Олимпиады · МОШ

МОШ, 2011/12, заключительный этап, 9 класс

8 задач

зад 1 Лодка в реке

Механика › КинематикаДвижение по реке, переправы, ветерРавноускоренное движениеГрафические методысложность 5/10черновая разметка

Лодка отплыла от берега реки, текущей со скоростью, постоянной по всей ширине реки. В системе отсчета, связанной с водой, лодка все время двигалась перпендикулярно берегу, причем движение было равнозамедленным, с начальной скоростью 2 м/c. На рисунке изображен вид сверху на траекторию лодки в системе отсчета, связанной с берегом реки. Ось \(x\) направлена вдоль берега реки, ось \(y\) "— перпендикулярно берегу. Определите скорость течения реки и модуль ускорения лодки.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Вдоль берега лодка движется равномерно со скоростью течения, поперёк "— равнозамедленно. Заметьте, что в конце траектории лодка остановилась относительно воды.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Скорость течения реки 1 м/с, модуль ускорения лодки \(0{,}02\text{ м/с}^2\).

зад 2 Льдина с грузом и школьником

Гидростатика и гидродинамика › ГидростатикаПлавание тел, устойчивость плаваниясложность 5/10черновая разметка

Когда на льдину поставили груз массой \(M = 90\) кг, объем ее надводной части уменьшился на 30%. Потом на льдину вышел школьник Антон, и объем надводной части уменьшился еще на 30%. Найдите массу Антона и массу льдины. Отношение плотностей льда и воды \(\rho_\text{л} : \rho_\text{в} = 0{,}9\).

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Выразите объём надводной части через массу всего, что плавает: он равен полному объёму льдины минус объём погружённой части.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Масса льдины \(M_0 = 30M = 2700\) кг, масса школьника \(m = 0{,}7M = 63\) кг.

зад 3 Подобные кипятильники

Термодинамика и молекулярная физика › ТеплообменНагреватели, КПД нагреваОценки, размерность и подобиесложность 4/10черновая разметка

Школьницы Алиса и Василиса нагревают воду в полных стаканах при помощи кипятильников. Кипятильник Василисы является точной копией кипятильника Алисы, увеличенной в три раза, а стакан Василисы "— увеличенной в два раза копией стакана Алисы. Кипятильники включают в розетки с одинаковым напряжением. Вода у Алисы закипает за 3 минуты. За какое время закипит вода у Василисы? Считать, что вся выделяющаяся энергия идет на нагревание воды. Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Как меняются сопротивление спирали, мощность и масса воды при увеличении всех размеров в \(k\) раз?

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(\tau_\text{В} = 8\) мин.

зад 4 Два зеркала под углом

Геометрическая оптика › ОтражениеПлоское зеркалосложность 5/10черновая разметка

Два зеркала сложены под углом \(7^\circ\). Школьник Станислав направил через маленькое отверстие в одном из зеркал луч лазерной указки перпендикулярно этому зеркалу. Сколько всего отражений испытает луч от этих зеркал?

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Проследите, как меняется угол луча с перпендикуляром к зеркалу после каждой пары отражений, и когда луч перестанет падать на зеркала.

▶ОтветСкрыть
Ответ

12 отражений.

зад 5 Грузы и блоки

Механика › ДинамикаДинамика блоков и нитейНити и блокисложность 6/10черновая разметка

Изображенная на рисунке система состоит из грузов массами \(m\) и \(M\), двух неподвижных и одного подвижного блока. Не лежащие на блоках участки нитей вертикальны. Определите ускорения грузов, считая, что груз массой \(M\) при движении сохраняет горизонтальное положение, нити невесомы и нерастяжимы, блоки легкие, трения нет.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Из нерастяжимости нитей найдите связь перемещений грузов, затем запишите второй закон Ньютона для каждого груза, учитывая, что у лёгкого блока сила натяжения с двух сторон одинакова.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Проекции ускорений грузов массами \(M\) и \(m\) на ось, направленную вниз: \(a_M = \dfrac{(M - 3m)g}{M + 9m}\) и \(a_m = -3a_M = -\dfrac{3(M - 3m)g}{M + 9m}\).

зад 6 Неваляшка

Механика › СтатикаУстойчивость равновесияРавновесие тел, моменты силсложность 6/10черновая разметка

Детская игрушка «неваляшка» состоит из двух пластмассовых шаров радиусами \(r_1 = 9\) см и \(r_2 = 6\) см (см. рисунок), полых внутри. Игрушка стоит на горизонтальном столе. В нижней точке нижнего шара закреплён маленький груз массой \(M = 250\) г. «Неваляшка» обладает следующим свойством: если её положить набок, так, чтобы оба шара касались стола, и отпустить, то она «встанет» и вновь примет вертикальное положение. При каких массах \(m_1\) и \(m_2\) нижнего и верхнего шаров соответственно игрушка обладает этим свойством? Считать, что центры масс шаров совпадают с их геометрическими центрами.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Положение равновесия устойчиво, если в наклонённой игрушке момент силы тяжести груза относительно точки касания стола больше момента силы тяжести верхнего шара.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Масса \(m_1\) может быть любой, а \(m_2 < \dfrac{M r_1}{r_1 + r_2} = 150\) г.

зад 7 Медный комок в воде

Термодинамика и молекулярная физика › ТеплообменКоличество теплоты, уравнение теплового балансаИспарение и кипениесложность 5/10черновая разметка

Вася нашел старую медную проволоку с сильно попорченной изоляцией. Намереваясь сдать в пункт приема цветных металлов медь, он скомкал проволоку и бросил комок в костер. После такой обработки полностью избавленная от изоляции медь массой 2 кг имела температуру 600 °С. Вася зацепил проволоку железным крючком и, не торопясь, опустил горячий комок проволоки в открытое ведро с 5 литрами воды при начальной температуре 20 °С. Когда перестало раздаваться шипение, Вася круговыми движениями комка проволоки перемешал воду в ведре. Какой стала температура воды в ведре после того, как медь остыла? Удельная теплоемкость меди равна примерно 380 Дж/(кг\(\cdot\)°C), удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг\(\cdot\)°C), удельная теплота испарения воды 2,3 МДж/кг.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Шипение означает, что часть воды у комка нагрелась до кипения и испарилась. Составьте два уравнения теплового баланса: пока шипит, и после выравнивания температур.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Температура воды в ведре стала равной примерно 23 °С.

зад 8 Проволочная пирамида

Электрические цепи › Постоянный токВычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочкиСимметриясложность 6/10черновая разметка

Из проволоки сделали правильную треугольную пирамиду, все ребра которой имеют одинаковую длину и сопротивление \(R\). К серединам двух противоположных взаимно перпендикулярных ребер подсоединили выводы \(A\) и \(B\) омметра "— прибора для измерения сопротивлений. Что покажет омметр?

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Используйте симметрию: найдите точки пирамиды с равными потенциалами и перерисуйте схему через последовательные и параллельные соединения.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(3R/4\).

Источник: Московская олимпиада школьников по физике, 2011/12, заключительный этап, 9 класс — условия (1) · условия (2) · решения (1) · решения (2). Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.