру­гой ко­нец пру­жи­ны за­креп­лен не­по­движ­но (см. ри­су­нок). Ко­эф­фи­ци­ент тре­ния гру­за по плос­ко­сти Груз сме­ща­ют по го­ри­зон­та­ли, рас­тя­ги­вая пру­жи­ну, за­тем от­пус­ка­ют с на­чаль­ной ско­ро­стью, рав­ной нулю. Груз дви­жет­ся в од­ном на­прав­ле­нии и за­тем оста­нав­ли­ва­ет­ся в по­ло­же­нии, в ко­то­ром пру­жи­на уже сжа­та. Мак­си­маль­ное рас­тя­же­ние пру­жи­ны, при ко­то­ром груз дви­жет­ся та­ким об­ра­зом, рав­но Най­ди­те мас­су гру­за.

Решение

Ответ

Максимальный балл: 4