Методическое пособие г. Семей 2010 Нестандартные физические задачи: методическое пособие
жүктеу/скачать 0.64 Mb.
|
1.187 Биологи, изучавшие, как действует на психику инфразвук большой интенсивности, установили: иногда он рождает чувство беспричинного страха. Другие частоты вызывают состояние усталости, чувство тоски или же морскую болезнь с головокружением и рвотой. Профессор Гавро высказал предположение, что биологическое действие инфразвука проявляется тогда, когда частота волны совпадает с так называемым альфа-ритмом головного мозга. Вопрос. Какие волны называются инфразвуком? 1.188 Чтобы представить себе мощь вулканических сил, стоит поразмыслить над таким фактом. Когда в 1815г. на острове Сумбава, в Индонезии, «заговорил» вулкан Тамбора, его «голос» был слышен по всей Яве, на Калимантане и в Новой Гвинее, Австралии. На побережье Суматры, а оно находится в четырехстах шестидесяти километрах от вулкана, его извержение отдавалось пушечной канонадой. Задача. Сколько времени звук шел до побережья Суматры? Скорость звука примите за 340 м/с. 1.189 В 1883г. при печально знаменитом извержении индонезийского вулкана Кракатау воздушные ударные волны, рожденные подземными взрывами, трижды обошли земной шар. Задача. К какому виду волн можно отнести ударную волну? 1.190 Цунами,- так называют этого страшного грозного попутчика землетрясений. Родилось такое название в Японии и означает гигантскую волну. Когда она накатывается на берег, создается впечатление, что это не волна вовсе, а море, разъяренное, неукротимое, кидается на берег. Ничего нет удивительного в том, что цунами производит на нем опустошения. Во время землетрясения 1960 года на побережье Чили обрушились волны высотой до шести метров. Море отступало и наступало несколько раз в течение второй половины дня. Задача. Как называются такие волны? Чему равна амплитуда цунами 1960г., обрушившаяся на Чили? 1.191 Слабые инфразвуки, с которыми каждый из нас ежедневно встречается, влияют на человека. Специалисты на основании многих фактов, наблюдений подозревают, что инфразвуки - одна из причин нервной усталости у городских жителей. Известно, что в городах действительно больше инфразвуков. Вопрос. Назовите источники инфразвука. 1.192 Одна из сцен в театре переносила зрителей в далекое тревожное прошлое. Какими техническими средствами лучше всего выразить этот момент? Известный американский физик предложил постановщику спектакля использовать очень низкие, рокочущие звуки, которые, полагал ученый, и создадут в зрительном зале обстановку ожидания чего-то необычного, пугающего. Для получения «тревожного» звука Вуд сконструировал специальную трубу, которая присоединена к органу. И первая же репетиция испугала всех. Труба не издавала слышимых звуков, но когда органист нажимал на клавишу, в театре происходило необъяснимое: дребезжали оконные стекла, звенели хрустальные подвески канделябров. Хуже того, все, кто присутствовал в этот момент на сцене и в зрительном зале, почувствовали беспричинный страх. А виновником были неслышимые человеческим ухом инфразвуки! Задача. Определите длину хрустальных подвесок канделябров, если в театре распространялись инфразвуки частотой 10 Гц. 1.193 Одна летучая мышь в течение часа поглощает более 700 комаров. Ультразвуковые сигналы частотой 20-120кГц и продолжительностью 0,2-100 миллисекунд летучие мыши генерируют гортанью и испускают через рот или ноздри. Задача. На каком расстоянии летучая мышь может засечь насекомое или преграду? Принять Скорость звука равной 340 м/с. Определите длину волны, испускаемую летучей мышью. 1.194 Огромная масса воды Ниагары низвергается с высоты в 50 м и развивает при этом мощность примерно в 4 млн. лошадиных сил. На возбуждение акустических колебаний затрачивается менее 1% этой мощности. Шум Ниагары днем обычно слышен на расстоянии 1,6-2км, ночью же дальность его слышимости может достигать 6-7км. На расстоянии 57м от места дробления воды шум Ниагары составляет 87Дб, у самого же места дробления он настолько оглушителен, что люди не слышат друг друга. Задача. Сколько времени идет звук от Ниагары на расстоянии слышимости? С чем сопоставим звук Ниагары на расстоянии 57м? 1.195 Шумит не только падающая вода, но и набегающие на берег волны, например, морской прибой. Уже при небольшом ветре возникает волнение моря, и волны чередой накатываются на берег, в зоне прибоя волны отдают энергию, накопленную при движении в морях и океанах. Волны прибоя создают при ударе о берег давление от 3000 до 30 000 кг/м2 и во время сильных бурь могут перемещать глыбы массой до 100 тонн. Возникающие при мощном дроблении водных масс крупные капли поднимаются на высоту 60м. Удары волн обрушиваются на берег довольно регулярно со средним периодом 4,8 с (при слабом и сильном волнении) и являются причиной возбуждения в атмосфере мощных инфразвуковых колебаний. Задача. Какую работу совершают волны при поднятии капли массой 1г на высоту 60м? Определите среднюю частоту морских волн. 1.196 Комары делают 500-1000 взмахов крыльями в секунду, шмели -130-240, бабочки – 5-9. Пчела, летящая налегке, взмахивает крылышками 400-500 раз в секунду, с ношей – 200-250. Крылья комара Forcips совершают более 2000 тысяч взмахов в секунду. Задача. Какой частоты звуки издают эти насекомые? Будем ли мы слышать их? 1.197 На острове Исландия находится известный вулкан Гекла. Первое известное людям извержение произошло в 1104г. В дальнейшем вулкан просыпался еще более двадцати раз с интервалами от двадцати до ста двух лет. Последний раз это случилось в 1991г. Находились очевидцы, которые утверждали, что уже на расстоянии одной мили от Геклы можно услышать крики грешников, плач и скрежет зубов, когда большие вороны гонят грешные души в эти адские врата. Когда в 1700 году двое натуралистов, прибывших в Исландию, хотели подняться на Геклу и исследовать ее кратер, они не смогли найти носильщиков: никто из местных жителей не желал добровольно отправиться в гости к дьяволу. Задача. Может ли звук достигать таких расстояний? Сколько времени на это потребуется? Скорость звука примите за 340 м/с. 1.198 Большую часть Намиба занимают огромные песчаные дюны, достигающие трехсотметровой высоты. Нигде в мире нет больше таких гигантских гор сыпучего песка. Над их вершинами почти всегда можно увидеть султанчики поднятой в воздух песчаной пыли, и кажется, что дюны курятся, словно вулканы. Вопрос. Определите амплитуду и длину поперечной волны, соответствующей песчаным дюнам, если расстояние между гребнями 120м. 1.199 Передвигаясь, кальмары (Architeusthis) развивают скорость до 70км/ч. Находящиеся в поверхностных слоях моря кальмары, преследуемые рыбой, выбрасывают воду из воронки с огромной силой и выскакивают из воды на высоту 5-10м, падая иногда на палубы кораблей. Задача. Определите массу воды, которую при «прыжке» вверх выталкивает кальмар, если масса кальмара 3 кг, а скорость воды, выбрасываемой кальмаром, в 3 раза выше его начальной скорости. 1.200 «По всем законам современной аэродинамики майский жук летать не должен,- заявил ведущий специалист в этой области исследований Леон Беннет, - либо майский жук обладает неизвестным нам способом создания подъемной силы». А какая движущая сила дает возможность летать бабочкам так, как они летают? Для ответа на вопрос ученые сняли на кинопленку полет бабочки-лимонницы со скоростью 200 кадров в секунду и в механизме работы крыльев подсмотрели следующую особенность. Когда крылья поднимаются вверх их смыкание происходит не всей плоскостью, а волной, движущейся от передней кромки крыла к задней. А между задними кромками крыльев над брюшком образуется канал с правильным овальным сечением. Именно через этот канал крылья с силой выталкивают зажатую струю воздуха, которая и толкает бабочку вперед. Задача. Как можно назвать такой природный двигатель? 1.201 Огромная скорость делает кальмаров особенно опасными морскими хищниками. Втянув воду в полость тела, хищник с силой выбрасывает струю через воронкообразный канал и устремляется вперед, как торпеда, готовая взорваться. Такой «биореактивный» двигатель позволяет развивать скорость до 20 м/с. Выскакивая из воды, молодой кальмар способен запрыгнуть на палубу судна, возвышающуюся над водой на 5-8метров. Задача. Определите потери энергии на сопротивление воды при вылете кальмара массой 10кг из воды на максимальную высоту с максимальной для себя скоростью. 1.202 Такие обитатели морей, как осьминог, каракатица, моллюск сальпа, при перемещении используют принцип реактивного движения: они втягивают воду в специальные мускулистые мешки своего тела, а затем выталкивают ее наружу. Благодаря этому животные получают возможность перемещаться в направлении, противоположном выбрасываемой струе. Задача. Определите скорость осьминога массой 800г при одном выталкивании воды массой 100г со скоростью 20м/с. 1.203 В организме человека насчитывается около 600 различных мышц. Если бы все мышцы человека напряглись, они бы вызвали давление, равное приблизительно 2,5∙105Па. Считается, что при нормальных условиях работы человек может развивать мощность 70-80Вт, однако возможна моментальная отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1с среднюю мощность около 3700Вт, а женщины - 2600Вт. Коэффициент полезного действия мышц человека равен 20%. Задача. Определите работу, которую совершает спортсмен при прыжке в высоту. Какая энергия при этом тратится на тепловые потери? 1.204 В самом сердце древней Эллады, примерно в 80км к западу от горы Олимп, располагается необычный уголок Балканского полуострова, в равной степени могущий называться и чудом природы, и шедевром рук человеческих. Обычно, говоря об этом районе, употребляют выражение «скальные образования Метеоры». На самом деле они представляют собой настоящие горные массивы с отвесными стенами. Высота их превышает 300 метров, а иные поднимаются и на 550 метров. Люди с древних пор поклонялись необычным скалам и приносили здесь жертвы богам. Так было и в каменном веке, и в эпоху величия Афин, и во время Римской империи. А с IX века нашей эры христианские монахи-аскеты в поисках мест для уединенных размышлений стали строить себе скромные кельи на плоских вершинах скал Метеоры. Труднодоступность вершин избавляла монахов от докучных посетителей, да и само расположение скитов на вершинах гор как бы приближало их обитателей к Богу. Ведь даже само греческое название Метеора переводится как «на небесах». Вопрос. Какую работу совершают монахи-аскеты, поднимая на вершину каменного столба свой скромный скарб массой 100кг? Высота столба 400м. 1.205 Основные хозяйственные типы лошадей: верховые, рысистые и тяжеловозные. В мире насчитывается свыше 300 пород и породных групп лошадей, отличающихся экстерьером, массой, силой и резвостью. Так, чистокровные верховые скакуны развивают на коротком расстоянии максимальную скорость свыше 60км/ч, а тяжеловозы способны везти груз свыше 20 т. Задача. Определите, какую силу прикладывает лошадь-тяжеловоз при равномерном движении груза по дороге, если коэффициент трения 0,01. Какую мощность развивает при этом лошадь, движущаяся со скоростью 18км/ч? 1.206 Мощность, развиваемая человеком:
Задание. Составьте по этим данным задачи. 1.207 Большинство не слишком искушенных людей считает самым высоким и самым красивым водопадом Африки знаменитый водопад Виктория. Однако мнение это не соответствует истине: Виктория уступает по высоте и фантастическому 900-метровому каскаду Тугела в Драконовых горах ЮАР, и падающему с высоты в 340 метров мощным водяным тараном водопаду Лофои в Заире, и драгоценному украшению берегов озера Танганьика - 220-метровому Каламбо. Не менее впечатляет и мрачная неукротимая мощь, какое-то свирепое буйство водной стихии на фоне безжизненных гранитных скал, которые являет собой южноафриканский водопад Ауграбис. Он превышает Викторию по высоте, низвергаясь со 146-метрового обрывистого плато в ущелье, пробитое рекой Оранжевой в кристаллических породах. Вопрос. Какой мощностью обладает вода при падении с этих водопадов? Оцените мощность для 1м3 воды. Оцените мощность одинаковых потоков воды этих водопадов. 1.208 Исландия - первое и пока единственное государство, в больших масштабах использующее термальные воды для отопления и горячего водоснабжения. Для этой цели в столице страны Рейкьявике, начиная с 30-х годов, создана система трубопроводов и специальных резервуаров, откуда горячая вода подается потребителям. Имея теплицы с геотермальным отоплением, Исландия полностью обеспечивает себя яблоками, помидорами, дынями и даже бананами. В России первая геотермальная электростанция (ГеоТЭС) сооружена на юге Камчатского полуострова. На станции насыщенный пар из пробуренных скважин направляется в сепаратор, а затем непосредственно в паровые турбины. Мощность одной турбины - 2,5 МВт, число турбин на Паужетской ГеоТЭС -2. Задача. Определите энергию, вырабатываемую на Паужетской ГеоТЭС за сутки. 1.209 В Китае, в верхнем течении реки Янцзы, начато сооружение гигантского гидроузла Санься (Три ущелья) с гидростанцией мощностью в 18 млн. кВт. Ее плотина, в теле которой будут установлены 26 турбин, поднимется на высоту 180м при длине более 2,5км. Она образует водохранилище длиной в 700км. Первый агрегат этой ГЭС введен в строй в 2003г., последний - в 2009г. Задача. Какой энергией будет обладать 1кг воды, падающий с этой плотины? Какую энергию будет вырабатывать эта электростанция за 1 сутки? 1.210 Крупнейшая в мире АЭС в Фукусиме, расположенная в 200км к северу от Токио, в 1998г. с пуском седьмого реактора достигла мощности 8,2 млн. кВт. Задача. Сколько лампочек мощностью 100 Вт можно включить одновременно, используя 30% вырабатываемой мощности АЭС в Фокусиме? 1.211 В СССР рассматривалась возможность сооружения Мезенской (10-15млн. кВт) Беломорской (14 млн. кВт) ПЭС на Белом море. Еще более крупной должна была стать Пенжинская ПЭС (30-100 млн. кВт) на Охотском море. Во Франции ПЭС должна быть построена на побережье Ла-Манша у полуострова Котантен (50 млн. кВт), в Великобритании - в Бристольском заливе в устье реки Северн, в Индии - в заливе Кач Аравийского моря. Вопрос. Какую энергию преобразуют в электрическую на ПЭС? 1.212 В США создан проект использования колоссальной энергии Гольфстрима, предусматривающий установку в толще воды турбин диаметром 80м. Расположив эти турбины в ряд на большом протяжении, в общей сложности удалось бы получить мощность в 100 млн. кВт. Вопрос. Сколько лампочек мощностью 500 Вт можно было бы зажечь, используя 70% мощности этого устройства? 1.213 Самое величественное зрелище - это гейзер Великан. Он начинает действовать внезапно. Вверх стремительно вырывается тридцатиметровый столб воды. Его сопровождают оглушительные взрывы. Гейзер фонтанирует менее двух минут, но за это время выбрасывает из земных недр 25000 литров минеральной горячей воды. Пар поднимается на сотни метров. В воздухе повисают яркие радуги. Задача. Оцените среднюю мощность фонтана гейзера. 1.214 Одна из самых больших исландских рек с длинным названием Йекульсау-ау-Фьедлум падает перед самым выходом на равнину с 44-метрового уступа могучей водяной стеной, чем-то напоминающей Ниагару. Исландский поэт сравнил упругие, пружинистые струи Деттифосса с туго свитыми девичьими косами. Огромная масса воды с рокотом исчезает в гигантской расселине. Задача. Определите среднюю мощность потока падающей воды массой 100кг, если она достигает нулевой отметки за 3 с. 1.215 В 1344 году настоятель одного из афинских монастырей Койновитис перебрался со своей общиной в Метеору. Здесь на просторной плоской вершине одной из скал (она так и называется - Широкая) монахи построили Большой Метеорский монастырь - первый из монастырей в долине Пинея. Монашеская обитель на скале надежно защищала ее насельников от любых незваных гостей, поскольку добраться до нее можно было только по веревочной лестнице, поднимавшейся в случае опасности. В конце XIV века в Метеоре было уже 24 монастыря. Поскольку взбираться по лестницам, а тем более поднимать грузы было непросто, впоследствии для подъема наверх стали использовать сети на блоках. Задача. Какую силу необходимо прикладывать к сети, чтобы поднять груз массой 40кг на высоту 20м, используя неподвижный блок? Как изменится сила, если неподвижный блок заменить на подвижный? 1.216 Любой живой организм - сложная система, в которой происходит превращение одного вида энергии в другой. Организм получает энергию из пищи, расходует ее на построение клеток, движение и другие действия. Биофизика исследует вопрос, как происходит энергетический обмен на молекулярном уровне и во всем организме в целом. Вопрос. Почему в холод многие животные сворачиваются в клубок, а в жару стремятся увеличить свою свободную поверхность? 1.217 Тканями, которые играют роль своеобразных пружин и могут запасать механическую энергию, являются мышцы конечностей и сухожилия, соединяющие их с костями. Сухожилия в большей степени, чем мышцы, годятся для хранения потенциальной энергии, так как силы внутреннего трения в них очень малы, и около 90% этой энергии может быть обратно преобразовано в кинетическую энергию. Кроме того, сухожилия обладают большей жесткостью, чем мышцы, и могут быть растянуты на 6% своей исходной длины без заметного повреждения, в то время как мышцы - только на 3 %. Задача. Во сколько раз энергия, запасаемая на единицу длины в сухожилиях, больше, чем в мышцах? 1.218 У мужчины среднего роста и веса суточная потребность в энергии для поддержания основного обмена составляет около 8000 кДж. Точное количество энергии, необходимое каждому индивидууму, зависит от его веса, возраста и пола, и у мужчин несколько больше, чем у женщин. Вопрос. Оцените среднюю мощность. 1.219 История человечества зафиксировала множество случаев, когда с неба падали различные предметы: пшеница, горох, фрукты, куски ткани, веревки, рыба, лягушки и даже металлические деньги. В газете «Известия» за 13 апреля 1985 года было опубликовано любопытное сообщение. Пожилой житель Лондона Р. Лэнгтон даже представить себе не мог, что на свете и такое бывает. Рано утром пошел дождь, после чего Ленгтон выглянул в окно и увидел: весь его приусадебный участок был устлан густым «ковром» из живой рыбы. Задача. Определите энергию рыбы массой 500г, которая упала на приусадебный участок Ленгтона с высоты 500м. Как при этом изменялась полная механическая, потенциальная, кинетическая и внутренняя энергия рыбы? 1.220 На берегу Балтийского моря лежали огромные бетонные плиты - все, что осталось от берегового укрепления. Вороны использовали эти плиты для того, чтобы питаться, следующим образом: выхватывая на мелководье устриц, вороны взлетали на высоту 30-40 метров, бросали на плиты раковины и быстро спускались к земле, чтобы съесть устриц. Задача. С какой скоростью падали устрицы на бетонные плиты? Сопротивлением воздуха пренебречь. Как при этом процессе изменялась энергия устриц? 1.221 В Африке, в заповеднике Серенгети, можно наблюдать, как стервятники лакомятся яйцами страуса. Крепкая скорлупа страусиных яиц не поддавалась клювам стервятников. Птица брала камень и с силой бросала его на яйцо с высоты 5м. Скорлупа от удара камня трескалась, и тогда можно было это яйцо съесть. Правда, стервятника оттесняли от пиршества грифы, и тот принимался за новые яйца. Задача. Птица бросала камень вертикально вниз со скоростью 2м/с. Определите скорость, с которой камень попадал в яйцо, определите изменение потенциальной и кинетической энергии камня при этом процессе. 1.222 При чихании капли жидкости разлетаются со скоростью 170км/ч. При кашле она может достигать скорости 900 км/ч. Задача. Определите кинетическую энергию капли жидкости массой 1г при чихании и кашле. 1.223 Яки - крайне неприхотливые и очень полезные домашние животные. Их используют как мясных, молочных и рабочих животных. Очень ценится шерсть яков. Эти сильные быки легко переносят по горным тропам до 140 кг груза. Задача. Как изменится энергия груза, переносимого яком, при подъеме на высоту 1000м? Какую полезную работу при этом он совершит? 1.224 Давным-давно на севере Африки человек приручил дикого осла. Осел стал ходить под седлом, таскать вьюки и выполнять другие тяжелые работы. Правда, в отличие от лошади, ослов используют только в теплых странах, потому что они плохо переносят холод и сырость. По хорошей дороге осел может везти груз массой 30кг со скоростью 7км/ч. С седоком и грузом ослик легко поднимается по горной тропе. И тут ишаков не могут вытеснить ни машины, ни даже лошади. Задача. Определите полную механическую энергию груза, который везет ослик на высоте 1км над уровнем моря. 1.225 В древесине африканского баобаба, дерева, имеющего высоту около 20м и ствол, достигающий в обхвате 20м, может скапливаться до 120 тысяч литров воды. Древесина баобаба очень мягкая и пористая, легко загнивает, образуя дупла. (Так, в Австралии дупло одного баобаба площадью 36м2 использовалось в качестве тюрьмы.) О мягкости дерева говорит тот факт, что пуля, выпущенная из винтовки, легко пробивает насквозь ствол баобаба диаметром 10 м. Задача. Определите силу сопротивления древесины баобаба, если пуля в момент попадания имела скорость 800м/с и полностью теряла скорость до вылета из дерева. Масса пули 10г. 1.226 В Дании работает уже более 4 тысяч ветроэнергетических установок, которые обеспечивают 4-5% общего производства электроэнергии. Предполагается, что к 2030 г. эта доля возрастет до 25-30%, что позволит вдвое сократить выбросы углерода в атмосферу. Задача. Объясните действие ветроэлектрической станции. Как преобразуется при этом энергия ветра? 1.227 В Лаосе, где Меконг, «отец рек», плавно несет свои воды, находится Гора чудес. 328 ступеней ведут на вершину горы Пхуси. Подъем на Гору чудес под палящими лучами солнца - серьезное испытание. Но при этом совершается чудо: паломник избавляется от груза мирских забот и приобретает полную уверенность в себе. Стоящая на вершине пагода воздвигнута, по преданию, по личному указанию Будды на месте, где начинался проход к центру Земли. Задача. При подъеме под лучами палящего солнца мирские заботы у мирянина уменьшаются. Что же у него увеличивается? жүктеу/скачать 0.64 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|