Řešení úloh krajského kola 60. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3), V. Vícha (4)

Podobné dokumenty
b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

s 1 = d t 2 t 1 t 2 = 71 m. (2) t 3 = d v t t 3 = t 1t 2 t 2 t 1 = 446 s. (3) s = v a t 3. d = m.

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C

Vyřešením pohybových rovnic s těmito počátečními podmínkami dostáváme trajektorii. x = v 0 t cos α (1) y = h + v 0 t sin α 1 2 gt2 (2)

Kinetická teorie ideálního plynu

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D., kde t 1 = s v 1

4. Kolmou tlakovou sílu působící v kapalině na libovolně orientovanou plochu S vyjádříme jako

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Řešení úloh 1. kola 58. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 5, 6, 7), J. Jírů (3), L.

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

Dosazením a úpravou dostaneme. V 0 gh=(v 0 Sh 1)[ gh+ g(h h 1)],

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Dynamika vázaných soustav těles

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Hydromechanické procesy Hydrostatika

III. Dynamika hmotného bodu

vsinα usinβ = 0 (1) vcosα + ucosβ = v 0 (2) v u = sinβ , poměr drah 2fg v = v 0 sin 2 = 0,058 5 = 5,85 %

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Řešení úloh regionálního kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autořiúloh:M.Jarešová(1,2,3)M.CvrčekaP.Šedivý(4)

FYZIKA I. Gravitační pole. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

Řešení úloh 1. kola 55. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

Mechanika kapalin a plynů

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

1) Tělesa se skládají z látky nebo menších těles mají tvar, polohu a rozměry všechna tělesa se pohybují! 2) Látky se skládají z atomů a molekul

Zápočet z fyzikálního semináře 102XFS

PRÁCE, VÝKON, ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Přijímací zkoušky FYZIKA

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Diferenciální rovnice kolem nás

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

MECHANIKA HYDROSTATIKA A AEROSTATIKA Implementace ŠVP

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

ÍKLAD 190 gram klidu 2880 km/h 0,01 s Otázky z y r ch c le l n dráha síla p sobící práci výkon kinetická energie hmotnosti 2 t rychlost pytle

6. Mechanika kapalin a plynů

FYZIKA. Hydrostatika. KAPALINY Vlastnosti kapalin P1 Pascalův zákon Hydrostatický tlak P2 P3 P4 P5 Archimédův z. P6 P7 P8 P9 P10 Karteziánek

STATIKA Fakulta strojní, prezenční forma, středisko Šumperk

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

7. MECHANIKA TEKUTIN - statika

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Zadání programu z předmětu Dynamika I pro posluchače kombinovaného studia v Ostravě a Uherském Brodu vyučuje Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.

(3) Vypočítejte moment setrvačnosti kvádru vzhledem k zadané obecné ose rotace.

Řešení úloh 1. kola 53. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie A

CVIČNÝ TEST 22. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

Druhy a charakteristika základních pasivních odporů Určeno pro první ročník strojírenství M/01 Vytvořeno listopad 2012

Práce, výkon, energie

Ze vztahu pro mechanickou práci vyjádřete fyzikální rozměr odvozené jednotky J (joule).

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

1141 HYA (Hydraulika)

Fyzika kapalin. Hydrostatický tlak. ρ. (6.1) Kapaliny zachovávají stálý objem, nemají stálý tvar, jsou velmi málo stlačitelné.

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

VY_32_INOVACE_246. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Řešení úloh krajského kola 52. ročníku fyzikální olympiády Kategorie B Autořiúloh:M.Jarešová(1,3),J.Thomas(2),P.Šedivý(4)

Předmět: FYZIKA Ročník: 6.

Práce, energie a další mechanické veličiny

ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM

VY_32_INOVACE_257. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová

Dynamika soustav hmotných bodů

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Okamžitý výkon P. Potenciální energie E p (x, y, z) E = x E = E = y. F y. F x. F z

(2) 2 b. (2) Řešení. 4. Platí: m = Ep

5 Poměr rychlostí autobusu a chodce je stejný jako poměr drah uražených za 1 hodinu: v 1 = s 1

Řešení úloh celostátního kola 59. ročníku fyzikální olympiády. Úlohy navrhl J. Thomas

Měření teplotní roztažnosti

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

12 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Theory Česky (Czech Republic)

GEODÉZIE II. metody Trigonometrická metoda Hydrostatická nivelace Barometrická nivelace GNSS metoda. Trigonometricky určen. ení. Princip určen.

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Dynamika, Newtonovy zákony

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C

Měření povrchového napětí

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

MECHANICKÉ VLASTNOSTI KAPALIN.

ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM. M.Macháček : Fyzika pro ZŠ a VG 6/1, 6/2 (Prometheus) M.Macháček : Fyzika pro ZŠ a VG 7 (Prometheus)

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. = (pascal) tlak je skalár!!! F p = =

Počítačem podporované pokusy z mechaniky

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

5b MĚŘENÍ VISKOZITY KAPALIN POMOCÍ PADAJÍCÍ KULIČKY

Mgr. Tomáš Kotler. I. Cvičný test 2 II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Transkript:

Řešení úloh krajského kola 60. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autoři úloh: J. Thomas 1,, ), V. Vícha 4) 1.a) Mezi spodní destičkou a podložkou působí proti vzájemnému pohybu síla tření o velikosti nejvýše F t fmg, mezi spodní destičkou a prostřední destičkou působí proti vzájemnému pohybu síla tření o velikosti F t fmg a mezi horní a prostřední destičkou působí proti vzájemnému pohybu síla F t1 fmg. Nemáli se horní deska při pohybu prostřední destičky pohnout, je maximální zrychlení prostřední destičky a m fmg m fg; nemá-li se pohnout prostřední destička, může se spodní destička pohybovat také nejvýše se zrychlením a m fmg m fg,0 m s. Z pohybové rovnice F 1 fmg ma m plyne F 1 6fmg,4 N. b) Protože síla tření mezi spodní destičkou a prostřední destičkou je menší než síla tření mezi spodní destičkou a podložkou, zůstane spodní destička v klidu stejně jako horní destička. Platí tedy F F t1 + F t fmg 1, N. c) Z pohybové rovnice pro spodní destičku ma m F 5fmg plyne F 6fmg,4 N. d) Dokud je spodní destička v kontaktu s destičkou prostřední, působí proti jejímu pohybu síla tření o velikosti 5f mg. Pro velikost zrychlení spodní destičky platí ma 1 m v 0 v 1 5fmg, t kde t je doba, po kterou jsou spodní a prostřední destička v kontaktu. Odtud pak t v 0 v 1 5fg. Horní a prostřední destička se pohybují se zrychlením a fg a za dobu t získají rychlost v fg t v 0 v 1 0,4 m s 1. 5

Po pádu horní a prostřední destičky na podložku urazí spodní destička ještě vzdálenost s 1 v 1, horní a prostřední destička urazí vzdálenost fg s v fg v 0 v 1 ). 50fg Pokud bude s < s 1, budou se destičky nacházet ve vzájemné vzdálenosti s 1 s v 1 fg v 0 v 1 ) 50fg.a) Ze vztahu ρ ρ 0 1 + h h 0 ) 4v 1 v 0 + v 0 v 1 50fg 0,1 m. body je vidět, že h 0 je hloubka, ve které má hustota kapaliny hodnotu ρ ρ 0. b) Na vodorovnou plochu velikosti S v hloubce h pod hladinou kapaliny působí síla, jejíž velikost je rovna velikosti tíhové síly kapaliny, která leží nad ní. Protože se hustota kapaliny lineárně zvětšuje s hloubkou, je průměrná hustota kapaliny nad touto plochou rovna ρ 0 + ρ 0 1 + h ) h 0 ρ a hydrostatický tlak v hloubce h p h) mg S ρ 0 + ρ 0 1 + h ) hρg h h 0 g ρ 0 gh 1 + h ). h 0 4 body c) Válec se zastaví, bude-li se jeho těžiště nacházet v hloubce, kde je jeho hustota rovna hustotě okolní kapaliny, tedy ρ 0 ρ 0 1 + h 1 h 0 ) h 1 h 0. d) Nejprve určíme polohu těžiště tělesa vzhledem k ploše, spojující oba válce. Protože spodní válec má dvakrát větší poloměr, má čtyřikrát větší objem. Souřadnice těžiště pak bude l y T V l 4V 5V 10 l. Těžiště leží pod plochou, spojující oba válce. Stejnou úvahou jako v části c) určíme polohu plochy, spojující oba válce, vzhledem k hladině

h h 0 10 l. body Alternativní řešení části c). V rovnováze platí, že tíha válce se rovná rozdílu velikostí tlakových sil na spodní a horní podstavu válce: ρ 0 Slg ρ 0Sg [ h + l h l + l ) h l ) + mg F F 1 p p 1 ) S, ) 1 + h + l h 0 ) h + ) l h l ) h 0 h ) l 1 + h )] l, h 0 l l + hl h 0 h h 0. Alternativní řešení části d). V rovnováze platí, že tíha spojených válců se rovná rozdílu tlakových sil na spodní podstavu spodního válce a na část horní podstavy spodního válce a na horní podstavu horního válce. Protože průměr spodního válce je dvakrát větší, má spodní válec čtyřikrát větší hmotnost i plochu podstavy. V rovnováze platí 5mg 15ρ 0 Slg F F 4 F 5 h + l) ρ 0 4Sg 1 + h ) + l h h l) ρ 0 Sg 15 l 4 h + l) 1 + h ) + l h 0 h l) 1 + h l h 0 1 + h ) l h h ρ 0 Sg 1 + h ) h 0 ) h 1 + h ), h 0 15 l 5l 4 h + l) h l) h h 0 10h l + l h 0, 5 10h + l h 0 h h 0 10 l..a) Protože má první čočka menší průměr, bude se část světelných paprsků lámat na první čočce a pak i na druhé čočce, část paprsků se bude lámat jen na druhé čočce. Obraz vytvořený první čočkou bude ve vzdálenosti a, pro kterou platí a af 1 0 a f 1 cm.,

Tento obraz je ve vzdálenosti a 1 b a a 70 cm před druhou čočkou, která vytvoří obraz ve vzdálenosti za druhou čočkou. a 1 a 1f a 1 f 140 cm Průměr světelné stopy na druhé čočce označme d 1. druhou čočkou bude ve vzdálenosti b bf 100 b f cm za druhou čočkou. b) Průchod paprsků čočkami je na obrázku R1: Obraz vytvořený pouze Z podobnosti trojúhelníků plyne Obr. R1 d min D x b b, d 1 d b a a a, d min d 1 a 1 x a. 1 Z druhé rovnice můžeme vyjádřit d 1 :

d 1 b a a a d 70 cm. Dosazením za d 1 z druhé rovnice do třetí d min b a a a d d min a 1 x a 1 a 1 x a, 1 b a a a d. a po vyjádření d min z první rovnice d min x b b D porovnáním dostaneme po číselném dosazení x b b D a 1 x a 1 b a a a d, {x} 100 100 10 140 {x} 140 {x} 100 50 0 0 0 140 {x}. 70 140 1 140 {x} 4 140 {x} 140 7 1 {x} 400 140 {x} 1 {x} 540 {x} 41,5. Světelná stopa o nejmenším průměru vznikne 41,5 cm za druhou čočkou. 4 body c) Po číselném dosazení do první rovnice d min x b b D 41,5 100 100 10 cm,45 cm. Nejmenší průměr světelné stopy na stínítku bude,5 cm. 4.a) Nejprve vyjádříme kinetickou energii E ki vzhledem k laboratorní soustavě) soustavy částic před reakcí E ki 1 m 0v.

Nyní vyjádříme kinetickou energii E kf spojených částic po reakci E kf 1 m 0) u, kde u je rychlost spojených částic po reakci. Pro určení rychlosti u využijeme zákon zachování hybnosti Odtud u v a E kf m 0v 4. Vyjádříme požadovaný poměr energií m 0 v m 0 u. E kf E ki m 0 v 4 m 0 v 1. Z kinetické energie před reakcí se využije 50 % na kinetickou energii po reakci a 50 % na efektivní energii dostupnou v těžišti nezávisle na hodnotě rychlosti v v rámci nerelativistického řešení). b) Kinetická energie soustavy před reakcí vzhledem k laboratorní soustavě) je opět Kinetická energie soustavy po reakci je E ki 1 m 0v. E kf 1 m 0 + km 0 ) u m 0u k + 1). Ze zákona zachování hybnosti určíme rychlost u spojených částic m 0 v m 0 + km 0 ) u, u v k + 1. Kinetická energie spojených částic je E kf m 0v k + 1). Vyjádříme požadovaný poměr kinetických energií E kf E ki m 0 v k + 1) m 0 v 1 k + 1. Podíl kinetické energie po reakci a před reakcí opět nezávisí na rychlosti dopadající částice, ale závisí na k. S rostoucím k podíl klesá k nule lim ) 1 k k + 1 0 a tudíž roste podíl efektivní energie dostupné v těžišti.

c) Využijeme opět zákony zachování nyní již s relativistickými hybnostmi a energiemi). Zákon zachování hybnosti p i p f, kde počáteční hybnost p i je hybnost dopadající částice projektilu) a p f je hybnost spojených částic. Zákon zachování energie E 0 + E i E f, kde E 0 je klidová energie terčové částice, E i je energie dopadající částice projektilu) a E f je energie spojených částic E f E 0 + E 0 1 v c,66e 0, E f,66e 0. Obecně mezi hybností p, celkovou energií E a rychlostí platí: p mv mc ) v c E v c v c pc E. Pro rychlost u tak platí: ) E 0 v v u c p fc p E i ic c c 1 v c c v 0,956. E f E f E f,66e 0,66c 1 v c Spojené částice mají po srážce rychlost 0,956c. body d) Pomocí relativistického vztahu vyjádříme kinetickou energii před reakcí 1 E ki E 0 1 1 v 1,66E 0. c Kinetickou energii E kf po reakci vyjádříme jako E kf E f E f0, kde E f je energie spojených částic tu jsme již určili v úloze c) a E f 0 je klidová energie spojených částic zde také energie dostupná v těžišti) E f0 E f 1 u c,66e 0 1 0,956 6,86E 0. Po dosazení E kf E f E f0,66e 0 6,86E 0 16,50E 0.

Vyjádříme poměr efektivní energie dostupné v těžišti E EDT a počáteční kinetické energie E EDT E ki E ki E kf E ki 1,66E 0 16,50E 0 1,66E 0 0,6, neboli,6 %. Při relativistickém řešení pro rychlost v 0,999c připadá na efektivní energii dostupnou v těžišti jen,6 % kinetické energie před reakcí. Poznámka: Pro ještě větší rychlost dopadající částice podíl efektivní energie dostupné v těžišti neustále klesá, proto se používají vstřícné svazky, u nichž se může přeměnit limitně 100 % počáteční kinetické energie na efektivní energii dostupnou v těžišti. body