в наше время на дни рождения часто дарят резиновые шарики надутые гелием
В наше время на дни рождения часто дарят резиновые шарики надутые гелием
В наше время на дни рождения часто дарят резиновые шарики, надутые гелием, — они не взрывоопасны и имеют довольно большую подъёмную силу. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, происхождение этой подъёмной силы и определите, на сколько она изменится, если вместо гирлянды из 27 шаров, в каждый из которых накачали по 1 молю гелия, надуть тем же количеством гелия один большой шар? Толщина резиновой оболочки у всех шаров одинакова, давление и температура близки к нормальным, а подъёмная сила гирлянды равна 1,52 Н.
1. На шар с лёгким газом действуют направленная вверх выталкивающая сила Fв и направленная вниз сила тяжести P оболочки. Если первая сила превышает по модулю вторую, то шар взлетает — этим и объясняется происхождение подъёмной силы. Таким образом, подъёмная сила Fп шара с лёгким газом равна 
2. Выталкивающая сила равна разности веса воздуха, который был вытеснен надутым шаром, и веса лёгкого газа, которым заполнена оболочка. Для одного моля гелия в воздухе выталкивающая сила, с учётом закона Архимеда, равна 
где 
и 
— молярные массы воздуха и гелия. Для n = 27 моль гелия выталкивающая сила равна по модулю 
Эта сила одинакова как для гирлянды из 27 шаров, так и для одного большого шара с тем же количеством гелия.
3. Вес всех оболочек гирлянды шаров пропорционален их общей площади и равен 
4. Объем V1 одного шара пропорционален кубу его радиуса r1, а площадь S1 сферической оболочки — квадрату её радиуса. Поскольку объём 27 шаров 
то радиус большого шара 
а площадь его оболочки 
т. е. в 3 раза меньше, чем у 27 шаров гирлянды. Значит, и вес оболочки большого шара тоже в 3 раза меньше, чем у 27 маленьких шаров: 
5. Подъёмная сила большого шара равна 
т. е. приблизительно в 3,3 раза больше гирлянды.
Ответ: подъёмная сила увеличится на 
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ, и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и закономерностей | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеются один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт. В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.). В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. В наше время на дни рождения часто дарят резиновые шарики надутые гелиемВ наше время на дни рождения часто дарят резиновые шарики, надутые гелием, – они не взрывоопасны и имеют довольно большую подъёмную силу. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, происхождение этой подъёмной силы и определите, на сколько она изменится, если вместо гирлянды из 8 шаров, в каждый из которых накачали по 1 молю гелия, надуть тем же количеством гелия один большой шар? Толщина резиновой оболочки у всех шаров одинакова, давление и температура близки к нормальным, а подъёмная сила гирлянды равна 0,45 Н. 1. На шар с лёгким газом действуют направленная вверх выталкивающая сила Fв и направленная вниз сила тяжести P оболочки. Если первая сила превышает по модулю вторую, то шар взлетает — этим и объясняется происхождение подъёмной силы. Таким образом, подъёмная сила Fп шара с лёгким газом равна 2. Выталкивающая сила равна разности веса воздуха, который был вытеснен надутым шаром, и веса лёгкого газа, которым заполнена оболочка. Для одного моля гелия в воздухе выталкивающая сила, с учётом закона Архимеда, равна 3. Вес всех оболочек гирлянды шаров пропорционален их общей площади и равен 4. Объем V1 одного шара пропорционален кубу его радиуса r1, а площадь S1 сферической оболочки — квадрату её радиуса. Поскольку объём 8 шаров 5. Подъёмная сила большого шара равна Ответ: подъёмная сила увеличится на
|
Н, где 
Н. Эта сила одинакова как для гирлянды из 8 шаров, так и для одного большого шара с тем же количеством гелия.
Н.
то радиус большого шара 
а площадь его оболочки 
т. е. в 2 раза меньше, чем у 8 шаров гирлянды. Значит, и вес оболочки большого шара тоже в 2 раза меньше, чем у 8 маленьких шаров: 
т. е. приблизительно в 2,7 раза больше гирлянды.
Учитывая, что скорости шаров до взаимодействия были равными и направлены противоположно, получаем M \upsilon − m υ = (M + m)u. Отсюда M (υ − u) = m(υ + u).
и 
соответственно зажата пружины, которая стянута нитью. Нить пережигают и пружина разжимается, в результате шарики отклоняются на одинаковый угол 
Найдите отношение длин нитей 
Сжатие пружины намного меньше длины нитей.
где 
где 
Чтобы определить зависимость модуля силы Архимеда, действующей на полностью погружённое в воду тело, от плотности материала этого тела, объёмы тел должны быть одинаковыми, а плотности — разные. Под данные описания подходят тела 1 и 5.
Из этого следует, что период колебаний шарика равен 
Для установления зависимости масса шарика должна оставаться неизменными. Такому условию удовлетворяют опыты 1 и 4.