Стальной шарик висит на нитке привязанной к штативу шарик целиком погружен
1. В результате перехода искусственного спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение увеличивается. Как изменяются в результате этого перехода скорость движения спутника по орбите и период его обращения вокруг Земли?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменяется
2. На шероховатой наклонной плоскости покоится деревянный брусок. Угол наклона плоскости уменьшили. Как изменились при этом сила трения покоя, действующая на брусок, и коэффициент трения бруска о плоскость? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась
3. Камень брошен вверх под углом к горизонту. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Как меняются модуль ускорения камня и его потенциальная энергия в поле тяжести при движении камня вверх?
4. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведёт себя потенциальная энергия груза в поле тяжести и его скорость, когда груз движется вверх от положения равновесия?
5. Груз изображённого на рисунке пружинного маятника совершает свободные гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняется скорость груза и жёсткость пружины при движении груза маятника от точки 1 к точке 2?
6. В результате торможения в верхних слоях атмосферы высота полёта искусственного спутника над Землёй уменьшилась с 400 до 300 км. Как изменились в результате этого скорость спутника и его центростремительное ускорение?
7. В результате перехода спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение уменьшается. Как изменяются в результате этого перехода потенциальная энергия спутника в поле силы тяжести Земли и скорость его движения по орбите?
8. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведёт себя потенциальная энергия пружины и скорость груза, когда груз движется вниз от положения равновесия?
9. На тело массой m, поступательно движущееся в инерциальной системе отсчёта, действует постоянная равнодействующая сила F в течение времени ∆t. Если действующая на тело сила увеличится, то как изменятся модуль импульса силы и модуль изменения импульса тела в течение того же промежутка времени ∆t?
10. На тело массой m, поступательно движущееся в инерциальной системе отсчёта, действует постоянная равнодействующая сила F в течение времени ∆t. Если действующая на тело сила уменьшится, то как изменятся модуль импульса силы и модуль ускорения тела в течение того же промежутка времени ∆t? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
11. Шарик, брошенный горизонтально с высоты Н с начальной скоростью v0, за время t пролетел в горизонтальном направлении расстояние L (см. рисунок). Что произойдёт со временем и дальностью полёта, если на этой же установке увеличить начальную скорость шарика в 2 раза? Сопротивлением воздуха пренебречь. Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
12. Стальной шарик висит на нитке, привязанной к штативу. Шарик целиком погружён в керосин (рис. 1). Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде (рис. 2). Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
13. В школьной лаборатории изучают свободные колебания пружинного маятника при различных значениях массы маятника. Как изменятся период его свободных колебаний и период изменения его потенциальной энергии, если увеличить массу маятника, не изменяя жёсткость пружины? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
14. С вершины наклонной плоскости из состояния покоя скользит с ускорением лёгкая коробочка, в которой находится груз массой m (см. рисунок). Как изменятся время движения по наклонной плоскости и модуль работы силы тяжести, если с той же наклонной плоскости будет скользить та же коробочка с грузом массой m/2?
15. На поверхности воды плавает сплошной деревянный брусок. Как изменятся глубина погружения бруска и сила Архимеда, действующая на брусок, если его заменить сплошным бруском той же плотности и высоты, но большей массы? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. 12. 2. 23. 3. 31. 4. 12. 5. 13. 6. 11. 7. 12. 8. 12. 9. 11. 10. 22. 11. 31. 12. 21. 13. 11. 14. 32. 15. 31.
Сила Архимеда
Архимедова (выталкивающая) сила равна:
где— Объем жидкости погруженной части тела в жидкость
— Если тело находится полностью в жидкости, то объем жидкости
Задачи
Задача 1. Груз массой 3 кг, подвешенный на тонкой нити, целиком по-гружен в воду и не касается дна сосуда (рис. 1). Модуль силы натяжения нити 10 Н. Найдите объём груза (в литрах).
Решение. На груз в воде действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила натяжения нити (Т). Ось OY направим вверх (рис. 2). Запишем второй закон Ньютона:
где — плотность воды, которую находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»). Тогда
Задача 2. Предмет из алюминия объемом 100 см 3 подвесили к пружине и опустили в бензин. Определите силу натяжения пружины.
Решение. На тело в керосине действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила упругости (Fупр) пружины. Ось OY направим вверх (рис. 3). Запишем второй закон Ньютона:
где — масса тела,
Задача 3. Стальной шарик висит на нити, привязанной к штативу. Шарик целиком погружен в керосин (рис. 4). Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде (рис. 5). Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Сила натяжения нити | Сила Архимеда, действующая на шарик |
Решение. На тело в жидкости действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила натяжения нити (T). Ось OY направим вверх (рис. 6). Запишем второй закон Ньютона:
Архимедова сила равна
Масса бруска m и его объем V не меняются, плотность жидкости ρж увеличивается (ρ1ж = 800 кг/м3 — плотность керосина, ρ2ж = 1000 кг/м3 — плотность воды, которые находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»)).
Из уравнения (2) следует, что так как масса бруска m не меняется, а плотность жидкости ρж увеличивается, то сила натяжения нити уменьшается. Это соответствует изменению № 2.
Из уравнения (1) следует, что так как масса бруска m и его объем V не меняются, а плотность жидкости ρж увеличивается, то сила Архимеда так же увеличивается. Это соответствует изменению № 1.
Задача 4. К динамометру подвесили тело. Показания динамометра в воздухе 12 Н, в воде — 7 Н. Определите плотность тела.
Решение. Показания динамометра — это значение силы упругости Fупр его пружины. На тело в воздухе действуют сила тяжести () и сила упругости (Fупр1) (рис. 7, а). На тело в воде действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила упругости (Fупр2) (рис. 7, б). Ось 0Y направим вверх. Запишем второй закон Ньютона для двух случаев:
где — объем тела, ρж = 1000 кг/м 3 — плотность воды, которую находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»), ρ — плотность тела. Тогда
Подготовка ЕГЭ по физике задание №6
Задание 6. В результате перехода искусственного спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение увеличивается. Как изменяются в результате этого перехода скорость движения спутника по орбите и период его обращения вокруг Земли?
На спутник действует только сила притяжения земли
где M - масса земли; m - масса спутника; R - радиус орбиты. В соответствии со вторым законом Ньютона, можно записать:
где a – играет роль центростремительного ускорения. Отсюда видно, что при увеличении ускорения, радиус орбиты будет уменьшаться.
Теперь рассмотрим как изменится скорость движения спутника в зависимости от радиуса орбиты. Подставим вместо ускоренияТо есть, при уменьшении R, скорость спутника увеличивается.
Период обращения спутника вокруг Земли – это время, за которое спутник делает один оборот вокруг Земли. Если радиус орбиты уменьшается, а центростремительное ускорение возрастает, то скорость спутника увеличивается. Таким образом, спутник проходит меньшее расстояние с большей скоростью и его период уменьшается.
Задание 6. На шероховатой наклонной плоскости покоится деревянный брусок. Угол наклона плоскости уменьшили. Как изменились при этом сила трения покоя, действующая на брусок, и коэффициент трения бруска о плоскость? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Так как брусок покоится на месте, то сила трения покоя уравновешивает силу соскальзывания бруска (тангенциальную силу). При уменьшении угла наклона тангенциальная сила уменьшается, следовательно, в соответствии с третьим законом Ньютона, сила трения покоя также уменьшается.
Коэффициент трения бруска о поверхность зависит только от материала соприкасающихся плоскостей и их площади, то есть он не изменится.
Задание 6. Камень брошен вверх под углом к горизонту. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Как меняются модуль ускорения камня и его потенциальная энергия в поле тяжести при движении камня вверх?
Проекцию движения камня на ось Oy (вертикальную ось) можно записать в виде
Из этого выражения видно, что ускорение камня равно g – ускорению свободного падения, то есть не меняется.
Потенциальная энергия камня равна
и возрастает с увеличением высоты, то есть при движении вверх, потенциальная энергия увеличивается.
Задание 6. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведёт себя потенциальная энергия груза в поле тяжести и его скорость, когда груз движется вверх от положения равновесия?
Потенциальная энергия груза определяется выражением
где m – масса груза; h – высота груза над уровнем земли.
В задаче сказано, что пружина все время растянута и в этом состоянии груз движется вверх. Из формулы видно, что высота груза h увеличивается, следовательно, будет увеличиваться и потенциальная энергия груза. Скорость v тела будет уменьшаться, так как груз движется против силы тяжести и постепенно останавливается.
Задание 6. Груз изображённого на рисунке пружинного маятника совершает свободные гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняется скорость груза и жёсткость пружины при движении груза маятника от точки 1 к точке 2?
Так как колебания совершаются между точками 1-3, то в точке 1 груз имеет нулевую скорость, а в точке 2 скорость достигает максимального значения, то есть она увеличивается. Жесткость пружины зависит от физических свойств самой пружины и является константной (неизменной) величиной.
Задание 6. В результате торможения в верхних слоях атмосферы высота полёта искусственного спутника над Землёй уменьшилась с 400 до 300 км. Как изменились в результате этого скорость спутника и его центростремительное ускорение?
Согласно закону всемирного тяготения, спутник будет притягиваться к Земле с силой
где m – масса спутника; M – масса Земли; R – радиус орбиты спутника. По второму закону Ньютона можно записать, что
Из этой формулы видно, что при уменьшении радиуса орбиты R скорость спутника v и его центростремительное ускорение возрастает.
адание 6. В результате перехода спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение уменьшается. Как изменяются в результате этого перехода потенциальная энергия спутника в поле силы тяжести Земли и скорость его движения по орбите?
Спутник Земли массой m и Земля массой M притягиваются друг к другу на расстоянии R с силой всемирного тяготения
В силу второго закона Ньютона данную силу также можно представить в виде
откуда радиус орбиты
Из последней формулы видно, что при уменьшении центростремительного ускорения радиус орбиты R спутника увеличивается. Найдем как будет меняться потенциальная энергия спутника и скорость его движения по орбите.
Центростремительное ускорение можно записать кака его потенциальная энергия определяется как гравитационная энергия, обусловленная взаимным притяжением спутника и Земли:
Последние две формулы показывают, что при увеличении R скорость спутника уменьшается, а потенциальная энергия увеличивается (обратите внимание на знак «-» перед формулой потенциальной энергии спутника).
Задание 6. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведёт себя потенциальная энергия пружины и скорость груза, когда груз движется вниз от положения равновесия?
Положение равновесия – это положение с максимальной скоростью при колебательном движении груза. Следовательно, при движении от положения равновесия вниз, скорость груза уменьшается.
Потенциальная энергия пружины пропорциональна деформации пружины и, двигаясь вниз, пружина растягивается и ее потенциальная энергия увеличивается.
Задание 6. На тело массой m, поступательно движущееся в инерциальной системе отсчёта, действует постоянная равнодействующая сила F в течение времени ∆t. Если действующая на тело сила увеличится, то как изменятся модуль импульса силы и модуль изменения импульса тела в течение того же промежутка времени ∆t?
При увеличении силы F=ma ускорение тела также будет увеличиваться. Модуль изменения импульса тела , большим чем ранее, а величина пропорциональна ускорению.
Задание 6. На тело массой m, поступательно движущееся в инерциальной системе отсчёта, действует постоянная равнодействующая сила F в течение времени ∆t. Если действующая на тело сила уменьшится, то как изменятся модуль импульса силы и модуль ускорения тела в течение того же промежутка времени ∆t? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
При уменьшении силы F=ma, ускорение телаЗадание 6. Шарик, брошенный горизонтально с высоты Н с начальной скоростью v0, за время t пролетел в горизонтальном направлении расстояние L (см. рисунок). Что произойдёт со временем и дальностью полёта, если на этой же установке увеличить начальную скорость шарика в 2 раза? Сопротивлением воздуха пренебречь. Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
Время полета шарика будет равно времени его падения с высоты H, так как начальная вертикальная скорость равна нулю. Поэтому, меняя начальную горизонтальную скорость шарика в 2 раза, время полета останется прежним.
При увеличении скорости в 2 раза и том же времени полета, длина L=vt увеличится вдвое.
Задание 6. Стальной шарик висит на нитке, привязанной к штативу. Шарик целиком погружён в керосин (рис. 1). Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде (рис. 2). Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
Сила натяжения нити по модулю равна результирующей силе, действующей на шарик. На шарик действует сила тяжести mg и выталкивающая сила Архимеда , направленная в противоположную сторону, то есть результирующая сила, а значит, и натяжение нити равны:
где V – объем погруженного тела в жидкость; - плотность жидкости. Так как плотность керосина равна кг/м3, а плотность воды кг/м3, то выталкивающая сила Архимеда в случае воды выше, чем при керосине. Следовательно, натяжение нити при замене керосина водой, уменьшится, а сила Архимеда увеличится.
Задание 6. В школьной лаборатории изучают свободные колебания пружинного маятника при различных значениях массы маятника. Как изменятся период его свободных колебаний и период изменения его потенциальной энергии, если увеличить массу маятника, не изменяя жёсткость пружины? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Период свободных колебаний пружинного маятника массой m и жесткостью пружины k равен . Следовательно, при увеличении массы тела m период колебаний увеличится.
Потенциальная энергия пружинного маятника определяется как , где x – величина деформации пружины. Легко понять, что при увеличении массы маятника растяжение пружины x увеличится, следовательно, увеличится и период изменения потенциальной энергии пружины.
Задание 6. С вершины наклонной плоскости из состояния покоя скользит с ускорением лёгкая коробочка, в которой находится груз массой m (см. рисунок). Как изменятся время движения по наклонной плоскости и модуль работы силы тяжести, если с той же наклонной плоскости будет скользить та же коробочка с грузом массой m/2?
В наклонной плоскости сила тяжести коробочки, создаваемая коробочкой, равна
и противоположна ей сила трения, равная
Равнодействующая сил, действующая на коробочку в наклонной плоскости:
откуда ускорение коробочки
Время, за которое коробочка пройдет по наклонной плоскости, можно найти из формулы
где S – длина наклонной плоскости.
Работа силы тяжести есть величина
Таким образом, при уменьшении массы груза m время движения коробочки по наклонной плоскости останется прежним, а работа силы тяжести уменьшится.
Задание 6. На поверхности воды плавает сплошной деревянный брусок. Как изменятся глубина погружения бруска и сила Архимеда, действующая на брусок, если его заменить сплошным бруском той же плотности и высоты, но большей массы? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Если брусок имеет ту же плотность и высоту, то увеличение массы может осуществляться только за счет увеличения его площади основания, а глубина погружения его в воду останется прежней.
Сила Архимеда определяется как , где V – объем погруженной части тела в воду. Так как этот объем увеличивается (увеличилась площадь бруска), то и сила Архимеда возрастет. Этот же вывод можно сделать на том основании, что сила Архимеда должна компенсировать силу тяжести бруска и так как его масса возрастает, то и сила тяжести mg также возрастет.
Читайте также: