Vyhledávání úloh

astrofyzika (20)biofyzika (2)chemie (2)elektrické pole (8)elektrický proud (16)gravitační pole (13)hydromechanika (20)jaderná fyzika (5)kmitání (15)kvantová fyzika (1)magnetické pole (6)matematika (35)mechanika hmotného bodu (72)mechanika plynů (21)mechanika tuhého tělesa (31)molekulová fyzika (11)geometrická optika (17)vlnová optika (7)ostatní (25)relativistická fyzika (10)statistická fyzika (12)termodynamika (29)vlnění (13)

(10 bodů)1. Série 31. Ročníku - P. modýlek letadla na ISS

Jak by se chovalo letadlo v mikrogravitaci (prostě uvažujte, že na něj gravitační síla nepůsobí)? Popište, jaký efekt by měla směrovka, výškovka, křidélka, případně vektorování tahu motorů. Jaké akrobatické manévry by byly možné? (Například plochá vývrtka asi ne.)

Erik si četl diskuze na internetu.

(7 bodů)0. Série 31. Ročníku - 4. au to bolí

Představte si, že atmosféru Země zcela nahradíme golfovými míčky. Jaká musí být jejich koncentrace, aby měl tento „golfový plyn“ stejnou termodynamickou teplotu a stejný tlak, jako naše současná atmosféra?

Bonus: Uvažujte, že vlastnosti plynu se s výškou mění (jako u skutečné atmosféry).

4. Série 9. Ročníku - 3. stvoření hvězd

Podle jedné z teorií vznikají hvězdy z oblaku mezihvězdné látky (kosmického prachu) smršťováním pod vlivem gravitačních sil. Určete dobu, za jakou se může zformovat hvězda z obrovského kulového oblaku kosmického prachu o hustotě $ρ=2\cdot 10^{–17}\;\textrm{kg}\cdot \textrm{m}^{–3}$. Můžete předpokládat, že se během smršťování částečky hmoty nepředbíhají a na začátku smršťování měly nulové rychlosti (oblak nijak nerotoval, nebyly v něm víry apod.). Zanedbejte také rozměry vzniknuvší hvězdy vůči počáteční velikosti oblaku.

2. Série 9. Ročníku - P. Lomonosův průvan

figure

Velký přírodovědec M. V. Lomonosov studoval ve své světově proslulé práci „O volném pohybu vzduchu v dolech“ závislost směru proudění vzduchu na ročním období. Po dlouhém a strastiplném bádání dospěl k závěru, že teplota vzduchu je v dole stále stejná po celý rok. (V jeho době byly doly ještě poměrně mělké.) Určete, jakými směry bude vzduch proudit v létě a v zimě v dolech umístěných podle obr. 4.

1. Série 9. Ročníku - 4. tlak plynu

V nádobě, jejíž stěny mají teplotu $t_{c}$, se nachází plyn o teplotě $t$. V kterém případě bude tlak na stěny nádoby větší: $t>t_{c}$ nebo $t<t_{c}?$

6. Série 8. Ročníku - E. hustota vzduchu

Pokuste se experimentálně určit hustotu vzduchu, pokud máte k dispozici dva různě velké balónky napuštěné plynem lehčím než vzduch. (Nevíme, jak je to s pouťovým šílením v této době jestliže neseženete vhodný plyn, např. vodík, zkuste použít horký vzduch – chyba měření bude ovšem ďábelská. Případně můžete měřit s plynem těžším vzduchu).

Nápověda: Neznámé hustoty náplně balónku se při výpočtu zbavíte právě tím, že provedete měření pro dva různé balónky, čili ze dvou rovnic tuto neznámou vyloučíte.

4. Série 8. Ročníku - 2. jak asi táhne komín

Vertikální roura výšky $h=1\;\mathrm{m}$ s plochou podstavy $S=50\;\mathrm{cm}^{2}$ je z obou stran otevřená. V dolní části roury se nachází ohřívač o výkonu $N=100\; \textrm{W}$. Jaká bude rychlost proudění vzduchu v troubě? Lze předpokládat, že veškerý tepelný výkon ohřívače se spotřebuje na ohřátí vzduchu. Atmosférický tlak je $p_{0}=100\; \textrm{kPa}$, teplota okolního vzduchu $t=20\;\mathrm{°C}$. Molární tepelná kapacita vzduchu při konstantním objemu je $C_{V}=2,5\; \textrm{R}$, kde $R$ je plynová konstanta.

3. Série 8. Ročníku - 3. polytropa na zahřátí

Pod pojmem polytropický rozumíme v termodynamice proces charakterizovaný rovnicí $pV^{α}=\;\mathrm{konst.}$, kde $α$ je daný parametr. Pro vhodné $α$ dostáváme např. izobarický ($α=0$), izotermický ($α=1$) nebo izochorický ($α=∞$) děj. Mějme nejjednodušší případ ideálního jednoatomového plynu. Při jakém polytropickém ději (t.j. pro jakou hodnotu $α$) se v něm zachovává

  • počet srážek atomů v jednotce objemu
  • celkový počet srážek?

2. Série 8. Ročníku - 1. přistání kosmické sondy

figure

Graf závislosti

Přistávací modul kosmické lodi se přibližuje k povrchu planety s konstantní rychlostí, přičemž předává na kosmickou loď údaje o tlaku atmosféry. Graf závislosti tlaku na čase je na obrázku. Při přistání na povrchu planety modul naměřil teplotu $T=700\; \textrm{K}$ a tíhové zrychlení $g=10\;\mathrm{m}\cdot \mathrm{s}^{-2}$. Určete rychlost $v$, kterou modul přistává, když se atmosféra skládá z oxidu uhličitého. Určete teplotu $T_{h}$ ve výšce $h=12\;\mathrm{km}$ nad povrchem planety.

2. Série 8. Ročníku - 3. nehoda ve vakuu

Dva kosmonauti se nacházejí v otevřeném mezihvězdném prostoru. Neočekávaně dojde k přetržení přívodní hadice u jednoho z nich a následně úniku veškerého vzduchu ze skafandru. Jeho přítel duchaplně připojí ventil ze svého skafandru na utržený konec hadice. Jenže ouha! Hadice je ucpaná a ke zprůchodnění trubice je třeba přetlaku alespoň $1,1\; \textrm{atm}$. Přitom standardní tlak udržovaný přístroji ve skafandru je roven $1\; \textrm{atm}$. Rozhodnou se k následujícímu kroku: vypnou přívod vzduchu nepoškozeného skafandru a společně se vystaví velmi intenzivnímu záření blízké hvězdy, čímž se jejich teplota zvýší z původních $27^{\circ}\;\textrm{C}$ na $107^{\circ}\;\textrm{C}$. Po vyrovnání tlaku rozpojí hadice a rychle se vrátí do stínu solárního článku, kde jejich teplota klesne k normálu. Jakého tlaku dosáhnou touto operací v poškozeném skafandru?

Poznámka: Komu se zdá tato příhoda příliš fantastická nebo málo vědecká, může stejnou úlohu počítat pro dvě identické nádoby spojené hadicí s jednosměrně propustnou klapkou.

1. Série 8. Ročníku - 4. setrvačnost

V autobuse (jede z pouti a má zavřené nejen dveře, ale i okna) stojí cestující a drží na provázku svůj balónek plný helia. Autobus, který původně stál v klidu, se rozjíždí. Co se stane s balónkem? (Cestující je pevně spojen s autobusem –tj. dobře se drží.) Jakým směrem se balónek pohne? Vysvětlete souvislost se setrvačnou silou! Můžete si to také vyzkoušet.

3. Série 7. Ročníku - 1. hrabeme se v motoru

Při provozu zážehového motoru automobilu dochází k opotřebení vnitřních stěn válců. Zdůvodněte, v kterých místech válce bude jeho opotřebení největší. A jak je tomu u jiných pístových strojů, např. kompresoru?

2. Série 7. Ročníku - 3. atmosféra

Odhadněte, jak vysoko může sahat atmosféra na planetě s danou hmotností $m$. Jaká nejvyšší hora může na takové planetě existovat? Porovnejte vaše výsledky s údaji z naší planetární soustavy.

1. Série 7. Ročníku - 3. píst

figure

Ve vodorovně upevněné válcové trubici s otevřenými konci jsou umístěny dva písty ve vzdálenosti $H$ a $2H$ od pravého okraje válce (viz obr. 2). Levý píst je spojen s pružinou o tuhosti $k$ upevněnou ve stěně, pravý je volný. Na počátku je tlak na obou stranách pístů i mezi nimi stejný (roven $p_{0})$. Určete sílu, jakou musíme působit na pravý píst, vytáhneme-li ho k pravému okraji trubice. Hmotnost pístů můžete zanedbat.

5. Série 2. Ročníku - 3. nádoby

figure

Nádoby

Ve dvou identických nádobách je na počátku v jedné polovině hélium a v druhé vakuum (obrázek). Obě nádoby jsou rozděleny pístem, v kterém je otevírací kanálek. Nyní provedeme dva pokusy. Kanálek v pístu jedné nádoby otevřeme a plyn přetéká do druhé poloviny nádoby, dokud se nevytvoří rovnováha. Potom píst pomalu přesuneme na kraj nádoby. V druhé nádobě velmi pomalu přesuneme píst ve směru vakua na okraj nádoby.

Srovnejte kvantitativně konečné stavy plynu v obou nádobách. Zanedbejte ztráty tepla přes stěny a tření při pohybu pístu.

3. Série 2. Ročníku - 3. síla přitažlivosti

Kdyby celý prostor byl prázdný mimo dvou kapek vody, budou se tyto kapky přitahovat podle Newtonova gravitačního zákona. Nyní předpokládejme, že celý prostor je vyplněný vodou s výjimkou dvou bublin (obrázek). Jak se bubliny budou pohybovat?

2. Série 2. Ročníku - 4. výška sloupce vzduchu

figure

Barometrická stupnice

V barometrické trubici je sloupec vzduchu. Při teplotě $t_{0}=10^{\circ}\;\mathrm{C}$ je výška sloupce $l_{0}=10\;\mathrm{cm}$. Jaká bude jeho výška při teplotě $t=30^{\circ}\;\mathrm{C}$?

2. Série 1. Ročníku - P. balónek

figure

Model balónku

Jak moc můžete nafouknout pouťový balónek, než praskne? Předpokládejme, že balónek má tvar koule. V nenafouknutém (nebo velmi slabě nafouknutém) stavu nechť má poloměr $r_{0}$ (třeba $5\; \textrm{cm}$). Je z gumové blány, jejíž elastické vlastnosti i pevnost známe. Na obrázku je znázorněn kruh vystřižený z materiálu, z něhož je balónek. Tučně vyznačená délka obvodu je jednotková. Pro jednoduchost předpokládejme, že kdybychom kruh z této blány roztahovali na okraji (viz obrázek) tak, že by síla na jednotku délky obvodu kruhu byla $f$, byl by poloměr kruhu přímo úměrný $f$.

$R=R_{0}(1+αf)$. Maximální síla na jednotku délky (při níž materiál balónku praskne) nechť je $f_{max}$.

Předpokládejme dále, že na jedno nadechnutí naberete do plic objem $V_{fuk}$ vzduchu a ten pak fouknete do balónku. Kolikrát můžete do balónku fouknout, než praskne, a jaký bude mít rozměr? (Zkuste též odhadnout reálné hodnoty veličin v problému vystupujících a diskutovat oprávněnost předpokladů.)

2. Série 1. Ročníku - S. odpor působící na auto

Spočtěte, jak bude s časem klesat rychlost auta brzděného jen odporem vzduchu. Auto jede po rovině na neutrál a zanedbáme valivé tření kol atd. – vše kromě odporu vzduchu.

Návod: Síla, kterou je auto brzděno, je v daném případě zhruba úměrná druhé mocnině jeho rychlosti: $F_{brzd}=C\cdot v$. (Pro běžný automobil lze odhadnout $C=(1–2)\; \textrm{m}^{-2}\cdot \textrm{s}$.) Uvažte, že během krátkého časového intervalu $Δt$ se síla působící na automobil příliš nezmění a jeho pohyb tedy můžeme brát jako rovnoměrně zpomalený. Celkovou změnu rychlosti za delší čas dostaneme poskládáním změn v jednotlivých „kouscích“ $Δt$.

Problém tak lze velmi dobře simulovat na mikropočítači, ale můžete využít i obyčejnou kalkulačku a hodnoty psát na papír, vynášet do grafu apod. Úlohu si můžete i rozšířit a počítat též ujetou dráhu, případně uvažovat změněné podmínky: jízdu z kopce či do kopce, jízdu pod vodou ($Cρ_{prostředí}$), vynalézavosti se meze nekladou.

1. Série 1. Ročníku - 2. antiraketa

figure

Model nádoby

Uvažujme nádobu s otvorem dle obrázku. Uniká-li stlačený vzduch z nádoby ven, nádoba se pohybuje. Jde o princip analogický raketovým motorům. Představme si nyní opačnou situaci. Nádobu, v níž bylo vakuum, umístěnou ve vzduchu, který do nádoby proudí malým otvorem. Nádoba se bude pohybovat:

  • doleva
  • doprava
  • nebude se pohybovat

1. Série 1. Ročníku - P. píst

V nádobě uzavřené pohyblivým pístem je ideální plyn. Píst stlačíme z jeho rovnovážné polohy o malou vzdálenost $x$ ($x$ je mnohem menší než výška nádoby $h)$ a pak jej pustíme. Následný děj považujeme za izotermický.

  • Ukažte, že píst bude vykonávat harmonické kmity kolem rovnovážné polohy a najděte jejich frekvenci. (Návod: Uvažte síly působící na píst a jejich analogii se silami působícími na hmotný bod zavěšený na pružině.)
  • Diskutujte oprávněnost předpokladu o izotermičnosti uvažovaného děje.
Tato stránka využívá cookies pro analýzu provozu. Používáním stránky souhlasíte s ukládáním těchto cookies na vašem počítači.Více informací

Partneři

Pořadatel

Mediální partner

Partner


Created with <love/> by ©FYKOS – webmaster@fykos.cz