Конкурсная работа по физике. Всероссийская олимпиада «Познание и Творчество» (зимний тур)





Конкурсная работа по физике
Всероссийская олимпиада
«Познание и Творчество»
(зимний тур)









Выполнила: Мигунова Любовь
ученица 8 класса
МБОУ лицей №1 г Сургут


Куратор: Бабчик И.И.
Учитель физики
МБОУ лицей №1 г Сургут



2013 г
Задание №1.
Плотность алюминия – 2700 кг/м3. Вес алюминиевого бруска под водой равен -17 Н. Чему равен объем этого бруска?
Дано:

· = 2700 кг/м3
Рв = 17 Н
Найти:
V- ?
Решение:
На тело, погруженное в жидкость, действует сила Архимеда, выталкивающая его из воды и сила тяжести, действующая на тело со стороны Земли. Зная вес тела в воздухе - Р0 и вес в воде - Рв можно найти силу Архимеда. С другой стороны выталкивающая сила равна: FA =
·вVg.
FA = Р0 – Рв,

·вVg = Р0 – Рв;
Вес бруска в воздухе: Р0 = m*g =
·aV*g.

·вVg =
·aV*g - Рв, отсюда Рв =
·aVg –
·вV*g = Vg(
·a–
·в),
Vg = 13 EMBED Equation.3 1415, тогда объем тела V = 13 EMBED Equation.3 1415;
V = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 м3 = 13 EMBED Equation.3 1415 м3 = 0,001 м3.
Ответ: Объем бруска равен 0,001 м3.

Задание №2.
Суровой зимой путники греются у костра. Какой из видов теплопередачи играет главную роль в передаче тепла от костра к человеку? Предложите способ для задерживания тепла от костра. На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге – от жары. Объясните целесообразность этого.
Ответ: излучение – это вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн. Возможно в вакууме.
Садясь вокруг костра, мы получаем энергию именно излучением, т.к. воздух плохой проводник тепла (имеет малую теплопроводность), а конвекционные потоки всегда направлены вверх, так как плотность теплого воздуха меньше, чем холодного и нас согреть не могут. Электромагнитные волны же распространяются по всем направлениям радиально от источника (костра). Поэтому, если мы сидим сбоку от костра, нас своей энергией может согреть в основном только излучение.
Для задерживания тепля от костра коренные народы Севера используют строения из кожи, снега, шкур животных и т.д. (чум, иглу, юрту) Шкуры набрасывают на прочный каркас и закрепляют. В чуме есть костровище для разведения огня. Между ворсинками шерсти находится воздух, имеющий малую теплопроводность. Он хорошо сохраняет тепло внутри жилища. По тому же принципу сохраняется тепло в снежных домах – иглу народов крайнего Севера. Между снежинками находится воздух – плохой проводник тепла. Тепло от костра будет задерживаться внутри жилища.
Чум - жилище кочевых народов, занимающихся оленеводством. Способ установки, транспортировки жилища, последовательность разборки являются наиболее оптимальными в условиях тайги и тундры. По коми-зырянски он называется `чом`, по- ненецки - `мя`, по-хантыйски `нюки хот`. В русский язык слово перешло из коми языка. Чум является универсальным жилищем северных народов. Это переносная конусообразная палатка, форма которой является приспособленной, целесообразной для тундры. Коническая форма является наиболее удобной, так как с крутой поверхности чума снег скатывается, не задерживаясь, поэтому при переезде на другое место без разгребания и очистки чум можно разобрать. Форма конуса делает жилище устойчивым при метелях и сильных ветрах.
Обычно чум оленеводов - ханты, ненцы, коми, энцы состоит из 25-40 шестов и нескольких покрытий, которые при переезде укладываются на специальные нарты. От числа шестов (и их длины) зависят размеры жилища: чем больше шестов, тем вместительнее чум. Размеры чума также зависят от материальных возможностей хозяйства и от численности членов семьи.
Когда остов чума поставлен, начинают натягивать покрытия `нюки`. Два человека специальными шестами поднимают `нюки` за кармашки вверх, два других человека держат за боковые края, расправляя, натягивая их, завязывая веревки. Одновременно по команде покрытие поднимается на чум.
При установке зимнего чума сначала натягивали по очереди внутренние покрышки, которые крепко привязывали веревками, имеющимися на углах покрышек, причем концы веревок привязывали у оснований шестов. После этого поднимали и привязывали наружные покрышки. Для того, чтобы края `нюков` не отставали, к чуму снаружи прислоняли свободные нарты. Это также придает чуму устойчивость. Чтобы в чум не проникал ветер, к основанию подгребали снег .
В центре чума находится печь, которая служит источником тепла и приспособлена для приготовления пищи. Тепло от печи поднимается вверх и не дает осадкам проникать в чум: они испаряются от большой температуры.
После установки чума, женщины застилали постели внутри. Поверх циновок клали оленьи шкуры. У самого основания шестов складывали малицы и другие мягкие вещи. Оленеводы часто возили с собой перины и подушки, а также специальные теплые спальные мешки, сшитые из овчины. Днем всё это сворачивалось, а на ночь хозяйка раскладывала постель.
Летний чум обычно строили меньше зимнего. Оленеводы выбирали более легкие материалы для его изготовления, чтобы облегчить переезд с одной стоянки на другую. В старину чум покрывали берестяными покрышками. В настоящее время такие покрытия не используются оленеводами. Достижения современной промышленности позволили оленеводам использовать брезент, более быстрый в изготовлении и удобный в транспортировке.
Установка чума - дело всей семьи, даже дети принимают в нем участие. При этом сохраняется определенная последовательность установки чума.

Круглая форма и мобильность юрты отразили в себе как защиту от погоды, так и хозяйственный уклад жизни кочевника. Кочевая юрта, чутко реагирует на колебания температуры, отвечает погодным изменениям, прекрасно защищает от немногочисленных атмосферных осадков, летом спасает от зноя, зимой – от холода. Такая уникальная способность весьма существенна. Ведь в некоторых районах Азии температура воздуха летом +40 С, а зимой -30 С.  Кочевники – степной народ, в степях часты сильные ветры и настоящие ураганы.
Конструкция юрты, состоящая из деревянной решетки и пористого шерстяного войлока, играет роль терморегулятора, сохраняя внутри жилища постоянный тепловой режим. В юрте возможно организовать круговую вентиляцию, для чего нужно немного приподнять войлочную кошму у основания, в результате чего воздух будет прекрасно циркулировать. Юрте не страшны практически никакие природные катаклизмы – ее структура без особых проблем выдерживает сильнейшие ураганы и землетрясения. 
Юрта полностью удовлетворяет потребностям кочевника в силу своего удобства и практичности. Она быстро собирается и легко разбирается силами одной семьи в течение одного часа. Она легко перевозится на верблюдах, лошадях или автомашине, её войлочное покрытие не пропускает дождь, ветер и холод. Отверстие на вершине купола служит для дневного освещения и позволяет пользоваться очагом. Юрта и поныне используется во многих случаях животноводами [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].

Иглу представляет собой куполообразную постройку диаметром 3  4 метра и высотой около 2 метров из уплотнённых ветром [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] или ледяных блоков. Так же может быть «вырезано» из подходящего по размеру и плотности сугроба. При глубоком снеге вход обычно устраивается в полу, ко входу прорывается коридор. При неглубоком снеге вход устраивается в стене, к которой достраивается дополнительный коридор из снежных блоков. Важно, чтобы вход в иглу был ниже уровня пола  это обеспечивает отток из постройки тяжёлого [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и приток взамен более лёгкого [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], а также не позволяет уходить более лёгкому тёплому воздуху.
Свет в иглу проникает прямо через снежные стены, хотя иногда устраиваются окна из тюленьих кишок или льда. Эскимосы могут строить целые посёлки из хижин иглу, соединённых переходами.
Внутреннее помещение обычно застилается шкурами, иногда шкурами покрываются и стены. Для обогрева жилища и дополнительного его освещения используются плошки-жирники. В результате нагревания внутренние поверхности стен оплавляются, но стены не тают, так как снег легко выводит избыточное тепло наружу хижины. Поэтому в хижине может поддерживаться комфортная для жизни человека температура. Кроме того, снежная хижина впитывает изнутри излишнюю влагу, в результате чего в хижине достаточно сухо.
На севере организм без шапки замерзнет, потому что будет отдавать много тепла окружающему холодному воздуху. Для того, что бы задержать тепло, люди носят меховые шапки, шубы, шерстяную и пуховую одежду. Между пухом скапливаются молекулы воздуха, а он, как известно, плохой проводник тепла. То тепло, которое выделяет наше тело, задерживается такой одеждой, и мы сами себя согреваем.
На юге ватные шапки и халаты спасают от жары опять же из – за молекул воздуха, задерживавшихся между волокнами. Энергия сильно нагретого окружающего воздуха плохо поступает под шапку в результате малой теплопроводности воздуха. Поэтому тело дополнительно не нагревается. С тем же предназначением используют ватные халаты.

Задание №3.
Свинцовый и оловянный шары равного объема падают с одинаковой высоты. Какие превращения энергии происходят при этом? Какой шар в результате падения и удара нагревается сильнее?
Превращения энергии: т.к. шар находится на определенной высоте, то он обладает потенциальной энергией - Еп, при этом он не движется, значит его кинетическая энергия - Ек равна нулю. Затем шар падает, уменьшается высота, следовательно, уменьшается его Еп. Скорость падения шара растет, значит повышается Ек. При падении тела потенциальная энергия превращается в кинетическую. При условии, что силы сопротивления малы. Потерями энергии можно пренебречь. Когда шар упал, то и Еп, и Ек равны нулю, т.к. он лежит на нулевом уровне в состоянии покоя. Но энергия никуда не исчезла. По закону сохранения механическая энергия - Емех полностью превратилась во внутреннюю энергию - Евн. При падении тела нагреваются и деформируются.
Дано:
h1 = h2, V1 = V2.
Найти: 13 EMBED Equation.3 1415
·t - ?
Решение:
Потенциальная энергия тела: Еп = mgh, где масса тела m =
·V, отсюда Еп =
·Vgh,
Eвн = Q = Сm
·t = C
·V
·t, внутренняя энергия равна количеству теплоты, которое идет на нагревание тела.
Eп = Евн,

·Vgh = C
·V
·t, gh = C
·t, отсюда изменение температуры
·t = 13 EMBED Equation.3 1415.

·t ~ 13 EMBED Equation.3 1415, чем > удельная теплоемкость вещества - C, тем < изменение температуры
·t при прочих равных условиях.
Cол < Ссв , значит
·tсв<
·tол.
Ответ: Свинец нагреется до большей температуры, т.к. удельная теплоемкость свинца - Ссв меньше, чем олова.

Задание №4.
Какова нормальная температура тела человека и домашних животных? Зимой на сильном ветру нам гораздо холоднее, чем в затишье. Почему?
Температура тела человека остается при любых условиях относительно постоянной. Это обеспечивается сложными процессами терморегуляции. Нормальная t°С тела человека в обычных условиях колеблется от 36,4 до 36,7°С. Летальная максимальная температура тела, при которой наступает смерть человека составляет 43°С. У разных домашних животных t°С тела разная, но можно заметить, что она находиться примерно в одном диапазоне. Так у кошки t°С _ 38,6°С, у собаки – 38,9°С, у лошади – 38°С, у коровы – 38,5-39,5°С, у курицы (индейки) – 41°С, у утки (гуся) – 41,5°С независимо от климатических условий.
И на ветру, и в затишье показания термометра будут одинаковы, так как температура воздуха одна и та же. Но человеку теплее в затишье. Слой воздуха, прилегающий к нашему телу, нагревается его теплом и предохраняет тело от дальнейшего переохлаждения. Зимой тело человека отдает много энергии холодному воздуху. Но с ветром молекулы воздуха, которые получили тепло, сдуваются, холодный воздух все время обтекает кожу. В итоге организм затрачивает больше энергии на обогрев воздуха, теряет энергию, и мы чувствуем холод.

Задание №5.
Школьники, побывав в музее, возвращались домой на автобусе, который ехал со скоростью
· 1 = 70 км/ч. Пошел дождь и водитель снизил скорость до
· 2 = 60 км/ч. Когда дождь кончился, до родного города оставалось проехать 40 км. Автобус поехал со скоростью
· 3 = 75 км/ч, и дети возвратились домой в точно запланированное время. Сколько времени шел дождь? Чему равна средняя скорость автобуса? Для упрощения считать, что автобус в пути не останавливался.
Решение:
Расстояние - S от дома до музея из-за дождя не изменилось. Поэтому время -t, проведенное в автобусе, осталось тем же. => Значит, скорость движения на первом участке пути равна средней скорости движения на 2-3 участках:
· 1 =
· ср(2-3) = 70 км/ч.

· ср = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415, Средняя скорость на 2-3 участках пути. Время движения на первом участке: t1 =13 EMBED Equation.3 1415.
2) Путь, пройденный на втором участке: S2 = t2*
·2 =
·2(t1 – t3) =
·2* t1 -
·2 *t3 = 6013 EMBED Equation.3 1415*t1 - 6013 EMBED Equation.3 1415*0,53ч <= т. к. Время движения на третьем участке пути: t3 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 0,533ч.
Тогда время движения на первом участке пути: t1 = 13 EMBED Equation.3 1415,
70t1 = 60t1+8,02
10t1 = 8,02
t1 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 0,802ч=0,802 *60мин = 48 мин.
t2 = t1 – 2t3 = 48мин – 0,533ч*60мин/ч = 48мин – 32мин = 16мин – время дождя.
Ответ: Дождь шел в течение 16 минут.

Задание №6.
Кусок пластилина тонет в воде почему? Как заставить его плавать? Придумайте как можно больше способов и объясните их с точки зрения физики.
Пластилин тонет в воде, т. к. его плотность больше плотности воды (
·пл >
·в), Сила тяжести, действующая на пластилин со стороны Земли: Fтяж = mg = V*
·пл*g. Сила Архимеда, действующая на пластилин со стороны воды: FA =
·в*V*g. Если Fтяж>FA, то тело тонет в жидкости.

FA действует на пластилин в воде снизу вверх, против силы тяжести Fтяж. Она зависит от V погруженного в жидкость тела (FA~Vтела). Для того, чтобы пластилин не тонул, надо увеличить его FA. Например, слепить из него лодочку, увеличив объем пластилина.

Можно сделать из пластилина полое тело замкнутой формы, заполненное воздухом (сферу, куб). Средняя плотность этого тела уменьшиться и сила Архимеда возрастет. Тело будет плавать на поверхности воды.


Можно увеличить плотность жидкости. FA~
·жид. В пресную воду добавить соли в таком количестве, чтобы FA> Fтяж.


Итак, тело плавает в жидкости, если сила тяжести, действующая на тело со стороны Земли, уравновешивает силу Архимеда, действующую на то же тело со стороны жидкости. А плотность самого тела примерно равна плотности жидкости.

Задание №7.
Cколько весит железная телеграфная проволока, соединяющая Москву с вашим городом, если известно, что толщина проволоки – 4 мм, плотность железа 7800кг/м3?
Дано:
Расстояние от Москвы до города Сургута по трассе примерно равно 3000 км.
l = 3 000 000 м,
d = 4 мм (диаметр),

·ж = 7800 13 EMBED Equation.3 1415, g = 10 13 EMBED Equation.3 1415
Найти: Р - ?
Решение:
У проволоки разрез круглый, можно сделать вывод, что проволока имеет форму длинного цилиндра.
Вес проволоки Р = mg, где масса тела m =
·*V, объем проволоки V = S*l, площадь основания проволоки Sкруга =
·r2. Радиус проволоки составляет половину ее диаметра, значит: r = 2мм = 0,002м, отсюда r2 = 0,000 004м2. Рассчитаем величины:
Площадь основания: S = 3,14 *0,000 004м2 = 0,0000 1256м2,
Объем проволоки: V = 0,00001256 м2* 3 000 000 м = 37,68 м3.
Масса проволоки: m = 780013 EMBED Equation.3 1415* 37,68 м3 = 293 904кг,
Вес проволоки: Р = 293 904кг * 10 13 EMBED Equation.3 1415 = 2 939 040 Н.
Ответ: Железная телеграфная проволока, соединяющая Москву с городом Сургутом, весит примерно 2 939 040 Н = 2939, 040 к Н.

Задание №8.
Подумайте и найдите емкость любой кастрюли, имеющейся у вас на кухне, если есть весы и набор гирь, а также справочник по физике, где вы можете найти плотность воды.
1. 2.
Дано:
Возьмем пустую кастрюлю и измерим ее массу с помощью напольных электронных весов. Она равна mк = 1 кг. Нальем полную кастрюлю воды и снова измерим массу кастрюли вместе с водой на тех же весах. Она равна mк, в = 2,6 кг. Значит масса воды в кастрюле: m = 2,6 кг - 1 кг = 1,6кг, а плотность воды
· = 1000 13 EMBED Equation.3 1415,
Найти: Vк - ?
Решение:
Если кастрюля доверху наполнена водой, то объем воды равен объему самой кастрюли.
Vк = Vв. Плотность воды:
·в = 13 EMBED Equation.3 1415. Объем воды: Vв = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 0,0016 м3 = 1,6л.
Vк = 1,6 л.
Ответ: Емкость кастрюли 1,6 л.


Задание №9
На дрейфующей льдине геолог пробурил скважину для отбора проб воды. Какую толщину имеет эта льдина, если глубина от верхней поверхности льдины до поверхности воды в скважине оказалась равной 0,5 м? Плотность льда и воды соответственно равны 900 кг/м3 и 1000 кг/м3.

Дано:

· = 900 кг/м3

·0 = 1000 кг/м3
h = 0,5 м
Найти:
H -?
Решение:
Так как плотность льда меньше плотности воды, то льдина не будет целиком погружена в воду, а будет выступать из воды.

В воде на льдину действует выталкивающая сила Архимеда: FA =
·0*V*g, где V- объем погруженной в воду части льдины,
·0 – плотность воды. V= S(H – h). Тогда FA =
·0S(H – h)g .
Со стороны Земли на льдину действует сила тяжести: Fтяж = mg = V*
·*g = S*H *
·*g, где
·- плотность льда, m- масса льда, H- толщина всей льдины.
Условие плавания льдины: равенство силы гравитационного притяжения и силы Архимеда: mg = FA. Запишем это равенство через плотности и объёмы: 0S(H – h)g = SHg. Сократим ускорение свободного падения. Отсюда получим для толщины льдины: H = h / (1-
·/
·0). Подставим значения: H = 0,5 м / (1- 900 кг/м3 /1000 кг/м3) =0,5 м / (1- 0,9) =0,5 м /0,1 = 5м.
Если лёд плавает в воде, выступая над поверхностью воды на одну десятую часть своего объёма, значит, толщина льдины 5 м.

Ответ: Толщина льдины 5 м.

Задание №10.
Почему мыльный пузырь имеет форму шара? А смогли бы вы определить объем площади пузыря, если из капли мыльного раствора объемом 4 мм3 выдули пузырь с толщиной стенок 100 мм? Выразите его в литрах.
Мыльный пузырь представляет собой сложный физический объект, состоящий из воздуха, воды и мыла. Принимает он шарообразную (сферическую) форму за счет действия сил поверхностного натяжения. Это происходит, потому что под воздействие сил земного притяжения молекулы в жидкости притягиваются друг к другу. Однако находящиеся на поверхности жидкости молекулы испытывают более сильное притяжение к молекулам более плотной жидкости (во внутрь), чем те молекулы, которые притягиваются наружу. Силы поверхностного натяжения формируют сферу потому, что именно сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме. Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества, например, мыло.
Сферическая форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической. По закону Паскаля давление воздуха, вдуваемого в пузырь, передается по всем направлениям одинаково. Это также способствует приданию сферической формы пузырю.

Дано:
Vраств = 4 мм3 = 4 * (10-3)3 м3 = 4* 10-9 м3,
d = 100 *10-9 м = 10-7 м
Найти: Vпуз - ?
Решение:
Площадь поверхности раствора: Sповерх. раств = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 0,04 м2
Толщина стенок: d = r2-r1, Площадь мыльного кольца: Sкольца (мыл) = 0,04 м2

S = S2 - S1 =
·r22 -
·r12 =
·(r22 - r12),

·r2 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 0,01274 м2.

·r = 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
· 0,113 м13 EMBED Equation.3 1415
Объем мыльного пузыря сферической формы:V = 13 EMBED Equation.3 1415
·
·r3 = 13 EMBED Equation.3 1415 *3,14 * (0,113м)3 = 0,00604м3
· 6 л.
Ответ: Объем мыльного пузыря равен 6 л.

Отзыв:
Я участвую в заочных олимпиадах проекта «Познание и творчество» не в первый раз. Уже имею диплом призера и победителя. Но каждый раз мне все интересней принимать участие в следующих турах, встречать новые, разнообразные, интересные задачи и, конечно же, «испытать» свои физические знания в их решении. Больше мне нравятся творческие и экспериментальные задания. О, сколько нам открытий чудных готовит просвещения дух! И опыт – сын ошибок трудных, и гений – парадоксов друг. Физика – это сложная, интересная и удивительная наука, она позволяет нам изучать окружающий мир и понять все явления, которые в нем происходят. Физика – это королева всех наук!
Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc rabota. doc
    fail23
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 1