Решение
Республиканская олимпиада 2002 9 класс № 49.4 Равномерное движение пузырька обеспечивается равенством сил,
действующих на него. Так, при неподвижной трубке сила Архимеда
уравновешивается силой вязкого трения
где
ускорением в это уравнение пример вид (проще всего обосновать
это выражение, перейдя в неинерциальную систему отсчета,
связанную с трубкой):
Из выражений (1)-(2) находим скорость установившегося движения пузырька
Формула (3) применима для любых ускорений трубки, поэтому легко заметить, что скорость пузырька станет равной
9.5 а) размерности коэффициентов следуют из вида приведенных формул:
б) В установившемся режиме мощность теплоты, выделяющейся при прохождении тока через проводник (которая определяется законом Джоуля-Ленца), равна мощности теплоты, отдаваемой проводником в окружающую среду
Это уравнение является квадратным относительно неизвестной установившейся температуры. Решение этого уравнения имеет вид
где обозначено
В зависимости от приложенного напряжения
Чтобы уяснить физический смысл полученных результатов и выбрать нужное значение корня представим уравнение (1) в графической форме: изобразим примерные графики зависимости рассматриваемых мощностей от температуры проводника.
Прямая 1 является зависимостью мощности теплоты, отдаваемой в среду, кривые 2,3,4 -зависимости мощностей, выделяемых в проводнике, построенные при разных значениях напряжения источника.
Кривая 3 построена для случая единственного корня, который как видно из графика неустойчив - проводник будет разогреваться.
Отсутствие корней иллюстрирует кривая 4 - в этом случае отсутствует равновесное значение температуры - при любом ее значении проводник разогревается быстрее, чем остывает.
Таким образом, при
остальных случаях установившейся температуры не существует -
проводник неограниченно разогревается. Примерный график
рассмотренной зависимости
в) зависимость силы тока от напряжения легко получить, используя
закон Ома и зависимость температуры от приложенного
напряжения:
Примерный график этой зависимости
рисунке.