Олимпиады · Санкт-Петербургская

Санкт-Петербургская, 2020/21, отборочный этап, 7 класс

5 задач

зад 1 Варенье из ягод

Механика › Величины и простые явления (7–8 класс)Масса и плотностьСкорость заполнения, потоки, «пробки»сложность 2/10

Девочка Маша готовила компот из ягод в банке объёмом \(1\) л. Чтобы полностью заполнить банку, она взяла \(200\) г ягод и \(700\) г воды. Теперь Маша хочет приготовить варенье. Для этого ей нужно заполнить такую же банку протёртыми ягодами целиком. Какая масса ягод ей для этого потребуется?

Считайте, что плотность протёртых и непротёртых ягод одинакова.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Объём ягод найдите по объёму банки и объёму воды, плотность воды возьмите равной \(1\) г/см\(^3\). Затем найдите плотность ягод и массу протёртых ягод в банке.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(670\) г.

▶РешениеСкрыть
Решение

Плотность воды равна \(1\) г/см\(^3\), поэтому вода занимает \(700\) мл. Тогда \(200\) г ягод занимают оставшиеся \[V_{\text{ягод}} = V_{\text{банки}} - V_{\text{воды}} = 1000~\text{мл} - 700~\text{мл} = 300~\text{мл},\] и их плотность равна \[\rho_{\text{ягод}} = \frac{m_{\text{ягод}}}{V_{\text{ягод}}} = 0{,}67~\text{г/см}^3.\] Плотность протёртых ягод имеет такое же значение по условию. Поэтому масса протёртых ягод в банке равна \[m = \rho_{\text{ягод}} \cdot V_{\text{банки}} = 0{,}67~\text{г/см}^3 \cdot 1~\text{л} = 670~\text{г}.\]

зад 2 Пончики

Общефизические методы › Методы решенияОценки, размерность и подобиеСимметриясложность 4/10

Завод производит пончики одинакового размера трёх видов: с повидлом, с глазурью и без всего. Стоимость ингредиентов для производства каждого из них составляет \(25\) р, \(27\) р и \(20\) р соответственно. Завод хочет производить пончики вдвое большего размера одновременно с повидлом и глазурью. Найдите стоимость ингредиентов для пончика такого вида.

Рисунок

Повидло всегда занимает определённую часть объёма, а глазурь наносится на поверхность слоем фиксированной толщины.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Как меняются объём и площадь поверхности фигуры при увеличении всех её линейных размеров вдвое? Отдельно учтите стоимость повидла и теста, которые зависят от объёма, и стоимость глазури, которая зависит от площади поверхности.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(228\) р.

▶РешениеСкрыть
Решение

Для фигур одинаковой формы площадь поверхности пропорциональна квадрату линейного размера, а объём — кубу. Поэтому при увеличении размера пончика вдвое объёмы повидла и теста увеличатся в \(2^3 = 8\) раз, а количество глазури увеличится пропорционально площади, то есть в \(2^2 = 4\) раза.

Так как количество повидла и количество теста увеличиваются в одинаковое число раз, стоимость большого пончика с повидлом, но без глазури равна \[25~\text{р} \cdot 8 = 200~\text{р}.\] Стоимость глазури на пончике обычного размера равна \(27~\text{р} - 20~\text{р} = 7~\text{р}\). Для большого пончика на глазурь потребуется \[7~\text{р} \cdot 4 = 28~\text{р}.\] Тогда общая стоимость большого пончика равна \(200~\text{р} + 28~\text{р} = 228~\text{р}\).

зад 3 Омоложение парка

Общефизические методы › Методы решенияСреднее значение функцииОценки, размерность и подобиесложность 3/10

В парке культуры имени Абеля растёт \(200\) деревьев. Каждый год парк «омолаживают», сажая одно новое маленькое дерево высотой \(1\) м и выпиливая одно самое высокое. При этом оказывается, что каждый год средняя высота деревьев в парке сразу после «омолаживания» равняется одному и тому же значению. Найдите высоту выпиливаемого дерева, если известно, что каждое дерево за год вырастает на \(10\) см.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Средняя высота одинакова каждый год, значит, одинакова и сумма высот всех деревьев сразу после «омолаживания». Как за год меняется эта сумма?

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(21\) м.

▶РешениеСкрыть
Решение

Среднее значение высоты деревьев равно сумме всех высот, делённой на количество деревьев. Количество деревьев не меняется, а средняя высота каждый год одинакова, поэтому сумма высот всех деревьев сразу после «омолаживания» \(S_{\text{после}}\) одинакова каждый год.

Прямо перед очередным «омолаживанием» сумма всех высот равна \[S_{\text{до}} = S_{\text{после}} + 200 \cdot 10~\text{см}.\] Пусть высота самого высокого дерева в момент выпиливания равна \(H\). При выпиливании сумма высот уменьшается на \(H\), а при высадке нового дерева увеличивается на \(1\) м. За весь год сумма высот не должна измениться, поэтому \[S_{\text{после}} + 200 \cdot 10~\text{см} + 1~\text{м} - H = S_{\text{после}},\] откуда \(H = 20~\text{м} + 1~\text{м} = 21~\text{м}\).

зад 4 Колонна людей

Механика › КинематикаОтносительность движения, сложение скоростейРавномерное движение, средняя скоростьсложность 5/10

Колонна людей движется равномерно со скоростью \(1\) м/с так, что «социальная» дистанция \(1{,}5\) м между людьми соблюдена. Один человек, задумавшись, начинает идти со скоростью \(1{,}1\) м/с, пока не приблизится к впереди идущему на \(0{,}25\) м. Заметив оплошность, он замедляется до \(0{,}9\) м/с и идёт так, пока позади идущий не окажется на расстоянии \(0{,}25\) м. Тогда он снова разгоняется до \(1{,}1\) м/с и цикл повторяется вновь. Какой путь пройдёт этот человек за \(3\) мин движения в таком режиме?

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Перейдите в систему отсчёта одного из людей колонны, которые движутся с постоянной скоростью. Как в ней будет двигаться рассматриваемый человек?

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(179{,}5\) м.

▶РешениеСкрыть
Решение

В системе отсчёта одного из людей колонны сама колонна покоится, а рассматриваемый человек движется с постоянной по величине скоростью \(v = 0{,}1\) м/с либо вперёд, либо назад. Он ходит между двумя ближайшими покоящимися людьми, расстояние между которыми равно \(3\) м. Так как он разворачивается на расстоянии \(0{,}25\) м от каждого из них, он ходит по отрезку длиной \(2{,}5\) м. От разворота до разворота он проходит его за \(25\) с, а от начала движения до первого разворота — за \(12{,}5\) с.

За \(180\) с человек успеет пройти расстояние до первого разворота за \(12{,}5\) с, затем \(6\) полных отрезков от разворота до разворота и ещё \(180~\text{с} - 25~\text{с} \cdot 6 - 12{,}5~\text{с} = 17{,}5\) с в направлении от впереди идущего к позади идущему. За это время он пройдёт \(1{,}75\) м и окажется на расстоянии \(0{,}5\) м позади своего изначального положения на отрезке.

Отсюда в исходной системе отсчёта человек прошёл путь \[S = 1~\text{м/с} \cdot 180~\text{с} - 0{,}5~\text{м} = 179{,}5~\text{м}.\]

зад 5 Бегун Вася

Механика › КинематикаГрафики движения, путь как площадьНеравномерное движение, скорость как производнаяГрафические методысложность 4/10

Бегун Вася записывал свою тренировку с помощью прибора, показывающего, сколько минут нужно потратить на преодоление одного километра при текущей скорости. На графике представлена зависимость показаний этого прибора от времени. Найдите, какое максимальное расстояние удалось преодолеть Васе на промежутке времени продолжительностью в одну минуту.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Перестройте график в зависимость скорости от времени. Затем сравните пути за одну минуту: удобно построить график пути и сдвинуть его на одну минуту.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(275\) м.

▶РешениеСкрыть
Решение

Для решения график времени на километр перестраивается в график скорости: на каждом участке скорость равна \(1000\) м, делённым на показание прибора в минутах. Получаются значения скорости (в м/мин) на семи участках: \(133\), \(100\), \(667\), \(200\), \(400\), \(267\), \(100\).

По этим скоростям строится график пути \(x(t)\). Сдвинув его на одну минуту, получаем вспомогательную линию: вертикальное расстояние между исходным графиком и сдвинутым в любой момент равно расстоянию, пройденному за предшествующую минуту. Максимум этого расстояния равен \(\ell_{\max} = 275\) м.

Источник: Санкт-Петербургская олимпиада школьников по физике, 2020/21, отборочный этап, 7 класс — условия · решения. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.