Вопрос B12. Прикладные задачи. Осуществление практических расчетов по формулам.
1. В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону где m0(мг) — начальная масса изотопа, t (мин.) — время, прошедшее от начального момента, T(мин.) — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа m0=50мг. Период его полураспада T=5 мин. Через сколько минут масса изотопа будет равна 12,5 мг? Ответ: 10
2. Для определения эффективной температуры звёзд используют закон Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения нагретого тела Р прямо пропорциональна площади его поверхности S и четвёртой степени температуры T: P= σST4, где σ = 5,7·10-8 - постоянная, площадь измеряется в квадратных метрах, температура — в градусах Кельвина, а мощность — в ваттах. Известно, что некоторая звезда имеет площадь S = ·1020 м2, а излучаемая ею мощность P не менее 1,14·1025 Вт. Определите наименьшую возможную температуру этой звезды. Ответ дайте в градусах Кельвина. Ответ: 4000
3. Коэффициент полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой ·100%, где T1 — температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого двигателя будет не меньше 50%, если температура холодильника T2 = 275 К. Ответ дайте в градусах Кельвина. Ответ: 550
4. Для получения на экране увеличенного изображения лампочки в лаборатории используется собирающая линза с главным фокусным расстоянием f = 40 см. Расстояние d1 от линзы до лампочки может изменяться в пределах от 40 до 60 см, а расстояние d2 от линзы до экрана — в пределах от 200 до 240 см. Изображение на экране будет четким, если соблюдается соотношение . Укажите, на каком наименьшем расстоянии от линзы можно поместить лампочку, чтобы её изображение на экране было чётким. Ответ выразите в сантиметрах. Ответ: 48
5. После дождя уровень воды в колодце может повыситься. Коля бросает небольшие камешки в колодец, измеряя время их падения, и рассчитывает расстояние до воды по формуле h = 5t2, где h – расстояние в метрах, t – время падения в секундах. До дождя камушки падали 1,6 с.
На сколько поднялся уровень воды после дождя, если измеряемое время уменьшилось на 0,2 с? Ответ выразите в метрах. Ответ:3
6. Траектория полёта камня, выпущенного под острым углом к горизонту из камнеметательной машины, описывается формулой y=ax2+bx, где , – постоянные параметры, x(м)- смещение камня по горизонтали, y(м) — высота камня над землёй. На каком наибольшем расстоянии (в метрах) от стены высотой 9 метров нужно расположить машину, чтобы камни пролетали над стеной на высоте не менее, чем 1 метр от верха стены? Толщиной стены можно пренебречь. Ответ: 25
7. Выехав из города со скоростью ν0=53 км/ч, мотоциклист начинает разгоняться с постоянным ускорением a = 8 км/ч2 Расстояние от мотоциклиста до города, измеряемое в километрах, определяется выражением S=v0t + , где t(ч) – время, прошедшее с момента выезда мотоциклиста из города. Через сколько минут мотоциклист доберется от границы города до автозаправочной станции, расположенной в 42 км от города? Ответ: 45
8. Для поддержания балкона планируется использовать цилиндрическую колонну. Давление P (в паскалях), оказываемое балконом и колонной на опору, определяется по формуле , m= 6000 кг — общая масса балкона и колонны, D — диаметр колонны (в метрах). Считая ускорение свободного падения =10 м/с2, а , определите наименьший возможный диаметр колонны, если давление, оказываемое на опору, не должно быть превышать 500000 Па. Ответ выразите в метрах. Ответ: 0,4
9. В боковой стенке высокого цилиндрического бака у самого дна закреплён кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону , где — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, H0 = 20 м — начальная высота столба воды, — отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а — ускорение свободного падения (считайте = 10 м/с2). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объема воды? Ответ: 50
10. Для одного из предприятий-монополистов зависимость объёма спроса на продукцию q (единиц в месяц) от её цены (тыс. руб.) задаётся формулой: . Определите максимальный уровень цены (в тыс. руб.), при котором значение выручки предприятия за месяц составит не менее 990 тыс. руб. Ответ: 11
11. После дождя уровень воды в колодце может повыситься. Мальчик определяет его, измеряя время падения небольших камней в колодец и рассчитывая расстояние до воды по формуле . До дождя время падения камней составляло 0,8 с. На какую минимальную высоту должен подняться уровень воды после дождя, чтобы измеряемое время изменилось больше, чем на 0,2 с? (Ответ выразите в метрах). Ответ: 1,4
12. В боковой стенке высокого цилиндрического бака у самого дна закреплён кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону,, где — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, 0 = 5 м — начальная высота столба воды, —отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а — ускорение свободного падения (считайте =10 м/с2). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объема воды? Ответ: 25
13. При температуре 0º C рельс имеет длину 0=20. При возрастании температуры происходит тепловое расширение рельса, и его длина, выраженная в метрах, меняется по закону
º)01+ º, где 1,2·10-5º(С)-1 — коэффициент теплового расширения, º — температура (в градусах Цельсия). При какой температуре рельс удлинится на 3 мм? Ответ выразите в градусах Цельсия. Ответ: 12,5
14. Коэффициент полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой ·100%, где T1 — температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой минимальной температуре нагревателя 1 КПД этого двигателя будет не меньше 75%, если температура холодильника 2=280К? Ответ дайте в градусах Кельвина. Ответ: 1120
15. Для определения эффективной температуры звёзд используют закон Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади его поверхности и четвёртой степени температуры: = 4, где = 5,7·10-8 - постоянная, площадь измеряется в квадратных метрах, температура — в градусах Кельвина, а мощность — в ваттах. Известно, что некоторая звезда имеет площадь = ·1020 м2, а излучаемая ею мощность не менее 1,5625·1025 Вт. Определите наименьшую возможную температуру этой звезды. Ответ дайте в градусах Кельвина. Ответ: 5000
16. В боковой стенке высокого цилиндрического бака на уровне дна закреплен кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону 20, где 0 = 4 м – начальный уровень воды, м/мин2, и м/мин – постоянные, – время в минутах, прошедшее с момента открытия крана. В течение какого времени вода будет вытекать из бака? Ответ приведите в минутах. Ответ: 40
17. Находящийся в воде водолазный колокол, содержащий моля воздуха при давлении 1=2 атмосферы, медленно опускают на дно водоема. При этом происходит изотермическое сжатие воздуха. Работа, совершаемая водой при сжатии воздуха, определяется выражением (Дж), где – постоянная, 300 K – температура воздуха, (атм) – начальное давление, а (атм) — конечное давление воздуха в колоколе. До какого наибольшего давления можно сжать воздух в колоколе, если при сжатии воздуха совершается работа не более чем 6900 Дж? Ответ приведите в атмосферах. Ответ: 4
18. Локатор батискафа, равномерно погружающегося вертикально вниз, испускает ультразвуковые импульсы частотой 374 МГц. Батискаф спускается со скоростью метров в секунду, где = 1500 м/с — скорость звука в воде, 0 (МГц) — частота испускаемых импульсов, (МГц) — частота отраженного от дна сигнала, регистрируемая приемником.
Определите наибольшую возможную частоту отраженного сигнала , если скорость погружения батискафа не должна превышать 4 м/с. Ответ: 376
19. Расстояние от наблюдателя, находящегося на небольшой высоте метров над землей, выраженное в километрах, до наблюдаемой им линии горизонта вычисляется по формуле , где = 6400 (км) – радиус Земли. С какой высоты горизонт виден на расстоянии 8 км? Ответ дайте в метрах. Ответ: 5
20. Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объем и давление связаны соотношением 1,4 , где (атмосфер) — давление в газе, (литров) — объем газа. Изначально объем газа равен л, а его давление равно одной атмосфере. Поршень насоса выдерживает давление не более атмосфер. Определите, до какого минимального объема можно сжать газ. Ответ выразите в литрах. Ответ: 4,2
21. Плоский замкнутый контур площадью = 1,25 м2 находится в магнитном поле, индукция которого равномерно возрастает. При этом согласно закону электромагнитной индукции Фарадея в контуре появляется ЭДС индукции, значение которой определяется формулой В, где— острый угол между направлением магнитного поля и перпендикуляром к контуру, Тл/с — постоянная, м2 — площадь замкнутого контура, находящегося в магнитном поле. При каком минимальном угле ЭДС индукции не будет превышать 5·10-4 В? Ответ дайте в градусах. Ответ: 60
22. Датчик сконструирован таким образом, что его антенна ловит радиосигнал, который
затем преобразуется в электрический сигнал, изменяющийся со временем по закону
где — время в секундах, амплитуда 0=2 В, частота 120º в секунду, фаза . Датчик настроен так, что если напряжение в нем не ниже чем 1 В, загорается лампочка. Сколько процентов времени на протяжении первой секунды после начала работы лампочка будет гореть? Ответ: 75
23. Трактор тащит сани с силой кН, направленной под острым углом к горизонту. При скорости трактора м/с мощность равна кВт. При каком максимальном угле эта мощность будет не менее 270 кВт? Ответ дайте в градусах. Ответ: 60
Вопрос B12. Прикладные задачи. Осуществление практических расчетов по формулам.
1. В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону где m0(мг) — начальная масса изотопа, t (мин.) — время, прошедшее от начального момента, T(мин.) — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа m0=50мг. Период его полураспада T=5 мин. Через сколько минут масса изотопа будет равна 12,5 мг?
2. Для определения эффективной температуры звёзд используют закон Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения нагретого тела Р прямо пропорциональна площади его поверхности S и четвёртой степени температуры T: P= σST4, где σ = 5,7·10-8 - постоянная, площадь измеряется в квадратных метрах, температура — в градусах Кельвина, а мощность — в ваттах. Известно, что некоторая звезда имеет площадь S = ·1020 м2, а излучаемая ею мощность P не менее 1,14·1025 Вт. Определите наименьшую возможную температуру этой звезды. Ответ дайте в градусах Кельвина.
3. Коэффициент полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой ·100%, где T1 — температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой минимальной температуре нагревателя T1 КПД этого двигателя будет не меньше 50%, если температура холодильника T2 = 275 К. Ответ дайте в градусах Кельвина.
4. Для получения на экране увеличенного изображения лампочки в лаборатории используется собирающая линза с главным фокусным расстоянием f = 40 см. Расстояние d1 от линзы до лампочки может изменяться в пределах от 40 до 60 см, а расстояние d2 от линзы до экрана — в пределах от 200 до 240 см. Изображение на экране будет четким, если соблюдается соотношение . Укажите, на каком наименьшем расстоянии от линзы можно поместить лампочку, чтобы её изображение на экране было чётким. Ответ выразите в сантиметрах.
5. После дождя уровень воды в колодце может повыситься. Коля бросает небольшие камешки в колодец, измеряя время их падения, и рассчитывает расстояние до воды по формуле h = 5t2, где h – расстояние в метрах, t – время падения в секундах. До дождя камушки падали 1,6 с.
На сколько поднялся уровень воды после дождя, если измеряемое время уменьшилось на 0,2 с? Ответ выразите в метрах.
6. Траектория полёта камня, выпущенного под острым углом к горизонту из камнеметательной машины, описывается формулой y=ax2+bx, где , – постоянные параметры, x(м)- смещение камня по горизонтали, y(м) — высота камня над землёй. На каком наибольшем расстоянии (в метрах) от стены высотой 9 метров нужно расположить машину, чтобы камни пролетали над стеной на высоте не менее, чем 1 метр от верха стены? Толщиной стены можно пренебречь.
7. Выехав из города со скоростью ν0=53 км/ч, мотоциклист начинает разгоняться с постоянным ускорением a = 8 км/ч2 Расстояние от мотоциклиста до города, измеряемое в километрах, определяется выражением S=v0t + , где t(ч) – время, прошедшее с момента выезда мотоциклиста из города. Через сколько минут мотоциклист доберется от границы города до автозаправочной станции, расположенной в 42 км от города?
8. Для поддержания балкона планируется использовать цилиндрическую колонну. Давление P (в паскалях), оказываемое балконом и колонной на опору, определяется по формуле , m= 6000 кг — общая масса балкона и колонны, D — диаметр колонны (в метрах). Считая ускорение свободного падения =10 м/с2, а , определите наименьший возможный диаметр колонны, если давление, оказываемое на опору, не должно быть превышать 500000 Па. Ответ выразите в метрах.
9. В боковой стенке высокого цилиндрического бака у самого дна закреплён кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону , где — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, H0 = 20 м — начальная высота столба воды, — отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а — ускорение свободного падения (считайте = 10 м/с2). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объема воды?
10. Для одного из предприятий-монополистов зависимость объёма спроса на продукцию q (единиц в месяц) от её цены (тыс. руб.) задаётся формулой: . Определите максимальный уровень цены (в тыс. руб.), при котором значение выручки предприятия за месяц составит не менее 990 тыс. руб.
11. После дождя уровень воды в колодце может повыситься. Мальчик определяет его, измеряя время падения небольших камней в колодец и рассчитывая расстояние до воды по формуле . До дождя время падения камней составляло 0,8 с. На какую минимальную высоту должен подняться уровень воды после дождя, чтобы измеряемое время изменилось больше, чем на 0,2 с? (Ответ выразите в метрах).
12. В боковой стенке высокого цилиндрического бака у самого дна закреплён кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону,, где — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, 0 = 5 м — начальная высота столба воды, —отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а — ускорение свободного падения (считайте =10 м/с2). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объема воды?
13. При температуре 0º C рельс имеет длину 0=20. При возрастании температуры происходит тепловое расширение рельса, и его длина, выраженная в метрах, меняется по закону
º)01+ º, где 1,2·10-5º(С)-1 — коэффициент теплового расширения, º — температура (в градусах Цельсия). При какой температуре рельс удлинится на 3 мм? Ответ выразите в градусах Цельсия.
14. Коэффициент полезного действия (КПД) некоторого двигателя определяется формулой ·100%, где T1 — температура нагревателя (в градусах Кельвина), T2 — температура холодильника (в градусах Кельвина). При какой минимальной температуре нагревателя 1 КПД этого двигателя будет не меньше 75%, если температура холодильника 2=280К? Ответ дайте в градусах Кельвина.
15. Для определения эффективной температуры звёзд используют закон Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади его поверхности и четвёртой степени температуры: = 4, где = 5,7·10-8 - постоянная, площадь измеряется в квадратных метрах, температура — в градусах Кельвина, а мощность — в ваттах. Известно, что некоторая звезда имеет площадь = ·1020 м2, а излучаемая ею мощность не менее 1,5625·1025 Вт. Определите наименьшую возможную температуру этой звезды. Ответ дайте в градусах Кельвина.
16. В боковой стенке высокого цилиндрического бака на уровне дна закреплен кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону 20, где 0 = 4 м – начальный уровень воды, м/мин2, и м/мин – постоянные, – время в минутах, прошедшее с момента открытия крана. В течение какого времени вода будет вытекать из бака? Ответ приведите в минутах.
17. Находящийся в воде водолазный колокол, содержащий моля воздуха при давлении 1=2 атмосферы, медленно опускают на дно водоема. При этом происходит изотермическое сжатие воздуха. Работа, совершаемая водой при сжатии воздуха, определяется выражением (Дж), где – постоянная, 300 K – температура воздуха, (атм) – начальное давление, а (атм) — конечное давление воздуха в колоколе. До какого наибольшего давления можно сжать воздух в колоколе, если при сжатии воздуха совершается работа не более чем 6900 Дж? Ответ приведите в атмосферах.
18. Локатор батискафа, равномерно погружающегося вертикально вниз, испускает ультразвуковые импульсы частотой 374 МГц. Батискаф спускается со скоростью метров в секунду, где = 1500 м/с — скорость звука в воде, 0 (МГц) — частота испускаемых импульсов, (МГц) — частота отраженного от дна сигнала, регистрируемая приемником.
Определите наибольшую возможную частоту отраженного сигнала , если скорость погружения батискафа не должна превышать 4 м/с.
19. Расстояние от наблюдателя, находящегося на небольшой высоте метров над землей, выраженное в километрах, до наблюдаемой им линии горизонта вычисляется по формуле , где = 6400 (км) – радиус Земли. С какой высоты горизонт виден на расстоянии 8 км? Ответ дайте в метрах.
20. Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объем и давление связаны соотношением 1,4 , где (атмосфер) — давление в газе, (литров) — объем газа. Изначально объем газа равен л, а его давление равно одной атмосфере. Поршень насоса выдерживает давление не более атмосфер. Определите, до какого минимального объема можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
21. Плоский замкнутый контур площадью = 1,25 м2 находится в магнитном поле, индукция которого равномерно возрастает. При этом согласно закону электромагнитной индукции Фарадея в контуре появляется ЭДС индукции, значение которой определяется формулой В, где— острый угол между направлением магнитного поля и перпендикуляром к контуру, Тл/с — постоянная, м2 — площадь замкнутого контура, находящегося в магнитном поле. При каком минимальном угле ЭДС индукции не будет превышать 5·10-4 В? Ответ дайте в градусах.
22. Датчик сконструирован таким образом, что его антенна ловит радиосигнал, который
затем преобразуется в электрический сигнал, изменяющийся со временем по закону
где — время в секундах, амплитуда 0=2 В, частота 120º в секунду, фаза . Датчик настроен так, что если напряжение в нем не ниже чем 1 В, загорается лампочка. Сколько процентов времени на протяжении первой секунды после начала работы лампочка будет гореть?
23. Трактор тащит сани с силой кН, направленной под острым углом к горизонту. При скорости трактора м/с мощность равна кВт. При каком максимальном угле эта мощность будет не менее 270 кВт? Ответ дайте в градусах.