Методическое пособие г. Семей 2010 Нестандартные физические задачи: методическое пособие
жүктеу/скачать 0.64 Mb.
|
1.135 На ловле относительно глубоководных жемчужных раковин издавна с 0 пециализировалась этническая группа населения Южной Японии – ама, причем профессия ныряльщика преимущественно женская. Ныряльщицы способны опускаться на глубину 30м и оставаться там более минуты. В последнее время на месте этих промыслов возникли крупные предприятия по искусственному разведению жемчуга. Для этой цели используются плоты, к которым снизу подвязывают корзины с раковинами-жемчужницами. Задача. Какое давление оказывает вода на человека на этой глубине? Определите среднюю силу Архимеда, действующую на человека. Как она изменяется с глубиной погружения и с увеличением давления на ныряльщицу? 1.136 Большое Соленое озеро, расположенное в США, в западном штате Юта, по своим размерам очень солидное: 120км в длину и 80 - в ширину. Это самое большое озеро Запада Америки. Но катание на лодке здесь не радует. На водных лыжах кататься тоже рискованно: падение грозит переломом костей! То же самое относится к нырянию. Был случай, когда подросток, отмахнувшись от советов, разбежался и нырнул. Вытащили его со сломанной шеей. Ударился он не о дно, а о воду. И не удивительно, анализ показывает, что в ней содержится до 25% твердых веществ, главным образом, окаменевшей соли. Плыть в такой воде нелегко: ноги поднимаются выше головы, так что все равно можно захлебнуться! Вместо спасательного жилета или пояса остается привязать к ноге железную гирю. Задача. Как изменяется сила Архимеда и сила тяжести в этом случае? 1.137 В Мертвом море за счет большого количества растворенных солей (более 27%) плотность воды достигает 1,16г/см3. Купаясь в этом море, человек очень мало погружается в воду, находясь бы на поверхности, поскольку средняя плотности человека меньше плотности воды. Задача. Какая часть человека находится под водой в Мертвом море, если средняя плотность человека 960 кг/м3? 1.138 Грандиозное зрелище представляют собой айсберги - «плавучие ледяные горы» больших размеров. Айсберги – это массы материкового льда, оторвавшиеся от ледника или ледового барьера, плавающие в полярных морях и прилегающих к ним акваториях. Средняя высота надводной части айсберга нередко достигает 50-70 м, максимальное ее значение приближается к 450м. Наибольшая длина подводной части может доходить до 130км. З  адача. Какую силу необходимо приложить, чтобы потопить айсберг, имеющий форму куба со стороной 5 м? Плотность льда 900 кг/м3. Какую высоту надводной части имеет этот айсберг?
1.139 В 1942 году в Англии возникла идея создания авианосца из плавающего айсберга. Такой авианосец должен быть дешев. Ввиду того, что он представляет собой сплошную глыбу льда, ему не страшны торпеды и бомбы. Совместными усилиями Англии и Канады такой ледяной корабль водоизмещением 2 млн. тонн был построен. Он имел форму параллелепипеда, с толщиной стенок в 9м и возвышался над водой на 15м. В верхней части его располагалась взлетно-посадочная полоса размером 600х500м2. На корабле было смонтировано 16 холодильных установок, которые поддерживали температуру льда - 15°С. Благодаря работе мощных моторов, айсберг мог перемещаться со скоростью 7 узлов в час. Задача. Определите среднюю плотность ледяного авианосца. 1.140 У восточных берегов Средиземного моря, на дне впадины Эль-Гор, расположено самое известное озеро в мире - Мертвое море. Воды озера действительно мертвые: в них не водится рыба, не растут водоросли, даже утки по ним не плавают. И не удивительно: ведь солей в Мертвом море почти в десять раз больше, чем в океане, - до 340г в литре! Если рыба из впадающей в озеро реки Иордан случайно заплывет в этот «бассейн с рассолом», она погибнет через одну минуту. Вопрос. Какая сила будет действовать на человека массой 60кг в этом озере (средняя плотность человека 960 кг/м3), если он погрузится на 2/3 своего объема? 1.141 Одна из наиболее характерных особенностей костистых рыб - наличие плавательного пузыря. Этот орган можно назвать почти универсальным, он выполняет многие функции в организме. Его не зря называют самым ценным «приобретением» костистых рыб. Плавательный пузырь – по существу мешок, заполненный воздухом. Костистых рыб по типу плавательного пузыря можно разделить на открыто- и закрытопузырных. У первой группы плавательный пузырь связан с кишечником особым протоком. Он заполняется воздухом, который рыба заглатывает с поверхности воды. Вторая группа рыб (более позднего происхождения) не имеет такого протока, поэтому газ, наполняющий пузырь, поступает через специальную систему кровеносных сосудов. Плавательный пузырь нужен рыбам, в основном, для поддержания так называемой нейтральной плавучести, а проще - для наиболее оптимальных условий плавания. Для погружения некоторое количество газа приходится удалять из пузыря, а при всплытии, наоборот, восполнять его недостаток. Вопрос. Как согласуются при этом условия плавания тел? 1.142 В Средиземном море, у берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. Чувствуя приближение опасности, фагак быстро заглатывает воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов. Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и он быстро всплывает на поверхность водоема. Здесь он плавает, повиснув вверх брюхом, пока выделившиеся в его организме газы не улетучатся. После этого он снова опускается на дно. Задача. Как использует силу Архимеда фагак? 1.143 Произрастающий в дельте Волги вблизи Астрахани чилим (водяной орех) после цветения дает под водой тяжелые плоды. Эти плоды настолько тяжелы, что вполне могут увлечь на дно все растение. Однако в это время у чилима, растущего в глубокой воде, на черешках листьев возникают вздутия, и он не тонет. Задача. Покажите на чертеже силы, действующие на чилим. Какой силой чилим уравновешивает силу тяжести? 1.144. Живущий в тропических морях моллюск наутилус может быстро всплывать и вновь опускаться на дно. Моллюск этот живет в закрученной спиралью раковине. Когда ему нужно подняться или опуститься, он изменяет объем внутренних полостей в своем организме. Задача. Объясните поведение моллюска. За счет каких сил он поднимается и опускается в воде? Объем наутилуса примерно равен 2см3. Определите значение и направление силы тяжести и силы Архимеда, действующих на моллюск. 1.145 Живые организмы, населяющие Мировой океан, можно разделить на три группы: планктон - микроскопические водоросли, мельчайшие животные, обитающие в толще воды и пассивно переносящиеся водными течениями; нектон - рыбы и морские животные, способные самостоятельно и активно перемещаться в воде и на ее поверхности; бентос - растения и животные, обитающие на дне океана и любого другого водоема от прибрежной зоны до самых больших глубин. Вопрос. Оцените плотность перечисленных видов живых организмов. 1.146 Самая тяжелая древесина у пиратинеры, растущей в Британской Гвиане в Южной Америке. Даже в высушенном состоянии она имеет плотность 1,36г/см3. Задача. Будет ли плавать изделие, сделанное из этого дерева, в воде? Объясните, почему. 1.147 Физалия - удивительное создание, получившее название по имени доктора Мари Физаликс, которая открыла ее и описала. Это целая колония полипов, выполняющих различные обязанности. На плаву ее поддерживает овальный плавательный пузырь - пневматофор, 20-30см длиной и 8-10см шириной, заполненный газовой смесью, состоящей из 12-15% кислорода, 1,18% аргон и азота. Пузырь - сложный гидростатический аппарат, изменяющий в зависимости от условий свой объем. Стоит усилиться волнению, как стенки-гребни немедленно сокращаются, излишек газа выдавливается, и физалия, словно подводная лодка, идет на погружение. Как только наступает затишье, особые железистые клетки заполняют опустевшие емкости газом, и сифонофора вновь всплывает, сверкая на солнце голубыми, фиолетовыми и пурпурными красками. Задача. Объясните поведение физалии. 1.148 Землетрясения - это мощные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре. Чаще всего землетрясения бывают в районах горообразования. Земля резко сотрясается, появляются трещины. Они бывают настолько широкими, что в них может провалиться автомобиль. Землетрясения возникают в местах соприкосновения платформ. При сильном давлении происходят тектонические движения и тектонические разрывы (трещины). При смещении и ломке структуры горных пород возникают сейсмические волны. Мощные толчки вызываются поперечными волнами, но наиболее разрушительны продольные волны, напоминающие морские волны. Вопрос. Можно ли землетрясения отнести к колебательному движению? 1.149 Сила землетрясения оценивается по 12-балльной шкале Рихтера. Незаметные толчки, выявленные только приборами, оцениваются в 1-2 балла. Умеренные толчки - дребезжание стекол, раскачивание люстр и т.п. – 4-5 баллов. Сильные толчки - появление трещин в стенах- 6 -7 баллов. Катастрофические толчки (8-12 баллов) разрушают здания, раскалывают земную поверхность (землетрясения 1948г., Ашхабад; 1988г., Армения). В год случаются тысячи землетрясений, но лишь 20-30 из них - сильные. Задача. Определите частоту колебаний при 4-балльном землетрясении, если от этих толчков хорошо раскачалась люстра, длина подвеса которой равна 80 см. 1.150 Землетрясения могут стать причиной возникновения гигантских волн - цунами. Самая крупная из них в предыдущем столетии имела высоту 67м. Землетрясения могут вызывать опаснейшие грязекаменные потоки (сели), способные привести к страшным разрушениям. Вопрос. Чему равна амплитуда этих колебаний? 1.151 Как с точки зрения физики можно объяснить отличие стеблей водорослей, растущих в воде, от стеблей растений, растущих на берегу? 1.152 Как изменяется положение плавников рыбы при ее движении в воде? 1.153 Какой ветер: зимний или летний при одной и той же скорости обладает большей мощностью? Почему сильный ветер ломает летом деревья чаще, чем зимой? 1.154 Какую роль играет гравитация при формировании рельефа земной поверхности. Отчего зависит максимальная высота гор? 1.155 Однажды царь спросил у Архимеда, сколько нужно взять золота, чтобы его масса была равна массе слона. Как Архимед справился с этой задачей? 1.156 Хороший стрелок стоит у одного борта парохода, а у противоположного помещена мишень. Пароход движется равномерно вперед. Стрелок прицелился точно в центр мишени. Попадет ли он в цель? 1.157 Взвесим банку со спящими мухами. Затем встряхнем ее, чтобы мухи летали, и снова взвесим. Изменится ли вес банки? 1.158 Вылетев из Петербурга, вертолет пролетел строго на север 500км, потом повернул на восток и пролетел еще 500 км, далее повернул на юг и пролетел еще 500км, и, наконец, повернув на запад, пролетел последние 500км. Где он приземлился: там же, откуда вылетел, или севернее (южнее, западнее, восточнее) этого места? 1.159 На Луне все вещи весят в 6 раз меньше, чем на Земле. Вообразите, что на Луне существует озеро с пресной водой. На озеро спущен пароход, который в земных пресноводных озёрах имеет осадку 3метра. Как глубоко будет сидеть наш пароход в воде лунного озера? Заодно решите и такую задачу: где не умеющий плавать человек может утонуть скорее - в земном озере или в нашем воображаемом лунном? 1.160 У обыкновенной амебы обнаружен так называемый вибротаксис в виде положительной реакции на источник механических колебаний частотой 50 Гц. Это становится понятным, если учесть, что у некоторых видов инфузорий, служащих амебе пищей, частота биения ресничек колеблется как раз между 40 и 60 Гц. Задача. Определите период и циклическую частоту источников колебаний. 1.161 Сердце - это орган, имеющий массу 300г. С 15 до 50 лет оно бьется со скоростью 70 раз в минуту. В период между 60 и 80 годами оно ускоряет свое движение, достигая примерно 79 ударов в минуту. В среднем это составляет 4,5 тысячи пульсаций в час и 108 тысяч в день. Сердце велосипедиста может быть вдвое больше, чем у человека, не занимающегося спортом, - 1250 кубических сантиметров вместо 750. В обычном режиме этот орган перекачивает 360литров крови в час. А за всю жизнь - 224 миллиона литров. Столько же, сколько река Сена за 10 минут! Задача. Чему равен период колебаний и частота работы сердца? 1.162 Оказывается, цикл вдоха-выдоха у ребенка составляет 35 раз в минуту, 20 раз у подростка и 15 раз у взрослого человека. В среднем наш дыхательный ритм выглядит так 1000 раз в час, то есть 24 тысячи раз в день, или 9 миллионов раз в год. Вопрос. Как отличается период и частота дыхания ребенка и подростка? 1.163 Во время Великой Отечественной войны по льду Ладожского озера к осажденному Ленинграду проходила автомобильная дорога протяженностью в 27км, известная в истории как «Дорога жизни». Чтобы ледяной покров под влиянием проходившего по нему потока автомашин не пришел в резонансные колебания и не разрушился, принимали специальные меры. Для этого груз автомашин подбирался таким образом, чтобы частота колебаний ледяного покрова отличалась от частоты, с которой воздействовали на ледяной покров проходившие автомашины. Задача. А что могло произойти, если бы была допущена ошибка при подсчете массы груза? 1.164 Достигнув на четвертом году жизни половой зрелости, самка беззубки откладывает каждые 50 секунд по яйцу. Общее их количество при этом достигает 300-400 тысяч. Задача. Определите частоту и период откладывания яиц беззубкой. 1.165 Сердце двустворчатого моллюска беззубки летом сокращается 4 раза в минуту, а зимой делает только одно сокращение в 3 минуты. Задача. Определите частоту и период сокращений сердца моллюски беззубки. 1.166 Небольшие размеры колибри и их способность сохранять постоянную температуру тела требуют интенсивного обмена веществ. Ускоряются все важнейшие функции в организме, сердце делает от 500 до 1260 ударов в минуту, увеличивается ритм дыхания - до 600 дыхательных движений за одну минуту. Высокий уровень обмена веществ поддерживается интенсивным питанием - колибри почти непрерывно кормятся нектаром цветов. Задача. Определите частоту колебаний сердца и частоту дыхания колибри. 1.167 Наше сердце - это насос, работающий в импульсном режиме с частотой около 1Гц. Во время каждого импульса, длящегося примерно 0,25 с, сердце взрослого человека успевает вытолкнуть из себя в аорту около 0,1 дм крови. Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается за 21-22 секунды. Задание. Составьте задачу по выше приведенным данным. 1.168 Сверчки воспринимают звуки частотой 300-8000 Гц, кузнечики – 800 - 45 000Гц, саранча - до 90 000 Гц. Задача. Определите период колебаний, воспринимаемых этими насекомыми. 1.169 Установлено, что собаки слышат звуки частотой до 35 кГц, крысы и морские свинки - до 40 кГц. Летучие мыши и дельфины при эхолокации воспринимают звуки частотой до 100 кГц. Для сравнения: верхний предел слуха человека - 20 кГц. Задача. Сравните периоды колебаний источников звуков. 1.170 Время кругооборота крови у краба – 37-65с, у кролика - 7,5с, у собаки - 16с, у человека – 20-25 с. Задача. Сравните частоты кругооборота крови у этих живых организмов. 1.171 Сердце воробья бьется 600-850 раз в минуту, у мыши: 320-780, у курицы:179-460, у гуся: 210-320, у кролика: 120-310, у кошки: 140, у собаки: 100-139, у лошади: 40. Нормальный пульс человека: 60- 80 ударов в минуту. Задача. Определите частоту и период колебаний сердца у живых организмов. 1.172 Скорость движения крови в аорте 0,5 м/с, а по капиллярам кровь течет со скоростью 0,5 мм/с. Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается за 21-22 с. Задача. Определите частоту полного оборота крови у человека. 1.173 Общая длина кровеносных капилляров в организме человека составляет примерно 100 тысяч км, что в 2,5 раза превышает длину экватора, а общая внутренняя площадь - 2400м2. Кровеносные капилляры имеют толщину в 10 раз меньшую, чем волос. В течение минуты сердце выбрасывает в аорту около 4л крови, которая затем перемещается во все точки организма. Сердце человека в среднем сокращается 100тысяч раз в сутки. За 70 лет жизни человека сердце сокращается 2 миллиарда 600 миллионов раз и перекачивает при этом 250 миллионов литров крови. Задача. Определите частоту и период сокращения сердца. 1.174 Чтобы поддерживать высокую температуру тела, особенно во время полета, птицы тратят много энергии. Поэтому обмен веществ у них очень интенсивен, особенно у мелких видов. Четырехкамерное сердце птицы работает с большой нагрузкой и развито сильно. Например, у самых маленьких птиц – колибри - сердце занимает половину полости тела, а по объему почти в три раза больше желудка. Частота сокращений сердца у некоторых видов колибри достигает 1000 в минуту (у человека - 70 сокращений). Вопрос. Сравните частоту и период сокращений сердца человека и колибри. 1.175 Озеро Уаикатипу, самое длинное в Новой Зеландии, протянулось с северо-запада на юго-восток почти на сто километров. С этим озером связано загадочное явление, объяснение которому наука пока не нашла. Вода в нем каждые пять минут то поднимается на семь с половиной сантиметров, то опускается до прежнего уровня. Озеро как бы дышит. Вопрос. Определите амплитуду и частоту «дыхания озера». 1.176 Определите период колебания математического маятника в Париже, Токио, на северном полюсе, на экваторе, если длина нити 1м, а ускорение на полюсе и экваторе соответственно равны 9,832 м/с2, 9,78 м/с2. 1.177 Многие птицы, такие как кулики-галстучники, кроншнепы, совы, некоторые воробьиные, вооружены ультразвуковыми «навигационными приборами». Застигнутые в полете туманом или темнотой, они разведывают путь с помощью звуковых волн, не воспринимаемых человеком. Своим криком они как бы ощупывают землю внизу и узнают по характеру эха о высоте полета и близости препятствий. Но самыми умелыми навигаторами являются жирные козодои, или гуахаро. Они живут в горных пещерах Латинской Америки. Тьма в этих пещерах кромешная. А вот козодои спокойно себе летают и ни на что не натыкаются. Оказывается, эти птицы способны к эхолокации. Они издают негромкие щелкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом. Эти звуки отражаются от стен пещеры, различных выступов и других препятствий и улавливаются чуткой птицей. Если же птице заткнуть уши, она перестанет ориентироваться в темноте. Задача. Через какое время козодои воспринимают посланный ими сигнал, если расстояние до препятствий в пещере, где они живут, 2-5м? 1.178 Летают колибри, ярко окрашенные птички, с большой скоростью и так быстро взмахивают крыльями, что очертания крыла незаметны. Число взмахов может достигать 20-25, а у некоторых видов и 50 в секунду! Питаются колибри нектаром цветов. Колибри - единственные птицы, которые в полете способны давать «задний ход». Задача. Определите длину волны, которую генерирует колибри. 1.179 Голиаф - самая крупная лягушка, обитающая в Камеруне (Африка). Ее масса 3,5кг, а длина тела 32см. Самой маленькой лягушкой считается чесночница с Сейшельских островов, ее длина 1,8-1,9см. Крик лягушки-быка из Северной Америки слышен на расстоянии нескольких километров и похож на рев быка. Еще громче орет самец древесной лягушки-коки из Пуэрто-Рико. Будучи менее 5см, он издает крик силой 108 Дб. Задача. Чему соответствует крик древесной лягушки по уровню звукового давления? 1.180 Пескари звук камертона или свистка за 30 метров улавливают. А уши у них своеобразные! В черепе, позади глаз, есть пузырек с густой жидкостью, а в ней камешки плавают. Они-то и воспринимают колебания звуковых волн и через нервы передают сигнал мозгу. Задача. Определите время, через которое пескари слышат звук от источника, если скорость звука в воде при температуре 25°С равна 1500 м/с. 1.181 Куры орловской породы очень крупны, красивы и несут много яиц. Самое же главное достоинство петухов - необычный голос. Звучный, бархатный, протяжный, без хрипоты. Голосистых петухов заводили у себя все любители петушиного пения. Орловскую птицу никогда не продавали за деньги, а только обменивали. Брали за них зерно, скот, муку. А ценились орловские петухи дорого - за хорошего голосистого петуха давали барана, а то и теленка. Петухи поют басом, баритоном и тенором. Каждый любитель, слушая их, выбирает себе по вкусу. Задача. Частотный диапазон голосов соответствует: тенор – 130-500 Гц, баритон – 100-400 Гц, бас – 80-350 Гц. Определите диапазон длин волн, соответствующий петушиному пению. 1.182 Высота голоса певца зависит от длины и натяжения голосовых связок. У мужчин длина голосовых связок составляет 18-25мм (бас -25мм, тенор - 18мм), у женщин – 15-20мм. Частотный диапазон, соответствующий басу у мужчин, - 80-350Гц, баритон – 100-400Гц, тенор – 130-500 Гц. Задача. Определите диапазон длин волн, соответствующих этим голосам. 1.183 Диапазон длин звуковых, волн, соответствующих женскому голосу контральто, равен 44-201см, меццо-сопрано – 38-171см, сопрано – 34-137см, колоратурное сопрано – 25-132см. Задача. Определите диапазон частот, соответствующих женским голосам. 1.184 В России звонит самый большой колокол в мире - колокол Сысой, один из пятнадцати колоколов звонницы Ростова Великого Ярославской области. Его масса 32т. Отлитый в 1688г. мастером Фролом Терентьевым, он покоряет ростовчан и гостей города своим мощным бархатным звоном. В немецком городе Кельне особым звучанием отличается колокол Петер массой в 24 тонны, отлитый в 1923г. Трудно сравнить звучание этих двух колоколов, поскольку они различаются по тембру, технике исполнения. Звон колоколов завораживает, не оставляет никого равнодушным. Задача. Как возникает звук при ударах в колокола? Что называется тембром? Какие характеристики звука вы еще знаете? 1.185 У многих насекомых (саранчи, стрекоз и др.) две пары крыльев. У других насекомых (мухи, жуки) только одна пара крыльев. Скорость работы крыльев у разных насекомых различная. Так, у крупных бабочек (например, махаона) число взмахов за 1 секунду равняется 5, у саранчи - 18, у комнатной мухи -120, у пчелы - 180, у галлицы – 700-1000. Задача. Какое из этих насекомых мы будем слышать? 1.186 В бывшей Югославии одно из мест близ Куршумлии долгое время считалось дьявольским. Каменные фигуры, созданные старанием ветра и влаги, по ночам издавали различные звуки, пугая суеверных людей, для которых эти звуки были не чем иным, как дьявольскими кознями. В Египте звучат по утрам, при восходе солнца, колонны - остатки древнего Карнакского храма. Задание. Объясните происхождение звуков. жүктеу/скачать 0.64 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|