Решение

Республиканская олимпиада 2002 9 класс № 4

9.4 Равномерное движение пузырька обеспечивается равенством сил,
действующих на него. Так, при неподвижной трубке сила Архимеда
уравновешивается силой вязкого трения

где - объем пузырька. При подъеме трубки с постоянным
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 , при ускорении трубке равном , то есть при движении вниз с ускорением в два раза большем ускорения свободного падения.

9.5 а) размерности коэффициентов следуют из вида приведенных формул: Ом; град; Втград.

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 , уравнение (1) имеет либо два корня (при ); либо один корень (при ); либо корней не имеет (при ).

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 2 соответствует наличию двух корней уравнения 1. Можно заметить, что корень является устойчивым: при мощность, выделяющаяся в проводнике, превосходит мощность, отдаваемую в среду, поэтому проводник будет нагреваться; при ситуация обратная, поэтому проводник будет остывать до температуры . Корень - неустойчив: при проводник будет остывать до температуры ; при проводник будет разогревать до бесконечности, так на этом этапе мощность, выделяемая в проводнике, возрастает быстрее мощности, отдаваемой в среду.
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 установившаяся температура определяется формулой , если начальная температура проводника меньше, чем . В

остальных случаях установившейся температуры не существует -
проводник неограниченно разогревается. Примерный график
рассмотренной зависимости показан на рисунке.
в) зависимость силы тока от напряжения легко получить, используя
закон Ома и зависимость температуры от приложенного
напряжения:

Примерный график этой зависимости также показан на
рисунке.