Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autořiúloh:M.Jarešová(5),P.Šedivý(1,4),J.Thomas(2,3,7), K.RauneraP.Šedivý(6).



Podobné dokumenty
Řešení úloh celostátního kola 55. ročníku fyzikální olympiády.

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

Řešení úloh 1. kola 53. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autořiúloh:J.Thomas(1,4,7),M.Jarešová(3),I.ČápSK(2),J.Jírů(5) P.

El2.C. Podle knihy A Blahovec Základy elektrotechniky v příkladech a úlohách zpracoval ing. Eduard Vladislav Kulhánek

Řešení úloh krajského kola 58. ročníku fyzikální olympiády Kategorie B Autor úloh: J. Thomas

TU v Liberci Fakulta strojní Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 Hnací hřídele. Hnací hřídele

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ GB02 FYZIKA II MODUL M01 ELEKTŘINA A MAGNETISMUS

+ ω y = 0 pohybová rovnice tlumených kmitů. r dr dt. B m. k m. Tlumené kmity

POHYBY TĚLESA V ODPORUJÍCÍM PROSTŘEDÍ

Návody k domácí části I. kola kategorie A

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

Geometrická optika. Aberace (vady) optických soustav

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

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

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

Teoretické úlohy celostátního kola 53. ročníku FO

Fyzika (učitelství) Zkouška - teoretická fyzika. Čas k řešení je 120 minut (6 minut na úlohu): snažte se nejprve rychle vyřešit ty nejsnazší úlohy,

Newtonův gravitační zákon Gravitační a tíhové zrychlení při povrchu Země Pohyby těles Gravitační pole Slunce

2.1.2 Jaký náboj projde proudovodičem, klesá-li v něm proud z 18 A na nulu tak, že za každou sekundu klesne hodnota proudu na polovinu?

Otázky z kapitoly Stereometrie

Část 3. Literatura : Otakar Maštovský; HYDROMECHANIKA Jaromír Noskijevič, MECHANIKA TEKUTIN František Šob; HYDROMECHANIKA

FYZIKÁLNÍ MODEL KYVADLA NA VOZÍKU

v 1 = at 1, (1) t 1 = v 1

(3) Zvolíme pevné z a sledujme dráhu, kterou opisuje s postupujícím časem koncový bod vektoru E v rovině z = konst. Upravíme vztahy (2) a (3)

ZÁKLADNÍ POJMY SVĚTELNÉ TECHNIKY

Určování výměr Srážka mapového listu Výpočet objemů Dělení pozemků

= = = : 1 k > 0. x k + (1 x) 4k = 2k x + 4 4x = 2 x = x = = 2 : 1.

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

Kategorie mladší. Řešení 3. kola VI. ročník. Úloha 3A

Gravitační a elektrické pole

FAKULTA STAVEBNÍ VUT V BRNĚ PŘIJÍMACÍ ŘÍZENÍ PRO AKADEMICKÝ ROK

1.5.9 Zákon zachování mechanické energie III Předpoklady: Dokonale pružný centrální ráz dvou koulí Pedagogická poznámka:

ELT1 - Přednáška č. 4

vzhledem k ose kolmé na osu geometrickou a procházející hmotným středem válce. c) kužel o poloměru R, výšce h, hmotnosti m

CVIČENÍ č. 3 STATIKA TEKUTIN

3.1.7 Kyvadlo. Předpoklady: 3106

1.7. Mechanické kmitání

Učební text k přednášce UFY008

4. Model M1 syntetická geometrie

Y36BEZ Bezpečnost přenosu a zpracování dat. Úvod. Róbert Lórencz. lorencz@fel.cvut.cz

Technická mechanika - Statika

Řešení úloh 1. kola 50. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D

ŠROUBOVÉ PLOCHY. 1. Základní úlohy na šroubových plochách.

Úlohy krajského kola kategorie B

Geodetické polohové a výškové vytyčovací práce

Matematika I: Aplikované úlohy

Obr. 1 Stavební hřebík. Hřebíky se zarážejí do dřeva ručně nebo přenosnými pneumatickými hřebíkovačkami.

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

Program: Analýza kinematiky a dynamiky klikového mechanismu čtyřdobého spalovacího motoru

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

Elektronický učební text pro podporu výuky klasické mechaniky pro posluchače učitelství I. Mechanika hmotného bodu

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody. Přednáška 6

I. Statické elektrické pole ve vakuu

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Řešení testu 2b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY ledna 2016

Senzory teploty. Evropský sociální fond. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti.

ELEKTRICKÉ SVĚTLO 1 Řešené příklady

Hlavní body. Keplerovy zákony Newtonův gravitační zákon. Konzervativní pole. Gravitační pole v blízkosti Země Planetární pohyby

Zadání. stereometrie. 1) Sestrojte řez krychle ABCDEFGH rovinou KS GHM; K AB; BK =3 AK ; M EH; HM =3 EM.

Tlačné pružiny. Všechny rozměry pružin uvedených v katalogu jsou standardizovány. Také jsou zde uvedena potřebná technická data.

6. Střídavý proud Sinusových průběh

ROTAČNÍ KVADRIKY. Definice, základní vlastnosti, tečné roviny a řezy, průsečíky přímky s rotační kvadrikou

Edita Kolářová ÚSTAV MATEMATIKY

Řešení úloh 1. kola 54. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C. s=v 0 t 1 2 at2. (1)

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


Nevýbušné trojfázové nízkonapì ové asynchronní motory AOM. 0,25-37 kw. Katalog K CZ

Komutátorové motory. riovém zapojení kotvy a buzení

Obr.94. Tečná reakce T r musí být menší nebo rovna třecí síle F t

3. MĚŘICÍ PŘEVODNÍKY ELEKTRICKÝCH VELIČIN 1

Základní vlastnosti elektrostatického pole, probrané v minulých hodinách, popisují dvě diferenciální rovnice : konzervativnost el.

GRAVITAČNÍ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Fabryův-Perotův rezonátor

. a) Vyjdeme ze sch matu na ob. R. Obvodem poch z poud o efektivn hodnot I = U=Z kde Z je velikost celkov impedance Z = Ri +!L ; : P i ezonanci plat O

excentrický klikový mechanismus, vyvažování klikového mechanismu, torzní kmitání, vznětový čtyřválcový motor

Astronomická pozorování

B A B A B A B A A B A B B

GEOMETRICKÉ APLIKACE INTEGRÁLNÍHO POČTU

Elektronický zapisovač eco-graph

Fyzikální praktikum Závislost indexu lomu skla na vlnové délce. Refraktometr

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

ELEKTRICKÉ SVĚTLO 1 Řešené příklady

Učební text k přednášce UFY102

ŠROUBOVÝ A PROSTOROVÝ POHYB ROTAČNĚ SYMETRICKÉHO TĚLESA

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

nízkonapì ové asynchronní motory 1MJ6 18,5-200 kw Katalog K CZ

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

APLIKOVANÁ OPTIKA A ELEKTRONIKA

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

Strojírenská technologie v příkladech

Geometrické těleso je prostorově omezený geometrický útvar. Jeho hranicí, povrchem, je uzavřená plocha.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

Elektrická pevnost izolačních systémů

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

2. Změřte a nakreslete časové průběhy napětí u 1 (t) a u 2 (t). 3. Nakreslete převodní charakteristiku komparátoru

MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

K přednášce NUFY028 Teoretická mechanika prozatímní učební text, verze Spojitá prostředí: rovnice struny Leoš Dvořák, MFF UK Praha, 2014

3. ROVNICE A NEROVNICE Lineární rovnice Kvadratické rovnice Rovnice s absolutní hodnotou Iracionální rovnice 90

FAKULTA EKONOMICKÁ ZČU PLZEŇ. Katedra ekonomie a financí. Mikroekonomie cvičení 8

Transkript:

Řešení úloh 1. kola 52. očníku fyzikální olympiády. Kategoie B Autořiúloh:M.Jaešová(5),P.Šedivý(1,4),J.Thomas(2,3,7), K.auneaP.Šedivý(6). 1.a) Potože se tyč otáčí velmi pomalu, můžeme každou její polohu považovat za ovnovážnou. Moment tíhové síly vzhledem k ose otáčení M 1 = Sl g l 2 sinα je v ovnováze s momentem vztlakové síly ( ( M 2 = S l x ) l+ x ) cosα kg cosα 2 l 2 sinα= S kg x2 cos 2 α sinα. 2 Dokudjetyčnakloněna,jesinα >0.Zovnice M 1 + M 2 =0podosazenía úpavě dostaneme x 2 k cos 2 α = l2 ( k ). Ztoho cosα= x l Po dané hodnoty k k, ( ) α=accos x k. l k cosα= x 5. 0,8m Tento výsledek vyhovuje úloze, pokud x k l k 1, tedy, pokud vzdálenost x nepřekočí hodnotu x 0 = l 1. Podanéhodnotyje x 0 =0,358m. Popřekočenítétohodnotyjeovnice M 1 +M 2 =0splněnajenposinα=0. Tyč se ustálí ve svislé ovnovážné poloze. 4body b) Tíhovásíla F G,vztlakovásíla F v asíla F,kteounatyčpůsobíosa,jsou vovnováze.platí F G + F v + F = 0.Potožepvnídvěmajísvislýsmě, musíisílaodosybýtsvislá.podlepincipuakceaeakcepůsobítyčnaosu silou F= F G + F v,kteámávelikost F= F G F v. k 1

Pokudje x < x 0,jedélkaponořenéčástityčekonstantní l x cosα = l l 1 = l x 0 =konst. Poto i síla, kteou působí tyč na osu, má konstantní velikost ] F= Sl g S(l x 0 ) kg= Slg [ k( k ) ( k ). Podanéhodnoty F=0,194N. Popřekočeníhodnoty x 0 sedélkaponořenéčástiastímivelikostvztlakové síly zmenšuje. Platí F= Sl g S(l x) kg= Sg[x k l( k )]. Velikost síly, kteou tyč působí na osu, se v závislosti na x lineáně zvětšuje, ažpo x=lvztlakovásílazanikneanaosupůsobíjentíhatyčeovelikosti F G = Sl g.podanéhodnoty F G =0,628N. 4body Posestojenígafuzávislosti αna xvintevalu 0,x 0 můžemepoužít tabulku: x/m 0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,33 0,358 cos α 0,000 0,140 0,280 0,419 0,559 0,699 0,839 0,922 1,000 α 90 82 74 65 56 46 33 23 0 Gafzávislosti F na xjedostatečněučenhodnotami F =0,194Npo x x 0 a F=0,628Npo x l. k α 90 60 F N 0.8 0.6 30 0.4 0.2 0 0 0,1 0,2 0,3 x 0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x m 2

2.a) Stacionání dužice musí obíhat nad ovníkem. Dostředivou silou působící na satelit je gavitační síla, poto κ mm z 2 = m4p2 κm T 2 = 3 z T 2 4p 2 42200km. 1bod b) Užitímkosinovévětyučímevzdálenosti l 1 a l 2 dužiceodmístavysílánía příjmu(ob. 1): l 2 VA ϕ 2 ϕ 1 z l 1 JO Ob. 1 l 2 1 = 2 + 2 z 2 zcosϕ 1 l 2 2 = 2 + 2 z 2 zcosϕ 2 l 1 =36600km, l 2 =37800km, Dobapřenosusignálu t 1 = l 1+ l 2 c c) Délka oblouku Johannesbug Vana je =0,25s. l= z (ϕ 2 + ϕ 1 )= z 1,20ad=7670km. 3body Tutovzdálenostuazíádiovévlnyzadobu t 2 = l/c=0,026s. d) Dužice musí být z místa příjmu viditelná. Tomu podle ob. 2 odpovídá mezníhodnotastředovéhoúhlu α m ameznívzdálenost s m : α m =accos z =81,3 =1,42ad, s m = z α m =9000km. s m α m z Ob. 2 3

s 1 =12300km > s m zmelbounedužicenebudeviditelná, s 2 =8100km < s m ziadužiceviditelnábude. e) Potože se dužice nenachází nad poledníkem, na kteém leží io, musíme zevzdálenosti s 2 nejpvevypočítatstředovýúhel αapakpomocíkosinové větyvzdálenost l 3 iaoddužice: α= s 2 z =1,27ad=72,7, l 2 3= 2 + 2 z 2 z cosα l 3 =42700km, Dobapotřebnákpřenosusignáluje t 3 =(l 1 + l 3 )/c=0,26s. Poznámka: Úhel α v části e) lze nalézt bez znalosti vzdálenosti s pomocí vzoce sféické geometie: cosα=sinϕ 1 sinϕ 2 +cosϕ 1 cosϕ 2 cos λ, kde ϕ 1 a ϕ 2 jsouzeměpisnéšířkymísta λjeozdílzeměpisnýchdélektěchto míst. 4

3.a,b,c) Označme α okamžitou odchylku spojnice tělíska se středem kulové plochyodpočátečníhosměu(ob.3).natělískopůsobítíhovásíla F G,jejíž složky mají velikosti F 1 = mgcosα, F 2 = mgsinα, aeakcekulovéplochy N.Výslednice Ftěchtosilmátečnousložku F 1,a nomálovousložku F d = N+F 2,kteáseuplatňujejakosíladostředivá.Ze zákona zachování enegie odvodíme Pak 1 2 mv2 = mgsinα v= 2gsinα. F d = mv2 =2mgsinα=N F 2, N= F d + F 2 =3mgsinα. Výsledná síla a celkové zychlení tělíska mají velikosti F= F 2d + F21 = mg 4sin 2 α+cos 2 α=mg 3sin 2 α+1, a= F m = g 3sin 2 α+1. Poúhel β,kteýsvíávýslednásílaatedyizychlenítělískasespojnicí tělíska se středem kulové plochy, platí tg β= F 1 F d = mgcosα 2mgsinα = 1 2tg α. Číselně a) α=30, a=13,0m s 2, β=40,9, b) α=60, a=17,7m s 2, β=16,1, c) α=90, a=2g=19,6m s 2, β=0. α 4body F d N β F F 2 α F 1 F G Ob. 3 5

d) Bezpostředně po přechodu na zdsněný povch je výsledná síla výslednicí dostředivésíly,kteázdemávelikost F d = 2mg,asílytření,kteámá velikost F t = fn=3fmg a smě poti pohybu tělesa(ob. 4). Výsledná síla a zychlení tělesa mají velikosti F= (2mg) 2 +(3fmg) 2 = mg 4+9f 2, a=g 4+9f 2 apoúhel β,kteýsvíajísesvislýmsměem,platí tg β= F t F d = 3fmg 2mg =3 2 f. Podanéhodnotyvychází a=20,1m s 2, β=12,7. N 3body 1bod F F d β F t F G Ob. 4 6

4.a) Nejpve učíme polohu těžiště desky. Čákovaná kužnice na ob. 5 ozdělujedeskunakuhoobsah p 2 /4azbytekoobsahu p 2 /2.Těžištětedy ozdělujeúsečku SS 1vpoměu1:2anacházísevevzdálenosti /6od bodu S. 2 body Jestliže jsou nohy stolu stejně zatíženy, působí každá z nich eakcí o velikosti F G /3.Výsledniceeakcípůsobícíchvbodech Ba Cmávelikost2F G /3ajejí působiště Pležíupostředúsečky BCasoučasněinapřímce AT,přičemž PT : AT =1:2.Poto PS = PT ST = 5 12 6 = 4. Nohymusímeumístitdobodů BaC,kteémají x-ovousouřadnici0,25. 3body b) Stabilita stolu závisí na vzdálenostech těžiště od stan tojúhelníka ABC. Posouváme-li spojnici BC dopava, její vzdálenost od těžiště se zvětšuje a současně se zmenšují vzdálenosti přímek AB a AC od těžiště. Optimální je, kdyžúhel αnaob.6mátakovouvelikost,ževšechnytřivzdálenostijsou stejné. To vede k ovnici 5 6 sinα= 6 + cos2α= 6 + 2sin2 α. Poúpavě 12sin 2 α+5sinα 7=0. Úlozevyhovujekořen sinα= 14 24, α=35,7. Nohymusímeumístitdobodůox-ovésouřadnici cos2α=0,32,tedy oněcodáleodbodu Anežvúlozea). 5bodů y y B B A S 1 T S P S 1 x A α T 2α x Ob. 5 C C Ob.6 7

l1 5.a) Podobykmitůkyvadelplatí T 1 =2p g, T l2 2=2p g, zčehož l 1 l2 = T2 1 T 2 2 = 1 4.ozdíldélektěchtokyvadelje l=l 2 l 1,zčehož l 2 = l 1 + l.podosazenídostaneme l 1 l 1 + l =1 4,potom l 1= 1 3 l=0,2m, l 2 = 4 3 l=0,8m.vdalšímvýpočtupoužijemevztah g=a gz= κm Z. Doby kmitů těchto kyvadel pak jsou l 1g T 1 =2p =2p l 1 Z 2 0,2 (6370 10 3 ) 2 =2p κm Z 6,67 10 11 6 10 24=0,9s, T 2 =2T 1 =1,8s. 5bodů b) PřikmitáníkyvadelnaMasubydlezadáníměloplatit T 1M = T 1Z. l1m l1z l1z Potom 2p =2p,tj.2p Z 2 l1m =2p M 2, a gm a gz κ M Z κm M zčehož l 1M = M ( ) 2 M Z l M Z 1Z. M Číselně ( ) 2 6370 l 1M =0,1074 0,2m=7,5cm. 3400 Doba kmitu duhého kyvadla je pak dána vztahem l 1M + l (l 1M + l)m 2 T 2M =2p =2p. a gm κm M Číselně 67,5 10 2 (3400 10 3 ) 2 T 2M =2p 6,67 10 11 0,1074 6 10 24s=2,7s. 5bodů 2 Z 8

6. V následujících tabulkách a gafech zpacovaných EXCELem jsou zachyceny výsledky měření na temistou NTC o jmenovitém odpou 2,2 kω s dovoleným příkonem 0,25 W. egesní vzoec z pvního gafu, kteý vyjadřuje teplotu temistou jako funkci jeho odpou, byl použit v posledním řádku duhé tabulky při učení ozdílu teploty temistou a teploty okolí. Wƒ& 5 / Ω W ƒ& 5 NΩ Wƒ& \ ([ ([ ([ ([( 5 ( 5Ω 89,P$ 3P: 5 / Ω W. 3P: \ [ 5 W. Z egesního vzoce duhého gafu je zřejmé, že zvýšení teploty temistou je téměř přesně přímo úměné jeho příkonu. egesním výpočtem pomocí maticového vzoce dostaneme třetí tabulku, ze kteé vyčteme, že zatěžovací konstanta daného temistoumáhodnotu D=(5,19 ±0,06)mW/K. Poznámka: Použití Excelu v podobných úlohách podobně vysvětluje studijní text Teplotní závislosti fyzikálních veličin(knihovnička FO č. 51). 9

7.a) PozapnutíspínačeK 1 platí: I 1 = U e +, Po zapnutí spínače K 2 k ezistou jsou ezistoy zapojeny podle ob. 7. Platí: U e I 2 = + 2 2+ Dostáváme soustavu ovnic + = U e I 1 =60Ω,. + 2 2+ = U e I 2 =40Ω. Ob. 7 Dosazením =60Ω doduhéovnicedojdemekekvadatickéovnici {} 2 +20{} 2400=0. Úlozevyhovujekořen {}=40.Odpoymajíhodnoty =40Ω, =20Ω. 3body b) ezistoy jsou teď zapojeny podle obázku 8. Úlohu můžeme řešit tansfiguací hvězda tojúhelník: 3 1 Ob. 8 2 1 = +2 =10Ω, Celkový odpo Celkový poud 2= 2 +2 =5Ω, c = 1 + ( 3+ )( 2 + ) 3 + + 2 + =28Ω, I c = U e c =0,43A. 3= +2 =10Ω. 3body 10

Řešení metodou uzlových potenciálů podle ob. 9: Platí U e ϕ 1 U e ϕ 2 = ϕ 1 ϕ 2 = ϕ 2 ϕ 1 + ϕ 1, + ϕ 2. Dosazením číselných hodnot a úpavou dojdeme k soustavě ovnic ϕ=u e ϕ=0 ϕ 1 ϕ 2 5{ϕ 1 } 2{ϕ 2 }=12, 2{ϕ 1 }+5{ϕ 2 }=24, kteámářešení ϕ 1 = 108 21 V. =5,143V, ϕ 2 = 144 21 V. =6,857V. Ob. 9 Celkovýpoudje I c = ϕ 1 + ϕ 2 =0,43A. c) Napětí na kondenzátou je stejné jako napětí na ezistou, kteým pocházípoud I 1 (ob.10): U C = I 1 =8,0V, Q=U C C=32 µc. C Ob. 10 d) Součástky jsou teď zapojeny podle ob. 11. Platí U e ϕ 1 U e ϕ 2 = ϕ 1 = ϕ 2 ϕ 1 = + U e=4,0v, ϕ 2= + U e=8,0v, 2 body ϕ 1 Q=U C C=(ϕ 2 ϕ 1 )C=16 mc. ϕ=u e C ϕ=0 ϕ 2 Ob. 11 11