Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Задание состоит из 3 независимых задач.
1.1 Восточный падишах приказал своему скульптору изготовить золотой бюст. Скульптор выполнил заказ. Падишаху бюст понравился, но показался слишком маленьким, поэтому он дал команду изготовить такой же бюст, но в два раза больший по высоте. Во сколько раз стоимость второго бюста больше стоимости первого?
Считайте, что стоимость бюста равна стоимости золота, которое пошло на его изготовление.
Подумай, что остаётся неизменным при увеличении бюста вдвое и какая величина определяет его массу (а значит и стоимость). Нарисуй схему подобия между малыми и большими линейными размерами.
Воспользуйся свойством подобия: при увеличении всех линейных размеров в k раз объём изменяется пропорционально кубу k, то есть
- Введи коэффициент масштабирования линейных размеров
. - Запиши связь объёмов:
. - Учти, что масса и стоимость пропорциональны объёму при одинаковой плотности и материале.
- Вырази во сколько раз изменится стоимость второго бюста через
.
1.1 Очевидно, что при увеличении линейных размеров бюста в 2 раза, его объем, масса и стоимость возрастут в 8 раз.
1.2 Воздушный шар радиуса
Что представляет собой «суммарная сила атмосферного давления» на парящий шар — откуда она возникает и от каких геометрических величин зависит? Вспомни, какую часть среды заменяет шар.
Применяй принцип равенства выталкивающей силы весу вытесненной жидкости (газа): выталкивающая сила пропорциональна объёму тела, то есть
- Обозначь коэффициент увеличения радиуса
. - Запиши, как меняется объём шара при увеличении радиуса:
. - Учти, что суммарная сила давления (архимедова сила) пропорциональна объёму.
- Вырази во сколько раз изменится суммарная сила через
.
1.2 Суммарная сила атмосферного давления есть сила Архимеда, которая пропорциональна объему шара. Следовательно, при увеличении радиуса в 2 раза, сила давления воздуха возрастет в 8 раз. Здесь учтено, что при заданном радиусе шара можно пренебречь изменением плотности воздуха на высотах равных, диаметру шара.
1.3 Проводящий тонкий цилиндрический стержень, подключенный к источнику постоянного напряжения, находится в воздухе, температура которого равна
Считайте, что удельное сопротивление стержня от температуры не зависит. Длина стержня значительно больше его радиуса.
Определи, каким образом в стержне появляется тепло и каким образом оно уходит в воздух. Подумай, как масштабирование линейных размеров в 2 раза меняет объём стержня и его боковую поверхность.
Запиши закон Джоуля–Ленца для мощности, выделяющейся при заданном напряжении, выразив сопротивление через удельное сопротивление и геометрию стержня; запиши также предположение, что мощность теплоотдачи пропорциональна боковой площади и разности температур.
- Запиши сопротивление стержня через удельное сопротивление
, длину и радиус . - Вырази выделяемую мощность при напряжении
как функцию , , и (закон Джоуля–Ленца). - Запиши мощность теплоотдачи как
(боковая площадь) и подставь для боковой площади . - Приравняй выражения для выделяемой и отводимой мощностей и вырази установившуюся температуру второго стержня из полученной системы.
1.3 Когда температура стержня установилась, количество теплоты, выделяющейся при прохождении тока, станет равным количеству теплоты, уходящей в окружающий воздух. Мощность выделяющейся теплоты определяется законом Джоуля – Ленца, который при постоянном напряжении имеет вид
Разумно предположить, что мощность теплоты, уносимой в воздух пропорционально площади боковой поверхности стержня и разности температур стержня и окружающей среды:
Приравнивая эти мощности, найдем температуру стержня (учитывая, что температура воздуха равна нулю):
Из этой формулы следует, что при увеличении размеров стержня в 2 раза температура стержня уменьшится в 2 раза, т.е. станет равной
Решения задач
