Условие

Республиканская олимпиада 2005 9 класс № 2

Задание 2. «Дробь Мюнхгаузена»

Согласно дошедшим до наших дней абсолютно правдивым рассказам барона, в старину для производства охотничьей дроби расплавленный свинец капали с высоких башен. Во время полета капля принимала сферическую форму под действием сил поверхностного натяжения и успевала остыть до температуры кристаллизации. Таким образом, на землю «с неба» (в буквальном смысле этого слова) сыпалась «готовая продукция»...

Надежное производство мелкой дроби радиусом мм обеспечивалось при минимальной высоте башни м. При меньших высотах капли свинца не успевали отвердевать.

Во время войны с «крупным неприятелем» барону потребовалось наладить производство крупной дроби радиусом мм.

При какой минимальной высоте новой башни это возможно?

Считайте, что капли жидкого свинца капают с башни при температуре плавления, а падают на землю полностью отвердевшими.

Решите эту задачу в двух случаях.

2.1 Пренебрегая силой сопротивления воздуха.

2.2 С учетом силы сопротивления воздуха.

Этот случай гораздо сложнее, поэтому немного вам поможем.

Описание падения тела с учетом сопротивления воздуха представляет собой достаточно сложную задачу: тело начинает двигаться с ускорением свободного падения; его скорость растет, а ускорение уменьшается; наконец, скорость тела достигает своего максимального значения, и далее тело движется равномерно с этой скоростью.

С хорошей точностью такое движение можно рассматривать как совокупность равноускоренного движения (с ускорением свободного падения),
а по достижении скорости установившегося движения – движения равномерного.
На рисунке показана предлагаемая зависимость скорости от времени.

Наконец, еще несколько «подсказок».

  1. Количество теплоты , полученное (отданное) телом с площадью поверхности за промежуток времени :

    где — разность температур тела и окружающей среды, — коэффициент теплоотдачи, зависящий только от физических свойств контактирующих материалов.

  2. Сила сопротивления воздуха зависит от скорости движения тела и описывается формулой
    сопр
    где - площадь поперечного сечения тела, - плотность воздуха, - безразмерный коэффициент лобового сопротивления, для тел сферической формы .

  3. Объем шара радиуса равен , площадь его поверхности .

  4. Плотность воздуха кгм, плотность свинца кгм.