Задание №1.

 

Кавендиш Генри (1731-1810 гг.), английский физик и химик. Исследовал свойства многих газов, получил водород и углекислый газ(1766 г.), определил состав воздуха (1781 г.) и химический состав воды (1784 г.). с помощью изобретенных им крутильных весов подтвердил закон всемирного тяготения. Определил закон взаимодействия электрических зарядов (опублик. в 1879 г.).  Экспериментально исследовал электрические и тепловые явления. Он проводил научные эксперименты, на целые столетия опережая свое время, при этом Кавендиш не заботился не о публикации своих работ, ни о признании ученым миром. Большинство научных работ Кавендиша не публиковалось вплоть до второй половины 19 века. О его работах стало известно лишь в 1879 г., после того, как английский физик Дж. Максвелл опубликовал его рукописи, находившиеся до этого времени в архивах.

Задание №2.

• С помощью медицинских весов определяю массу тела: mт = 65 кг
• С помощью термометра определяю температуру тела: tт = 36,5ºС
• С помощью термометра определяю температуру окружающей среды: tсреды = 20ºС
• Удельная теплоемкость тела равна 0,8 Своды = 0,8 · 4200 Дж/кг·ºС = 3360 Дж/кг·ºС
• Количество теплоты, отдаваемое моим организмом в окружающую среду, вычисляю по формуле: Q = cт mт (tт – tcp)

Q = 65 кг · 3360 Дж/кг· ºС 0╖ (36,5º - 20º) = 3603600 Дж = 3603,6 кДж

Ответ: 3603,6 кДж.

Человеческий организм можно рассматривать как биогенератор энергии за счет принимаемой пищи и работы систем организма, поэтому тело сохраняет примерно постоянную температуру.

 

Задание №3.

 

 

Дано:

Vox = 10м/с

ах = -2 м/с2

t = 6 c

Найти: Sx

Решение:

Для выполнения пути, пройденного телом за 6 с, используем формулу:

Sx = Vox · t +

         Так как мы имеем движение тела с уменьшающейся по модулю скоростью (ах = -2 м/с2), поэтому векторы скорости и ускорения направлены в противоположные стороны и их проекции имеют разные знаки.

Sx = 10м/с · 6с -  = 60 м – 36 м = 24 м.

         Ответ: Sx = 24м.

Задание №4.

Дано:

КПД = 80%

Vводы = 1,5 л = 0,0015м3

Рчайн =0,6 кВт = 600 Вт

t1 = 20ºC

tкип = 100ºС

Найти: ∆t – время, за которое чайник закипит.

Решение:

• Количество теплоты, выделяемое при прохождении тока через нагревательный элемент, вычисляем по формуле: Q = P · ∆t
• Так как КПД чайника равен 80%, то количество теплоты, которое пойдет на нагревание воды до кипения, равно Qn = 0.8 P · ∆t
• С другой стороны, количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 20ºС до 100ºС рассчитывается по формуле: Q = Cводы mводы (tкип – t1), или Q = cв ρв vв (tкип – t1) (т. к. ρ = m/v)
• Нaходим ∆t из уравнения Q = Qn. c

cв ρв vв (tкип – t1) = 0,8p · ∆t   ∆t = ;

∆t =

∆t  = 1050 c = 17.5 мин.

Ответ: чайник закипит через 17,5 минут.

Задание №5.

Дано:

ho = 4 см = 0,04 м

Sоснов л = 45 м2

ρл = 900 кг/м3

ρв = 1000 кг/м3

Найти: mл – массу льдины

         ρл = плотность льда

ρв = плотность воды.

Решение:

• Обозначим высоту льдины Н, тогда толщина льдины, находящейся в воде, равна Н – ho.
• На льдину действует сила тяжести Fтяж = mл g и Архимедова сила FA, равная весу жидкости в объеме погруженной в нее части льдины, т. е.

FA = ρв g · Sосн · (Н – ho),

где    S · (H – ho) – объем погруженной в воду части льдины.

• Т. к. льдина плавает, то Fтяж = FA;

mл g = ρв g· Sосн · (Н – ho)/; g

mл = ρв Sосн · (Н – ho)                                                                   (1)

• mл = ρл vл = ρл ·  Sосн · Н. Отсюда следует:
• л ·  Sосн · Н = ρв Sосн Н – ρв Sосн ho
• в ·  Sосн · ho = ρв Sосн Н – ρл Sосн Н/:Sосн
• в ·  ho = Н (ρв – ρл)

Находим высоту льдины: Н =

Н = 0,4 м

• Подставим Н = 0,4 м в формулу (1) и найдем массу льдины:

mл = 1000 кг/м3 · 45м2 · (0,4 – 0,04 м) = 16200 кг

Ответ: масса льдины 16200 кг.

Задание №6.

• С помощью стакана с водой определяем объем груза: опускаем груз в стакан с водой. Если стакан доверху наполнен водой, то часть воды, вытесненная грузом, выльется (если стакан не полностью заполнен водой, и после опускания груза). Объем вылившейся воды равен объему груза.
• С помощью динамометра определяем вес вылившейся воды Рв = mв g и вычисляем ее массу mв = Рв/ g
• Из формулы ρв = mв/vв найдем объем вылившейся воды vв = mв/ρв; vводы = vгруза
• Подвешиваем груз к динамометру и определяем его вес в воздухе: Р1
• Опускаем груз в стакан с медным купоросом до полного погружения и по динамометру определяем его вес в медном купоросе: Р2
• Р2 < Р1, т. к. на груз действует выталкивающая сила: FA = P1 – P2
• Из формулы FA = ρмед.купорос · g vгруза находим плотность медного купороса:

Ρмедн. купороса =

Задание №7

Дано:

h = 10 м

Ек = Еn

Найти: v – скорость тела, в момент времени, когда Ек = Еn.

Решение:

• На основании закона сохранения механической энергии сумма потенциальной и кинетической энергии есть величина постоянная (если не учитывать сопротивление воздуха). Энергия не возникает и не исчезает, она только превращается из одного виды в другой, при этом ее значение сохраняется.
• На высоте 10 м: Ек = 0, Еn имеет максимальное значение.
• Когда тело начинает падать, то потенциальная энергия начинает уменьшаться пропорционально высоте, ровно на столько же начнет увеличиваться кинетическая энергия.
• Потенциальная энергия уменьшается наполовину в средней точке, т. е. на высоте ho =  = 5 м

Ек = Еn       = mgh /: m

v2/2 = gh     v2 = 2gh

v = ;          v =  = 10 м/с

где    g = 10м/с2;  ho = 5 м.

         На высоте ho = 5м

Еn = mgh = m · 10 · 5 = 50 m         Дж

Ек =  = 50 m Дж

         Ответ: при условии Еn = Ек скорость тела равна 10 м/с.

Задание №8.

Дано:

V0 = 60м/с

t = 8 c

Найти: v – скорость тела, брошенного горизонтально.

Решение:

Перемещение брошенного горизонтально тела можно разложить на два: горизонтальное Sx и вертикальное Sy.

 

 

                   0                                                      Sx     x

 

 

              Sy                                                                  Vx

 

               y                                                           Vy     V

Применяя закон независимости движений, имеем Н = Sy = ; Sx = V0 t, где t – время.

• Скорость вертикального перемещения находится по формуле
• = gt = 9,8 м/с2 · 8с
• = 78.4 м/с
• Скорость горизонтального перемещения Vx = Vo = 60 м/с.
• Скорость тела, брошенного горизонтально, находим по формуле
• =
• =  ≈ 98.7 м/с.

Ответ: = 98,7 м/с.

Задание №9.

Ответ:

• На бутылку, доверху наполненную жидкостью, действуют в жидкости такие же силы, как и на сплошной кусок стекла в этой жидкости.
• Следовательно, на бутылку, доверху наполненную водой, в воде действует сила тяжести стекла в объёме бутылки и архимедова сила

Fтяж = ρстекла · vбут · g

FA = ρводы · vбут g

ρcтекла vбут g > ρводы · vбут g, т. к.  ρcтекла > ρводы

Fтяж > FA     бутылка потонет в воде

• На бутылку, доверху наполненную ртутью, в ртути действуют те же силы:

Vтяж = ρстекла · vбут g

VA = ρртути vбут g

ρртути vбут g > ρстекла · vбут g, т. к. ρртути > ρстекла

                               FA > Fтяж

Бутылка со ртутью не потонет, будет плавать.

где, ρстекла  - плотность стекла – 2500 кг/м3

ρртути – плотность ртути – 13600 кг/м3

ρводы – плотность воды – 1000 кг/м3

Задание №10

Ответ:

Спираль раскаляется, а провода почти не нагреваются, потому что сопротивление спирали во много раз больше сопротивления проводов. Эта разница достигается за счет использования для спирали проводников с удельным сопротивлением проводов. Чаще всего для изготовления спиралей, электронагревательных элементов, используют вольфрам, «нихром» - это сплав никеля, железа, хрома и марганца. Удельное сопротивление нихрома в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Провода же делают медные, стальные, алюминиевые, они имеют гораздо меньшее сопротивление.

Сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводников, обратно пропорционально площади поперечного сечения S и зависит от вещества, из которого изготовлен проводник, т. е. от удельного сопротивления ρ: R = ρ l/S, а количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно Q = I2Rt.

Т. е. количество теплоты Q прямо пропорционально сопротивлению R.