Вояджер-2
1/10Космический аппарат «Вояджер-2», запущенный в 1977 году и летящий за пределы Солнечной системы, в настоящее время находится на расстоянии около ста астрономических единиц от Земли. Определите, сколько часов потребуется для получения аппаратом светового сигнала с Земли, когда он будет находиться от нее на расстоянии 108 астрономических единиц. Скорость распространения светового сигнала принять равной 300000 км/с. Астрономическую единицу принять примерно равной 150 миллионам километров.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПереведите расстояние в километры и разделите на скорость сигнала; результат в секундах переведите в часы.
Гарпун в воде
1/10Гарпун в первую секунду прошел 300 м. Из-за сопротивления воды он проходит в каждую последующую секунду на 50 м меньше, чем в предыдущую. Какова его средняя скорость за первые 3 секунды? Ответ дайте в м/с.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите пути за вторую и третью секунды, сложите и разделите на время.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(250\text{ м/с}\)
Рейсы лифта
1/10Лифт поднимается на 50 метров со скоростью 2,0 м/сек и спускается со скоростью 2,5 м/сек. Сколько рейсов за час сделает лифт, если время, которое тратится на погрузку–разгрузку лифта, равно 0,5 минуты?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите время подъёма, спуска и погрузок за один цикл «вверх-вниз», затем число циклов в часе.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ48
Гоночный автомобиль
1/10Гоночный автомобиль ехал 1 минуту с постоянной скоростью и 2 минуты — со вдвое большей скоростью. При этом за 3 минуты он проехал 9 км. С какой скоростью сначала ехал автомобиль? Ответ выразите в км/ч и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбозначьте первую скорость за \(v\) и сложите пути на двух участках; переведите минуты в часы.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(108\)
Швейная машинка
1/10Швейная машинка делает 500 стежков в минуту. За какое время можно подшить штору длиной 2 метра, если длина одного стежка 2 мм ? Ответ дайте в минутах.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСколько стежков нужно сделать, чтобы покрыть всю длину шторы?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(2\)
Шайба и масляный участок
1/10Хоккеист Вася находится на длинной ледяной дорожке. Он сообщает шайбе стартовую скорость \(u\). Некоторое время шайба движется с этой скоростью. На дорожке имеется участок длиной 2 м, покрытый слоем масла, после прохождения которого шайба уменьшает свою скорость. Вася установил, что скорость шайбы всегда уменьшается на 1 м/с.
Вопрос A (3 балла). Шайбу запустили со скоростью 10 м/с. Какую скорость она будет иметь после прохождения двух покрытых слоем масла участков длиной 2 м? Ответ представьте в м/с и округлите до целых.
Вопрос B (3 балла). Шайбу запустили со скоростью 9 м/с. Какую скорость она будет иметь после прохождения покрытого слоем масла участка длиной 6 м? Ответ представьте в м/с и округлите до целых.
Вопрос C (4 балла). С какой минимальной скоростью надо запустить шайбу, чтобы она могла преодолеть покрытый слоем масла участок длиной 10 м? Ответ представьте в м/с и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПотеря скорости происходит на каждом масляном участке длиной 2 м одна и та же. Сколько таких участков помещается в длинном участке?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветA) 8 м/с; B) 6 м/с; C) 5 м/с.
Лыжницы в погоне
1/10Школьницы Алиса и Василиса участвуют в лыжных гонках. Сразу после старта лыжницам пришлось подниматься в горку. Алиса, скорость которой на подъеме составляла 8 км/ч, отстала от Василисы, поднимавшейся со скоростью 12 км/ч. Спустя километр подъем закончился, и Алиса со скоростью 20 км/ч устремилась в погоню за Василисой, двигавшейся со скоростью 15 км/ч. Какое расстояние надо будет пройти Алисе по горизонтальной лыжной трассе, чтобы догнать Василису?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите, на сколько Василиса опередила Алису к концу подъёма, и с какой скоростью Алиса сокращает отставание на ровном участке.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветЧтобы догнать Василису, Алисе надо будет пройти по горизонтальной лыжной трассе расстояние \(2{,}5\text{ км}\).
Три гоночных автомобиля
1/10Три гоночных автомобиля участвуют в заезде по замкнутой гоночной трассе длинной 1 км. Красный автомобиль 10 минут двигался со скоростью 144 км/ч, а оставшееся время – со скоростью 180 км/ч. Зелёный автомобиль проехал 25 км со скоростью 144 км/ч, а оставшееся расстояние двигался со скоростью 180 км/ч. Синий автомобиль проезжает нечётные круги со скоростью 144 км/ч, а чётные – со скоростью 180 км/ч. Автомобили стартуют с одного места. Заезд длится 20 минут, автомобиль, проехавший наибольшее расстояние, объявляется первым, следующий за ним – вторым, и так далее. Автомобили движутся в одном направлении. Какое расстояние прошел каждый из автомобилей? Какой автомобиль прошел наименьшее расстояние?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайди для каждого автомобиля, сколько времени он ехал с каждой из двух скоростей. Для синего автомобиля сравни время прохождения нечётного и чётного кругов.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветКрасный автомобиль прошёл 54 км, зелёный — 53,75 км, синий — 53,25 км (наименьшее расстояние).
Три гоночных автомобиля
1/10Три гоночных автомобиля участвуют в заезде по замкнутой гоночной трассе длинной 1 км. Красный автомобиль 10 минут двигался со скоростью 144 км/ч, а оставшееся время — со скоростью 180 км/ч. Зелёный автомобиль проехал 25 км со скоростью 144 км/ч, а оставшееся расстояние двигался со скоростью 180 км/ч. Синий автомобиль проезжает нечётные круги со скоростью 144 км/ч, а чётные — со скоростью 180 км/ч. Автомобили стартуют с одного места. Заезд длится 20 минут, автомобиль, проехавший наибольшее расстояние, объявляется первым, следующий за ним — вторым, и так далее. Автомобили движутся в одном направлении. Какое расстояние прошел каждый из автомобилей? Какой автомобиль прошел наименьшее расстояние?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДля красного автомобиля известны времена на каждой скорости, для зелёного — пути. Для синего сравните время прохождения нечётного и чётного кругов и найдите, сколько кругов он успеет проехать за 20 минут.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветКрасный автомобиль прошел 54 км, зелёный 53,75 км, синий 53,25 км (наименьшее расстояние).
Круиз и время в долях суток
1/10Во многих случаях в науке, в особенности, в астрономии время указывается в долях суток. Например, 15 ч 36 мин 1 января 2000 года может быть обозначено как: 1,65 января 2000. Круизный лайнер, отправившийся из Кейптауна 23,400 февраля 2017 года (по местному времени), шел до Нью-Йорка 255 часов и 15 мин. Определите, какого числа и в какое время (по общепринятому Нью-Йоркскому времени) завершился круиз, если из-за смены часовых поясов время в Нью-Йорке на 6 часов меньше, чем в Кейптауне.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПереведите время в пути в сутки и прибавьте к дате отправления. Не забудьте, сколько дней в феврале 2017 года.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ5 марта в 18 ч 51 мин по нью-йоркскому времени.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеВремя движения лайнера в сутках \(255{,}25/24 = 10{,}635\). С учётом времени отправления, прибытие \(34{,}035\) февраля, но в феврале 28 дней, следовательно, прибытие \(6{,}035\) марта или 6 марта в 0 часов 51 минуту, но с учётом часовых поясов, в это время в Нью-Йорке 5 марта 18 ч 51 мин.
Фиксик на мини-велосипеде
1/10С помощью рисунка определите, за какое время Фиксик на мини-велосипеде проедет мимо лежащего на столе самореза, если \(1\) дюйм \(= 2{,}54\) см. Фиксик движется с постоянной скоростью \(1\) км/ч. Ответ получите в секундах и округлите до сотых. Можно ли считать Фиксика на велосипеде материальной точкой?

Материальная точка – тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПока велосипед не проедет мимо всего самореза, время идёт: какой путь должен пройти велосипед? Сначала найдите цену деления линейки.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(t \approx 0{,}25\) с; Фиксика на велосипеде материальной точкой считать нельзя.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИз рисунка следует, что цена деления линейки \(\dfrac{25-22}{4\cdot 4} = \dfrac{3}{16}\) дюйма \(\approx 0{,}48\) см. Длина самореза \(12\cdot\dfrac{3}{16}\cdot 2{,}54 = 5{,}715\) см. Фиксика на велосипеде считать материальной точкой нельзя, поэтому учтём их размер. Длина велосипеда \(2{,}5\cdot\dfrac{3}{16}\cdot 2{,}54 \approx 1{,}191\) см. Скорость Фиксика \(1\text{ км/ч} = 27{,}8\) см/с. Отсюда получаем время: \[t = \frac{6{,}906}{27{,}8} = 0{,}25\text{ с}.\]
Две гоночные машины
1/10По трассе едут две гоночные машины, первая со скоростью 250 км/ч, вторая со скоростью 300 км/ч. В некоторый момент времени вторая машина отставала от первой на 5 км.
Через сколько времени вторая машина опередит первую машину на 5 км? Ответ укажите в мин и округлите до целого.
Какой путь пройдёт за это время первая машина? Ответ укажите в км и округлите до целого.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПерейдите в систему отсчёта первой машины: с какой скоростью и на какое расстояние должна сместиться вторая?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 12 мин; 2) 50 км.
Грузовик, легковой и мотоциклист
1/10В 12:00 из города A в город B выехал грузовой автомобиль, двигаясь со средней скоростью 75 км/ч. Легковой автомобиль, стартовав в 12:10 в городе B, отправился в город А со средней скоростью 80 км/ч. Машины встретились в 13:16.
Найдите расстояние между городами А и В, если их соединяет прямая дорога. Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
В 12:20 из города А в город В выехал мотоциклист. Средняя скорость его движения 90 км/ч. На каком расстоянии от города B встретились мотоциклист и грузовой автомобиль? Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
В какой момент времени встретились мотоциклист и легковой автомобиль? В качестве ответа запишите отдельно два числа — число часов (от 0 до 23) и целое число минут (от 0 до 59).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДо встречи каждая машина была в пути известное время с известной скоростью; расстояние между городами — сумма их путей.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 183 км; 2) 33 км; 3) 13:20.
Автомобиль в пробке
2/10Автомобиль в пробке, как правило, стоит 4 мин, а едет 1 мин. С какой минимальной скоростью он должен ехать, чтобы все-таки двигаться быстрее спешащего пешехода? Скорость пешехода 7,2 км/ч. Ответ дайте в м/с и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость автомобиля за весь цикл (стоянка плюс движение) должна превышать скорость пешехода.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(10\text{ м/с}\)
Человек ходит по комнате
2/10Человек в ожидании звонка ходит из угла в угол. Его скорость 3 км/ч. Сколько раз он пересечет комнату, если размеры комнаты \(3\text{ м}\times 4\text{ м}\), а позвонили ему через 3 мин после того, как он начал ходить?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПерейдите к м/с, найдите пройденный путь и учтите, что «из угла в угол» — это диагональ комнаты.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ30
Кошка и мышь
2/10По двору бежит мышь. Кошка кинулась навстречу мыши. Кошке нужно пробежать до того места, куда, по ее предположению, прибежит мышь, 9 метров. Однако через 1 секунду мышь юркнула в норку в земле. На каком расстоянии от кошки мышь исчезла из ее поля зрения? Скорость мыши 1 м/с, скорость кошки 3 м/с. Ответ выразите в метрах и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите, сколько метров пробежала кошка за 1 секунду, и сколько мышь; расстояние до встречи уменьшается.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(8\)
Скорость электрона и свет
2/10Электромагнитная волна зелёного цвета за время периода колебаний проходит расстояние \(500\) нанометров. Представим, что электрон за это же время проходит путь в \(0{,}3\) нанометра. С какой скоростью движется электрон? Ответ представьте в километрах в секунду и округлите до целых. Скорость света составляет \(300\) тысяч километров в секунду.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВремя одно и то же, значит, скорости относятся как пройденные пути.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(180\) км/с
Стробоскоп и шарики на ленте
2/10Стробоскоп представляет собой диск с небольшим отверстием в центре и механизмом подсветки. В момент, когда подсветка включается на короткий промежуток времени, можно увидеть предмет, находящийся позади отверстия. За стробоскопом на движущейся ленте установлены шарики, расположенные на одинаковом расстоянии 10 см друг от друга. Найдите все возможные скорости ленты, при которых каждый шарик можно наблюдать в отверстие. Частота мигания подсветки — 1 раз за 0,5 с.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЗа время между вспышками лента должна сместиться так, чтобы у отверстия оказался какой-то шарик. На какие расстояния это возможно?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветКаждый шарик можно наблюдать в отверстие при скоростях ленты \(V = 20/n\text{ см/с}\), где \(n \geq 1\) — целое число.
Велосипедист Вова
2/10Школьник Вова в 10 ч. 46 мин. выехал из дома покататься на велосипеде. В 11 ч. 30 мин. из сообщения, полученного на мобильный телефон, он узнал, что пора возвращаться обратно. Проехав вперед еще 900 м, Вова развернулся и приехал домой в 12 ч. 20 мин. Найдите скорость движения Вовы на велосипеде, считая ее постоянной.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость постоянна, поэтому путь туда и обратно пропорционален времени. Сколько всего времени Вова ехал и какой путь это составило, если лишние 900 м он проехал дважды?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(18\text{ км/ч}\).
Улитка ползёт на Фудзи
2/10Ползи, улитка,
по склону Фудзи
вверх, до самых высот.Так звучит в русском переводе одно из известных произведений (хайку) японского поэта Кобаяси Исса (1763–1828). Несмотря на свою немногословность, стихи хайку оставили заметный след в мировой культуре. Высота горы (вулкана) Фудзи составляет 3776 м. Но путь улитки, конечно же, не вертикальный и даже не прямой. Предположим, что её путь в 3,5 раза больше высоты горы. Ползёт улитка по 9 часов каждые сутки с постоянной скоростью 1,6 мм/с, а остальное время отдыхает. Вычислите, сколько суток потребуется улитке, чтобы достичь своей цели. Ответ округлите до целых суток.
Дополнительные задания с кратким ответом (заочный тур, по условию этой задачи). Найдите среднюю скорость улитки за сутки; ответ выразите в мм/с, округлите до первого знака после запятой. Чему равен путь, который улитка проходит за сутки? Ответ выразите в метрах, округлите до первого знака после запятой.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите путь, который улитка проходит за одни сутки, и поделите на него весь путь.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(255\) суток. Средняя скорость за сутки \(0{,}6\) мм/с; путь за сутки \(51{,}8\) м.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеВесь путь улитки равен: \(3776 \cdot 3{,}5 = 13216\) м.
Чтобы найти среднюю скорость улитки за сутки, нужно путь, пройденный за сутки, разделить на время (24 часа). Число секунд в сутках равно \(24 \cdot 3600 = 86400\), а число секунд в 9 часах равно \(9 \cdot 3600 = 32400\).
Путь, пройденный за сутки, равен \(1{,}6 \cdot 32400 = 51840\) мм \(\approx 51{,}8\) м.
Средняя скорость улитки равна \(51{,}84/86400 = 0{,}0006\) м/с \(= 0{,}6\) мм/с.
Чтобы найти число суток, необходимое улитке для достижения своей цели, нужно весь путь разделить на путь, проходимый за одни сутки. Получим: \(13216/51{,}84 \approx 255\) суток.
Карлсон летит к Малышу
2/10Карлсон прилетел к Малышу за 10 минут, передвигаясь со средней скоростью 8 м/с. Под конец пути запас сладкого у Карлсона закончился, поэтому оказалось, что последние 2 минуты его средняя скорость составила 3 м/с. Определите среднюю скорость Карлсона за первые 8 минут движения.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость на всём пути — это весь путь, делённый на всё время. Путь складывается из путей на двух участках.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(v_1 = 9{,}25\) м/с.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеСредняя скорость Карлсона на всем участке пути равна \[v_{ср} = \frac{v_1 t_1 + v_2 t_2}{t},\] где \(v_1\), \(v_2\) — средние скорости на первом и втором участке пути соответственно. Выразим искомую величину: \[v_1 = \frac{v_{ср} t - v_2 t_2}{t_1}\] и подставим численные значения. Окончательно получаем \(v_1 = 9{,}25\) м/с.
Подарки детям
2/10Дедушка Мороз преодолел первую половину пути на санях со скоростью 20 км/ч. Затем сани увязли в глубоком снегу, и ему пришлось продолжить путь пешком. Половину всего времени движения он шёл со скоростью 6 км/ч. В довершение всех бед у него порвался мешок с подарками, и оставшуюся часть времени он тащил его волоком со скоростью 4 км/ч. Найдите среднюю скорость Дедушки Мороза. Ответ выразите в км/ч, округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВторая половина пути пройдена за время, поровну разделённое между двумя скоростями. Чему равна средняя скорость на этой половине пути?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(8{,}3\) км/ч.
Почтальон Печкин и посылка
3/10Почтальон Печкин выехал из райцентра Сметанино в деревню Простоквашино с посылкой для кота Матроскина. Он ехал со скоростью 15 км в час, а расстояние, которое ему надо было проехать, составляет 15 км. Приехав в Простоквашино, он обнаружил, что по дороге потерял посылку, и сразу же поехал за ней обратно. Когда он нашел посылку, то подобрал ее и снова поехал к коту. Тем временем кот Матроскин, который хотел как можно быстрее получить посылку, сразу после выезда Печкина из Простоквашино побежал за почтальоном со скоростью 5 км в час, и получил посылку через полчаса из рук Печкина, который уже снова ехал в Простоквашино. На каком расстоянии от Сметанино Печкин потерял посылку?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПечкин и Матроскин за полчаса вместе проехали и пробежали одно и то же расстояние между встречей и деревней, но в разные стороны. Где в этот момент находится Печкин и сколько времени он ехал до встречи?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветПечкин потерял посылку на расстоянии \(x = L - t\cdot\dfrac{v+V}{2} = 10\) км от Сметанино.
Две части пути автобуса
3/10Братья Коля и Саша ехали на автобусе из пункта \(A\) в пункт \(B\). Дорога состояла из двух частей, на каждой из которых автобус ехал с постоянной скоростью. На первой части скорость автобуса была равна \(V_1\), а на второй части скорость была равна \(V_2\). Средняя скорость автобуса на всём пути оказалась равной \(V = \dfrac{V_1 + V_2}{2}\). Коля и Саша поспорили о том, как соотносятся длины этих частей пути и времена их прохождения. Коля считает, что автобус половину пути ехал со скоростью \(V_1\), а другую половину пути "— со скоростью \(V_2\). Саша считает, что автобус половину времени ехал со скоростью \(V_1\), а другую половину времени "— со скоростью \(V_2\). Можно ли из условия задачи определить, прав ли кто-нибудь из братьев, и если да, то кто из них?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПроверьте каждое предположение отдельно: найдите среднюю скорость как весь путь, делённый на всё время, и сравните с \((V_1+V_2)/2\).
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСаша прав при любых значениях \(V_1\) и \(V_2\).
Кот Матроскин ищет клад
3/10Кот Матроскин и пес Шарик решили отправиться на поиски клада. Темной ночью от своего дома они шли, запутывая следы и не меняя скорости: 20 минут на север; затем полчаса на восток; потом 10 минут опять на север; затем час на запад; потом 30 минут на юг; затем 600 секунд на восток; потом опять полчаса на юг и, повернув на восток, через 20 минут оказались у таблички с надписью «КЛАД». Сколько минут потребуется друзьям, чтобы, двигаясь с кладом со скоростью в 2 раза меньшей, чем их скорость на пути к месту клада, пройти к своему дому напрямик "— по кратчайшему пути?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаИзмеряйте перемещения в «минутах пути» и сложите отдельно смещения к северу и к востоку; по теореме Пифагора найдите расстояние до дома.
Алиса и Василиса
3/10Алиса и Василиса вместе в 12.00 вышли из города на дорогу. Сев на велосипед, Алиса в 13.00 доехала до деревни и сразу повернула обратно. Василиса, шедшая по этой же дороге пешком со скоростью 6 км/ч, встретила возвращающуюся Алису в 13.36. Найдите скорость Алисы при перемещении на велосипеде, считая эту скорость постоянной. Ответ выразите в км/ч.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаК моменту встречи Алиса проехала до деревни и обратно до места встречи. Сравните её путь с удвоенным расстоянием до деревни и путём Василисы.
Средняя скорость автомобиля
3/10Найдите среднюю скорость автомобиля, если известно, что первую треть пути он ехал со скоростью 70 км/ч, вторую треть пути — со скоростью 50 км/ч, а оставшуюся часть пути — со скоростью, в полтора раза большей средней скорости на первых двух третях дороги. Ответ выразите в км/ч и округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость на участке — весь путь, делённый на всё время; считайте время на каждой трети пути отдельно.
Велогонка
3/10Владислав и Станислав участвовали в велогонках. На старте Владислав, двигаясь вдвое быстрее Станислава, ушел в отрыв. Через 10 минут после старта велосипед Владислава сломался, и оставшуюся часть дистанции велогонщик шел пешком со скоростью 6 км/ч. Участники гонки достигли финиша одновременно через 30 минут после старта. Считая скорость Станислава постоянной, найдите длину дистанции от старта до финиша.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбе дистанции равны: запишите путь Станислава за 30 минут и путь Владислава на велосипеде и пешком, не забыв перевести 6 км/ч в км/мин.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ6 км.
Два путешественника
3/10Первый путешественник прошел половину пути со скоростью 5 км/ч, а вторую половину пути проехал на автомобиле со скоростью 45 км/ч. Второй путешественник половину времени прошел пешком с той же скоростью, что и первый, а вторую половину времени ехал на велосипеде. С какой скоростью он должен был ехать, чтобы тот же путь 90 км преодолеть за то же время, что и первый? Ответ дайте в км/ч и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите время первого путешественника; у второго средняя скорость при равных временах равна полусумме скоростей.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(13\text{ км/ч}\)
Теннисный мяч
3/10Теннисный мяч летит со скоростью 180 км/ч, отражается от стенки и прилетает к теннисисту, который побежал за ним сразу после удара. Каково было начальное расстояние между теннисистом и стенкой, если второй раз теннисист ударил по мячу через 0,4 с, пробежав 2 метра? Ответ дайте в метрах.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаМяч и теннисист движутся навстречу; найдите, какое расстояние мяч пролетел к месту встречи за 0,4 с.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(11\)
Липучка на стене
3/10Мальчик кидает липучую игрушку на стену. Она прилипает у самого верха стены, и мальчик забирает ее, когда она сползает до роста мальчика. С какой скоростью ползет липучка по стене, если высота стены 3,5 м, рост мальчика 1,5 м, летела липучка 0,1 с, а снова у мальчика игрушка оказалась через 20,1 с после броска? Ответ дайте в дм/с.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВычтите время полёта из полного времени, получите время сползания, а путь вниз — разность высоты стены и роста мальчика.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(1\)
Средняя скорость автомобиля
3/10Автомобиль начинает двигаться из состояния покоя. Первую половину пути он проезжает с постоянным ускорением, приобретя в конце этого участка скорость 21 м/с. С этой скоростью он проезжает вторую половину пути, двигаясь равномерно. Определите среднюю скорость автомобиля на всём пути. Ответ выразите в м/с и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость равна всему пути, делённому на всё время. Средняя скорость при равноускоренном разгоне с нуля равна половине конечной.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ14
Бег по прямоугольнику и часы
3/10Беговая дорожка на стадионе представляет собой прямоугольник со сторонами \(100\text{ м}\) и \(50\text{ м}\). Внутри прямоугольника на земле лежат часы. Школьницы Алиса и Василиса бегают по дорожке. Алиса движется так, что секундная стрелка часов всё время указывает на Алису. Василиса бежит с постоянной по величине скоростью. Дистанцию в один круг девочки проходят за одно и то же время. С какой скоростью бежит Василиса? Ответ выразите в м/с и округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаКуда должна указывать секундная стрелка за один оборот? Сколько времени занимает круг у Алисы?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(5{,}0\) м/с
Три круга Алисы
3/10Школьницы Алиса и Василиса участвуют в забеге. Первый круг дистанции из трёх кругов Алиса пробежала со скоростью \(12\text{ км/ч}\), второй круг со скоростью \(10\text{ км/ч}\). Устав после второго круга, Алиса прошла третий круг пешком со скоростью \(6\text{ км/ч}\). Василиса всю дистанцию двигалась с постоянной скоростью и пришла к финишу вместе с Алисой. Найдите скорость Василисы. Ответ выразите в километрах в час и округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость Василисы равна средней скорости Алисы: весь путь делить на всё время.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(8{,}6\) км/ч
Средняя скорость туриста
3/10Турист вышел из лагеря и первые \(5\text{ км}\) прошёл со скоростью \(8\text{ км/ч}\). Следующие \(15\text{ км}\) — со скоростью \(6\text{ км/ч}\). Потом он остановился на ночь и не двигался в течение \(10\) часов. Сверившись с картой, турист обнаружил, что прошёл половину пути до вулкана. Оставшийся путь он прошёл со скоростью \(5\text{ км/ч}\). Чему была равна его средняя скорость на пути от лагеря до вулкана? Ответ выразите в км/ч и округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость — весь путь, делённый на всё время, включая стоянку.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(2{,}3\) км/ч
Бег по дорожке 70×50 м
3/10Беговая дорожка на стадионе представляет собой прямоугольник со сторонами 70 м и 50 м. Внутри прямоугольника на земле лежат часы. Школьницы Алиса и Василиса бегают по дорожке. Алиса движется так, что секундная стрелка часов всё время указывает на Алису. Василиса бежит с постоянной по величине скоростью. Дистанцию в один круг девочки проходят за одно и то же время. С какой скоростью бежит Василиса? Ответ выразите в м/с и округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЗа какое время секундная стрелка делает полный оборот? Что это говорит о времени круга у Алисы?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ4{,}0
Дистанция в три круга
3/10Школьницы Алиса и Василиса участвуют в забеге. Первый круг дистанции из трех кругов Алиса пробежала со скоростью 15 км/ч, второй круг со скоростью 12 км/ч. Устав после второго круга, Алиса прошла третий круг пешком со скоростью 6 км/ч. Василиса всю дистанцию двигалась с постоянной скоростью и пришла к финишу вместе с Алисой. Найдите скорость Василисы. Ответ выразите в километрах в час и округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость Василисы равна средней скорости Алисы: весь путь делить на всё время. Длину круга можно взять за \(L\).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ9{,}5
Колонна автомобилей перед красным сигналом
3/10По дороге едет колонна из \(n = 10\) одинаковых автомобилей, расположенных друг за другом, со скоростью \(V = 54\) км/ч. Длина каждого автомобиля равна \(L = 4{,}5\) м, а расстояние между соседними автомобилями (дистанция) равно \(S = 25\) м. Перед красным сигналом светофора первый автомобиль плавно останавливается. Водитель второго автомобиля начинает повторять действия водителя первого спустя время \(t = 1{,}6\) с после того, как первый водитель начал торможение. Водитель каждого следующего автомобиля повторяет действие водителя предыдущего спустя такой же интервал времени. Какой станет длина \(l\) колонны, когда все автомобили остановятся?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПока второй водитель ещё не начал тормозить, он продолжает ехать с прежней скоростью. На сколько за это время сократится расстояние до первого автомобиля?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(l = 54\) м.
Нюша, Крош и Бараш
3/10Бараш пригласил в гости Нюшу. Свидание было назначено на воскресенье в полдень. Надев новое платье, Нюша в одиннадцать часов вышла из своего домика и побежала со скоростью 5 км/ч к Крошу, чтобы выяснить, насколько прекрасен ее наряд. Крош, потрясенный внешним видом Нюши, не смог ее отпустить сразу и пригласил на чай. Просидев за чаем с Крошем полчаса, Нюша вспомнила, что свидание-то у нее на самом деле с Барашем! Тогда она поспешила с той же скоростью, что и раньше, к домику Бараша. Бараш подготовился к свиданию точно к полудню. Прождав Нюшу 15 минут около окна, он начал нервно вышагивать по своей комнате от окна к часам и обратно со средней скоростью 1 м/с. Сколько раз Бараш подходил к окну до тех пор, пока не пришла Нюша?
Для справки. Домик Нюши находится между домиками Кроша и Бараша. Расстояние до домика Кроша от домика Нюши 2 км, что в 2 раза меньше, чем расстояние от домика Бараша до домика Кроша. Расстояние от часов до окна в комнате Бараша 5 м.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите расстояние от Нюши до Бараша и полное время её пути, включая чаепитие. Сравните его с полуднем, чтобы узнать, сколько времени Бараш ходил по комнате.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветБараш подходил к окну 162 раза.
Колонна автомобилей при разгоне
3/10Перед светофором остановилась колонна из \(n = 10\) одинаковых автомобилей, расположенных друг за другом. Длина каждого автомобиля равна \(L = 4{,}5\) м, а расстояние между соседними автомобилями равно \(S = 1\) м. После включения зелёного сигнала светофора первый автомобиль плавно разгоняется до скорости \(V = 54\) км/ч и продолжает ехать с этой скоростью. Водитель второго автомобиля начинает повторять действия водителя первого спустя время \(t = 1{,}6\) с после того, как первый водитель тронулся с места. Водитель каждого следующего автомобиля повторяет действия водителя предыдущего спустя такой же интервал времени.
Какой станет длина \(l\) колонны, когда все автомобили будут двигаться с постоянной скоростью?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаКаждый следующий автомобиль повторяет движение предыдущего с опозданием \(t\). На сколько дальше от соседа окажется он, когда оба поедут с постоянной скоростью \(V\)?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(l = 270\) м.
Мотоциклист и автомобиль на дороге
3/10Из деревни Липовка в деревню Демушкино в 12.00 выехал мотоциклист со скоростью 60 км/ч; доехав до Демушкино, он повернул обратно. Также в 12.00 из Демушкино в Липовку выехал автомобиль со скоростью 45 км/ч; доехав до Липовки, он тоже повернул обратно. Расстояние между деревнями 35 км.
Вопрос A (2 балла). Когда автомобиль и мотоциклист встретятся в первый раз? Ответ представьте в формате часы.минуты.
Вопрос B (2 балла). На каком расстоянии от Липовки произойдет первая встреча автомобиля и мотоцикла? Ответ представьте в километрах и округлите до целых.
Вопрос C (3 балла). Когда автомобиль и мотоциклист встретятся во второй раз? Ответ представьте в формате часы.минуты.
Вопрос D (3 балла). На каком расстоянии от Липовки произойдет вторая встреча автомобиля и мотоцикла? Ответ представьте в километрах и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПервая встреча происходит при встречном движении: сумма пройденных путей равна расстоянию между деревнями. Для второй встречи удобно построить графики координат.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветA) 12.20; B) 20 км; C) 13.00; D) 10 км.
Велосипедисты и плохой участок дороги
3/10Велосипедисты Владислав, Ярослав и Станислав едут по шоссе со скоростью 20 км/ч: Владислав и Ярослав вместе, Станислав "— на расстоянии 150 м сзади. На шоссе имеется плохой участок дороги протяжённостью 10 км. На нём Ярослав и Станислав сбавляют скорость до 15 км/ч, а Владислав едет с прежней скоростью.
Вопрос A (5 баллов). Каким будет расстояние между Ярославом и Станиславом во время прохождения обоими велосипедистами плохого участка дороги? Ответ представьте в метрах и округлите до целых.
Вопрос B (5 баллов). На сколько километров Владислав окажется впереди Ярослава после прохождения плохого участка дороги всеми велосипедистами? Ответ округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПока Станислав не въехал на плохой участок, Ярослав уже замедлился. Как изменится расстояние между ними, пока Станислав едет до границы участка?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветA) 113 м; B) 3,3 км.
Эстафета двух кругов
3/10Несколько команд школьников соревновались в эстафетных гонках. Командам предстояло преодолеть дистанцию в два круга. Команда 1 состояла из Пети и Васи: Петя пробежал первый круг со скоростью 10 км/ч, Вася "— второй круг со скоростью 20 км/ч. Команда 2 состояла из Ирины и Марины: Ирина пробежала первый круг со скоростью 12 км/ч, Марина "— второй круг со скоростью 17 км/ч.
Вопрос A (2 балла). Укажите номер команды, пришедшей к финишу первой.
Вопрос B (4 балла). С какой постоянной скоростью должен пробежать всю дистанцию пёс Рекс, чтобы прийти к финишу одновременно с командой 1? Ответ представьте в км/ч и округлите до десятых.
Вопрос C (4 балла). С какой постоянной скоростью должен пробежать всю дистанцию пёс Рекс, чтобы прийти к финишу одновременно с командой 2? Ответ представьте в км/ч и округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость "— это весь путь, делённый на всё время, а не среднее арифметическое скоростей на участках.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветA) команда 2; B) 13,3 км/ч; C) 14,1 км/ч.
Автобус и средняя скорость за треть времени
3/10Первую половину пути автобус ехал со скоростью в 8 раз большей, чем вторую. Средняя скорость автобуса на всем пути оказалась равной 16 км/ч. Найдите среднюю скорость автобуса за первую треть времени движения.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСравните время движения на первой и второй половинах пути: какую долю всего времени автобус ехал быстро?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСредняя скорость автобуса за первую треть времени движения равна \(U_{\text{ср}} = \dfrac{15}{8}\,V_{\text{ср}} = 30\) км/ч.
Грузовик и легковой автомобиль
3/10Из деревни Алексеевка в село Борисово выехал грузовой автомобиль. Через полчаса вслед за ним из Алексеевки выехал легковой автомобиль, также направляющийся в село Борисово. Автомобили следовали по одному и тому же маршруту, грузовой автомобиль двигался с постоянной скоростью 60 км/ч, а легковой автомобиль с постоянной скоростью 80 км/ч. Легковой автомобиль обогнал грузовой на полпути между Алексеевкой и Борисовым. Найдите расстояние между населенными пунктами и времена движения каждого из автомобилей.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаК моменту обгона оба автомобиля проехали одинаковый путь, а грузовик ехал на полчаса дольше. Запишите путь через скорость и время для каждого.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветРасстояние между населёнными пунктами \(240\text{ км}\); время движения грузового автомобиля \(4\text{ ч}\), легкового "— \(3\text{ ч}\).
Самолёт и вертолёт встречаются
3/10На учениях самолет и вертолет одновременно вылетают с военного аэродрома в сторону одной и той же цели, расстояние до которой \(L = 120\) км и летят вдоль одной прямой. Самолет, быстро выполнив задание, возвращается по прежнему пути назад, и встречает вертолет в момент, когда тот пролетел лишь некоторую часть расстояния до цели. На каком расстоянии от аэродрома встретились самолет и вертолет, если вертолет летел в \(n = 5\) раз медленнее самолета? Временем, которое самолёт затрачивает на разворот, можно пренебречь.
Дополнительные задания с кратким ответом (заочный тур, по условию этой задачи). Чему равен суммарный путь, пройденный самолётом и вертолётом к моменту их встречи? Ответ выразите в километрах и округлите до целого. На каком расстоянии от аэродрома будет находиться вертолёт, когда самолёт вернётся на аэродром? Ответ выразите в километрах и округлите до целого.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаК моменту встречи самолёт и вертолёт вместе пролетели ровно удвоенное расстояние до цели. Выразите путь самолёта через путь вертолёта.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(40\) км от аэродрома. Суммарный путь к моменту встречи \(240\) км; когда самолёт вернётся на аэродром, вертолёт будет в \(48\) км от него.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(s\) "— расстояние от аэродрома до места встречи (путь вертолёта). Так как вертолёт летел в \(n\) раз медленнее самолёта, путь самолёта (до момента встречи) равен \(ns\). Суммарно вертолёт и самолёт совершили путь вдвое больший, чем расстояние от аэродрома до цели. Окончательно получаем: \[2L = s + ns \;\Rightarrow\; s = \frac{2L}{n+1} = 40\text{ км}.\]
Пробег и заплыв за земляникой
3/10Петя и Вася поспорили, кто быстрее преодолеет расстояние \(l = 3{,}0\) км от дома до поляны с земляникой. Первую часть пути они бежали по лесу, а вторую плыли по озеру. Петя бежал со скоростью \(v_1 = 10\) км/ч, а Вася с \(v_2 = 11\) км/ч, но плыл Петя с \(v_3 = 2{,}0\) км/ч, а Вася с \(v_4 = 1{,}0\) км/ч. Какое расстояние Петя плыл по озеру, если до поляны мальчики добрались одновременно?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбозначьте путь по озеру через \(s\) и выразите полное время каждого мальчика как сумму времён бега и плавания. Приравняйте эти времена.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(s \approx 54\text{ м}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть Петя проплыл расстояние \(s\). Тогда времена движения мальчиков равны: \[\frac{l-s}{v_1} + \frac{s}{v_3} = \frac{l-s}{v_2} + \frac{s}{v_4},\] откуда \[s = l\,\frac{\dfrac{1}{v_1} - \dfrac{1}{v_2}}{\dfrac{1}{v_1} - \dfrac{1}{v_2} - \dfrac{1}{v_3} + \dfrac{1}{v_4}} \approx 54\text{ м}.\]
Пробег и заплыв за земляникой, 8 кл.
3/10Петя и Вася поспорили, кто быстрее преодолеет расстояние \(l = 3{,}0\) км от дома до поляны с земляникой. Первую часть пути они бежали по лесу, а вторую плыли по озеру. Петя бежал со скоростью \(v_1 = 10\) км/ч, а Вася с \(v_2 = 11\) км/ч, но плыл Петя с \(v_3 = 2{,}0\) км/ч, а Вася с \(v_4 = 1{,}0\) км/ч. Какое время Петя плыл по озеру, если до поляны мальчики добрались одновременно?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбозначьте за \(s\) длину водного участка, одинаковую для обоих мальчиков, и приравняйте полные времена в пути.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(t = 1{,}6\) мин.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть Петя проплыл расстояние \(s\). Тогда времена движения мальчиков равны, и \[\frac{l-s}{v_1} + \frac{s}{v_3} = \frac{l-s}{v_2} + \frac{s}{v_4},\] откуда \[s = l\,\frac{\dfrac{1}{v_1} - \dfrac{1}{v_2}}{\dfrac{1}{v_1} - \dfrac{1}{v_2} - \dfrac{1}{v_3} + \dfrac{1}{v_4}}, \qquad t = \frac{s}{v_3} = \frac{l}{v_3}\,\frac{\dfrac{1}{v_1} - \dfrac{1}{v_2}}{\dfrac{1}{v_1} - \dfrac{1}{v_2} - \dfrac{1}{v_3} + \dfrac{1}{v_4}} = 1{,}6\text{ мин}.\]
Муравей со стоянкой
3/10Первую треть пути муравей прополз со скоростью 20 см/с, потом одну секунду простоял неподвижно, затем двигался со скоростью 30 см/с. Средняя скорость движения за все время пути оказалась равна 20 см/с. Найти время путешествия муравья.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЕсли средняя скорость за весь путь равна скорости на первой трети, какова средняя скорость на оставшихся двух третях пути (с учётом остановки)?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(T = 4{,}5\) с (длина пути \(s = 90\) см).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеЕсли средняя скорость равна скорости на первой трети пути, значит, средняя скорость на оставшихся двух третях пути также равна 20 см/с. Теперь ясно, что со скоростью 30 см/с муравей двигался 2 секунды, и ещё секунду стоял неподвижно. Время всего путешествия: \[T = t_{1/3} + t_{2/3} = \frac{t_{2/3}}{2} + t_{2/3} = 1{,}5 + 3 = 4{,}5\text{ с},\] где \(t_{1/3}\) — время, за которое муравей прополз первую треть пути, \(t_{2/3}\) — время, за которое муравей прополз оставшиеся две трети пути (с учётом остановки).
Длина пройденного пути равна \(s = v_{\text{ср}}T = 20 \cdot 4{,}5 = 90\) см.
Емеля и снегопад
3/10Чтобы попасть на место в заданное время, Емеля пошёл из деревни в город со скоростью \(v_1 = 5\) км/ч. Начался сильный снегопад, и он снизил скорость до \(v_2 = 3\) км/ч. Когда снегопад кончился, Емеля вновь пошёл со скоростью \(v_1\). В результате, в город он прибыл на 30 минут позже запланированного. Сколько времени шел снегопад?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСравните время прохождения участка снегопада со скоростью \(v_2\) и время, за которое Емеля прошёл бы его со скоростью \(v_1\): их разность известна.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(1{,}25\) ч (путь за время снегопада \(s = 3{,}75\) км).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(s\) — путь, который прошёл Емеля, двигаясь со скоростью \(v_2\). Тогда \[\frac{s}{v_2} - \frac{s}{v_1} = 30\text{ мин} = \frac12\text{ ч} \;\Rightarrow\; s = 3{,}75\text{ км}.\] Значит, снегопад шёл в течение времени \(\dfrac{s}{v_2} = 1{,}25\) ч.
Если Емеля шёл в течение \(\tau = 2\) часов, то расстояние от деревни до города \(L = s + v_1\left(\tau - \dfrac{s}{v_2}\right) = 7{,}5\) км.
Хронофотография гольфиста
3/10Хронофотография — это разновидность фотографии, позволяющая фиксировать движение какого-либо объекта при помощи фотосъёмки отдельных фаз движения. При этом кадры делаются последовательно через равные короткие интервалы времени. Перед вами хронофотография гольфиста, совершающего удар по мячу. Промежуток времени между соседними кадрами равен \(\tau = 16\) мс. Оцените начальную скорость мяча для гольфа. Мяч движется перпендикулярно направлению вашего взгляда. Высота гольфиста равна 1,8 м.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВыберите на снимке два соседних изображения мяча сразу после удара и измерьте расстояние между ними, сравнивая с ростом гольфиста, а затем разделите его на \(\tau\).
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветНачальная скорость мяча для гольфа примерно равна \(56\text{ м/с}\).
Айболит и две дороги
3/10Подвернув ногу, снежный барс вызвал доктора Айболита домой, куда вело две дороги: короткая – длиной 27 км и длинная – 52 км. Айболит поехал по короткой дороге, и навигатор рассчитал, что доктор приедет в 13.30. Однако, проехав 10 км, Айболит обнаружил, что дорогу замело снегом. Айболит сразу поехал обратно и, вернувшись, поехал по длинной дороге. К барсу он прибыл в 14.00. Найдите скорость Айболита, считая, что она была постоянной.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСколько всего километров проехал Айболит? На сколько позже запланированного он приехал?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(v = 90\text{ км/ч}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИз условия следует, что Айболит в результате проехал \(52\text{ км} + 2\times 10\text{ км} = 72\text{ км}\). При этом он опоздал на 30 мин. Составим уравнение: \[\frac{72}{v} - \frac{27}{v} = 0{,}5\text{ ч},\] где \(v\) – постоянная скорость Айболита. Решая уравнение, получаем скорость доктора \[v = \frac{72\text{ км} - 27\text{ км}}{0{,}5\text{ ч}} = 90\,\frac{\text{км}}{\text{ч}}.\]
Средняя скорость за 2/3 времени
3/10Автомобиль первую половину времени ехал со скоростью 78 км/ч. Найдите среднюю скорость автомобиля за последние 2/3 времени его движения, если его средняя скорость за всё время движения равна 60 км/ч.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПервая половина времени и последние две трети времени перекрываются. На какие участки по времени естественно разбить движение?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(v_{ср2} = 51\) км/ч.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеВ случае, когда тело движется равные промежутки времени с некоторыми скоростями, средняя скорость за всё время движения равна их среднему арифметическому. Средняя скорость тела, с которой оно двигалось вторую половину времени: \(v_2 = 2v_{ср} - v_1 = 42\) км/ч. Тело движется в течение времени \(\dfrac{2}{3}t - \dfrac{t}{2} = \dfrac{t}{6}\) со скоростью 78 км/ч, где \(t\) — всё время движения. Окончательно получаем: \[v_{ср2} = \frac{v_1 \cdot \frac{t}{6} + v_2 \cdot \frac{t}{2}}{\frac{2}{3}t} = 51 \text{ км/ч}.\]
Ориентирование
3/10Школьник участвует в соревнованиях по спортивному ориентированию. Он решил передвигаться по наикратчайшим путям от одного контрольного пункта (КП) к другому. На рис. 1 изображен фрагмент карты, на которой светлая область "— луг, удобный для бега, темная область "— лес, точки "— КП. Скорость передвижения школьника по лугу \(v_1 = 12\) км/ч, а по лесу "— \(v_2 = 9\) км/ч. КП проходятся в порядке возрастания номера.

Определите среднюю скорость школьника \(u_4\) при движении от первого КП до четвёртого, если по лугу он двигался в течение времени \(t_1 = 20\) мин, а по лесу в течение времени \(t_2 = 40\) мин.
При различных положениях пятого КП средняя скорость движения \(u_5\) (от первого до пятого КП) может принимать различные значения. На карте (рис. 1) укажите такое расположении пятого КП, что скорость \(u_5\) будет наибольшей. А при каком расположении пятого КП \(u_5\) будет наименьшей? Объясните ваш ответ.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость "— весь путь, делённый на всё время. Куда нужно добавить последний участок от четвёртого КП, чтобы он почти целиком шёл по быстрому покрытию, а куда "— по медленному?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(u_4 = 10\) км/ч; 2) наибольшая скорость \(u_5\) при расположении пятого КП в точке \(A\), наименьшая "— в точке \(B\) (см. рис.).
Шины и спидометр
3/10Согласно техническому паспорту, Васиной машине предназначены 15-дюймовые колёсные диски с диаметром шин 627 мм. Когда пришло время сменить машине шины, Вася решил покрасоваться, и он купил 16-дюймовые диски с диаметром шин 652 мм. На сколько секунд изменится время прохождения 1 км с новыми шинами, если машина едет, согласно спидометру, со скоростью 90 км/ч? Спидометр машины измеряет скорость по числу оборотов колеса.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСпидометр считает обороты колеса, а не пройденный путь. Как за один оборот меняется путь при смене диаметра?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветВремя уменьшится примерно на \(1{,}5\text{ с}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеКогда колёса автомобиля совершают один полный оборот, автомобиль проходит расстояние, равное \(\pi d_1\), где \(d_1\) — диаметр «правильных» колёс. Число оборотов колёс в секунду в этом случае равно \[n_1 = \frac{v_1 t}{\pi d_1},\] где \(v_1 = 90\text{ км/ч}\), \(t = 1\text{ с}\).
В случае «неправильных» колёс, хоть спидометр и показывает скорость \(v_1\), автомобиль движется со скоростью \[v_2 = \frac{n_1 \pi d_2}{t} = v_1 \frac{d_2}{d_1}.\] Таким образом, автомобиль с новыми шинами проходит 1 км быстрее на \[\Delta t = \frac{S}{v_1} - \frac{S}{v_2} \approx 1{,}5\text{ с}.\]
Ремонт дороги
3/10От Кадуя до Череповца ремонтируют дорогу, длина которой 80 км. Четверть длины всей этой дороги ещё не доделана, и из-за этого скорость машин на этих участках уменьшается втрое по сравнению с остальной частью дороги.
С какой скоростью едут машины на хороших участках, если из Кадуя в Череповец они добираются за 100 мин? Ответ укажите в км/ч и округлите до целых.
За сколько времени будут добираться жители Кадуя до Череповца, когда дорога будет доделана? Ответ укажите в мин и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЗапишите полное время в пути как сумму времён на хороших и на плохих участках через неизвестную скорость \(v\).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 72 км/ч; 2) 67 мин.
Два бегуна на стадионе
3/10Два бегуна начинают бежать одновременно с одного и того же места на беговой дорожке стадиона, длина которой 400 м. Если бы они начали бег в одном направлении, то они встретились бы через 200 с. Если же они побежали бы в разных направлениях, то встретились через 80 с. Можно считать, что бегуны всё время бежали с постоянными скоростями.
Найдите скорость «быстрого» бегуна. Ответ выразите в м/с, округлите до десятых.
Найдите скорость «медленного» бегуна. Ответ выразите в м/с, округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаК моменту встречи в одном направлении быстрый бегун обогнал медленного ровно на круг; при движении навстречу они вместе пробегают ровно круг. Составьте два уравнения для скоростей.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 3,5 м/с; 2) 1,5 м/с.
Автомобиль и велосипедист на мостах
3/10По шоссе движутся в противоположных направлениях с постоянной скоростью автомобиль и велосипедист. Автомобиль движется со скоростью 25 м/с, велосипедист со скоростью 10 м/с. В некоторый момент автомобиль проезжает через мост, одной минутой позже через другой мост проезжает велосипедист. Автомобиль встречается с велосипедистом на расстоянии 3 км от пройденного велосипедистом моста. На каком расстоянии друг от друга расположены мосты? Длинами мостов можно пренебречь. Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите время движения велосипедиста до встречи, затем выразите время движения автомобиля и сравните их с учётом сдвига в одну минуту.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ12 км.
Печкин и дядя Фёдор
3/10Из пункта \(A\) почтальон Печкин выехал на велосипеде в 12:00, направляясь в пункт \(Б\). Одновременно с ним из пункта \(Б\) выехал на самокате дядя Фёдор, направляясь в пункт \(A\). Впоследствии почтальон Печкин рассказывал, что в 12:30 встретил дядю Фёдора. Дядя Фёдор же вспоминал, что прибыл в пункт \(A\) в 13:15. Что показывали часы почтальона Печкина, когда он добрался до пункта \(Б\)? Считайте, что почтальон Печкин и дядя Фёдор двигались с постоянными скоростями? В качестве ответа запишите отдельно два числа "— число часов (от 0 до 23) и целое число минут (от 0 до 59).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДо встречи они ехали одинаковое время, а после встречи каждый проезжает путь, который до встречи проехал другой. Как связаны скорости с этими временами?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветЧисло часов "— 12, число минут "— 50.
Расход топлива и торможение
3/10При езде с постоянной скоростью, лежащей в диапазоне от 70 км/ч до 80 км/ч, расход топлива автомобиля составляет 5,2 л на 100 км.
Найдите минимальное время движения автомобиля, если, двигаясь с некоторой постоянной скоростью, лежащей в диапазоне 70 км/ч до 80 км/ч, он израсходовал 13 л топлива? Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.
Сколько копеек водитель «тратит» на снижение скорости с выключенной передачей? Ответ округлите до целого числа.
Водитель едет сначала с постоянной скоростью 80 км/ч, потом уменьшает скорость на 10 км/ч и продолжает движение с постоянной скоростью 70 км/ч. Считайте, что во время снижения скорости от 80 км/ч до 70 км/ч средняя скорость движения автомобиля 75 км/ч.
Сколько копеек водитель сэкономит, если будет тормозить с выключенной передачей, а не переключая её? Ответ округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаРасход на 100 км не зависит от скорости в этом диапазоне, поэтому время минимально при наибольшей скорости. Во втором и третьем пунктах сравните топливо, потраченное за время торможения, и путь, пройденный за это время.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 187 или 188 мин; 2) 10 коп.; 3) 6 или 7 коп.
Кеша и Тучка бегут за пирогом
3/10Кеша и Тучка, находясь в своих домиках, получили одновременно СМС-ки от Лисички с информацией, что яблочный пирог уже готов, и тут же бросились бежать к дому Лисички. Кеша половину времени бежал со скоростью 5 м/с, а оставшуюся половину времени со скоростью 4 м/с (устал). Тучка первую половину пути пробежал со скоростью 4 м/с, а вторую половину пути со скоростью 5 м/с. В результате оба прибежали к Лисичке одновременно. Каково расстояние от дома Кеши до дома Лисички в шагах Цыпы, если расстояние от дома Тучки до дома Лисички равно 800 шагов Цыпы?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВыразите среднюю скорость каждого через его путь и время: у Кеши средняя скорость — среднее арифметическое, у Тучки — среднее гармоническое. Время в пути у них одно и то же.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ810 шагов.
Автомобиль на трёх участках
3/10Половину пути автомобиль проехал со скоростью 60 км/ч, которая оказалась равной средней скорости на всём пути. Второй участок пути автомобиль ехал со скоростью 80 км/ч в течение четверти всего времени движения.
С какой средней скоростью автомобиль двигался на третьем (последнем) участке пути? Ответ выразите в км/ч, округлите до целого числа.
Во сколько раз дольше автомобиль двигался на первом участке пути, чем на третьем? Ответ округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбозначьте весь путь \(S\) и всё время \(t\); из средней скорости \(60\) км/ч найдите \(S/t\). Затем выразите пути второго и третьего участков через \(S\) и \(t\).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 40 км/ч; 2) в 2 раза.
Том и Гек
3/10Том и Гек в полдень находились на расстоянии 25 км друг от друга. В 12:00 Том отправился с постоянной скоростью 5 км/ч по прямой просёлочной дороге к Геку. В 12:30 Гек пошёл навстречу Тому со скоростью 4 км/ч. В конце каждого часа движения мальчишек их скорость уменьшается на 500 м/ч (у Тома и Гека это происходит в разное время). Какое время показывали часы в момент встречи Тома и Гека? В качестве ответа запишите отдельно два числа — число часов (от 0 до 23) и целое число минут (от 0 до 59).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость меняется ступенями, поэтому удобно идти по времени и считать, сколько каждый прошёл к концу очередного часа, или построить графики координат.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ15:23.
Средняя скорость на трёх участках
3/10Первую треть пути автомобиль ехал с постоянной скоростью 80 км/ч, за следующие 3 часа движения он проехал ещё одну треть всего пути, а на последнем участке у него была скорость 100 км/ч. Средняя путевая скорость за весь путь оказалась в \(4/3\) раза меньше, чем скорость на втором участке пути.
Найдите время, затраченное на дорогу. Ответ выразите в часах, округлите до целого числа.
Найдите полный путь, пройденный автомобилем. Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбозначьте весь путь через \(S\) и выразите времена на трёх участках через \(S\); скорость на втором участке найдите по условию про три часа.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 12 ч; 2) 1200 км.
Непредвиденная ситуация
3/10Автомобиль начал движение из пункта \(A\) в пункт \(B\) со скоростью \(v_1 = 100\) км/ч по дороге с хорошим асфальтовым покрытием. Спустя некоторое время водителю пришлось сбросить скорость до \(v_2 = 50\) км/ч, поскольку покрытие дороги изменилось на гравий вместо асфальта. Когда гравийная дорога закончилась, начался асфальтированный участок, и автомобиль снова стал двигаться со скоростью \(v_1\). В итоге, автомобиль прибыл в пункт \(B\) на 30 минут позже запланированного времени (водитель не рассчитывал, что в середине пути ему придётся ехать по гравийной дороге).
(3 балла) Сколько времени автомобиль ехал по гравию? Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.
(2 балла) Чему равна средняя путевая скорость автомобиля, если поездка длилась 2,5 часа? Ответ выразите в км/ч, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЕсли бы гравия не было, участок длиной \(s\) занял бы время \(s/v_1\) вместо \(s/v_2\). Составьте разность этих времён.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(60\) мин; 2) \(80\) км/ч.
Туда-сюда
3/10Автобус и маршрутка курсируют между пунктами \(A\) и \(B\). Можно считать, что их скорости остаются постоянными на пути от \(A\) до \(B\) (и обратно), на пути они не делают остановок, а на разворот в пункте \(A\) или \(B\) затрачивается пренебрежимо малое время. Автобус и маршрутка выезжают из пункта \(A\) в 7:00. В 18:00 автобус прибывает шестой раз в пункт \(B\), а маршрутка едет к пункту \(A\). Отношение скоростей автобуса и маршрутки равно 5:6 соответственно.
Сколько раз встретились автобус и маршрутка с 7:00 до 18:00, не считая встречи в начальный момент времени?
Сколько времени они двигались навстречу друг другу в этот интервал времени? В ответе на вопрос задачи следует указывать номер столбца таблицы, в котором стоит значение, наиболее близкое к найденному вами.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПостройте графики координат обоих транспортных средств от времени, откладывая путь «вдоль развёртки» туда и обратно. Встречи — точки пересечения графиков, а при движении навстречу друг другу скорость сближения равна сумме скоростей.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(12\); 2) № 3.
Вынужденная остановка
3/10Трактор выехал из села в город. Водитель собирался ехать с постоянной скоростью \(v\) и прибыть в город через час. Спустя некоторое время \(t\) после начала движения трактористу пришлось сделать незапланированную остановку на железнодорожном переезде. Чтобы успеть в город к намеченному времени, водителю пришлось увеличить скорость трактора до \(1{,}5v\). Через сколько минут после начала движения тракторист сделал остановку, если известно, что он простоял на переезде в течение времени \(\dfrac{1}{7}\cdot t\)? Ответ дайте в минутах, округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПуть до города один и тот же: он равен \(v\cdot 1\) ч. Запишите, какую часть пути проехали со скоростью \(v\) и со скоростью \(1{,}5v\) и сколько времени на это ушло.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(42\) мин.
Две средние
3/10Тело двигалось в течение первого часа со скоростью 60 км/ч, а следующие 4 ч — со скоростью 30 км/ч. Найдите отношение \(v_t/v_s\), где \(v_t\) — средняя скорость за первую половину времени движения, \(v_s\) — средняя скорость за первую половину пути. Ответ округлите до сотых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите весь путь и всё время. Для каждой «половины» определите, на каком участке движения она заканчивается, и посчитайте путь и время до этого момента.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(0{,}93\).
Баскервиль и собака
4/10Несчастный сэр Генри Баскервиль по заданию Шерлока Холмса «прогуливался» ночью по единственной тропинке, уводящей вглубь Гримспенской трясины, приманивая собаку-проклятие, тяготеющее над родом Баскервилей. Пройдя \(2/5\) части своего пути, он услышал сзади страшный вой собаки. Обернувшись, сэр Генри увидел собаку на некотором расстоянии от начала тропинки на линии, являющейся продолжением тропинки. Сэр Баскервиль бросился бежать, но был застигнут собакой в конце тропинки. Когда подоспела помощь, то потрясенный произошедшим сэр Генри предположил, что бежать-то ему надо было бы назад, к дому. Сообразительный Шерлок Холмс, используя свой знаменитый метод дедукции, утверждал, что это было бы бесполезно, так как в этом случае собака застигла бы наследника рода Баскервилей в начале тропинки. Во сколько раз по наблюдению Шерлока Холмса скорость собаки Баскервилей была больше скорости сэра Генри?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбозначьте длину тропинки и расстояние от собаки до её начала, скорости собаки и человека. Для каждого из двух вариантов бега приравняйте времена движения человека и собаки до места встречи.
Робот Кузя
4/10На прямой в точке А находится пункт отправления робота Кузи, который может перемещаться вдоль прямой от точки А до точки D с одинаковой скоростью \(V\), модуль которой равен 0,5 м/с. Программа управления робота позволяет изменять направление скорости Кузи только в точках А, В, С и D, причем AB = BC = CD = 300 м. Кроме того, программа предусматривает, что через каждый час Кузя должен возвращаться в точку А. При прохождении точек В, С и D срабатывает замыкающий элемент, который зажигает наградную светодиодную лампочку на корпусе Кузи. Зажженные лампочки горят во все время его движения. Известно, что последовательность прохождения точек, зажигающих наградные лампочки, в каждом часе была различной. Определите количество наград на корпусе Кузи через пять часов после старта из точки A.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСколько метров проходит Кузя за час? Переберите все маршруты такой длины, которые начинаются и заканчиваются в точке A, и посчитайте, сколько раз каждый проходит через B, C и D.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветУ Кузи за 5 часов загорелась 21 лампочка.
Встречи пешехода и велосипедиста
4/10Велосипедист с постоянной скоростью 15 км/ч курсирует между пунктами А и В, начиная из пункта А. Пешеход курсирует по той же дороге между пунктами А и В, начиная из пункта В, со скоростью 5 км/ч. Расстояние между пунктами А и В — 10 км. Через какое время у них произойдет третья встреча на дороге и где, если они начали движение одновременно?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаУдобно построить графики координат велосипедиста и пешехода от времени с учётом разворотов в пунктах А и В и найти третье пересечение графиков.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветТретья встреча велосипедиста и пешехода произойдет через 1,5 часа после начала их движения на расстоянии 2,5 км от пункта А.
Алиса теряет минуту
4/10На школьных соревнованиях по бегу главными претендентками на победу были Алиса и Василиса. На протяжении всей дистанции Алиса удерживала скорость 12 км/ч. Василиса же в течение одной минуты двигалась со скоростью 10 км/ч, а все остальное время "— со скоростью 12 км/ч, как и Алиса. На сколько секунд Алиса обогнала Василису?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЗа какое время Алиса пробежала бы тот отрезок, который Василиса преодолела за эту минуту медленного бега? Дальше обе бегут одинаково.
Алиса теряет две минуты
4/10На школьных соревнованиях по бегу главными претендентками на победу были Алиса и Василиса. На протяжении всей дистанции Алиса удерживала скорость 12 км/ч. Василиса же в течение двух минут двигалась со скоростью 10 км/ч, а все остальное время "— со скоростью 12 км/ч, как и Алиса. На сколько секунд Алиса обогнала Василису?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСравните, какое расстояние Василиса не добирает за те две минуты, и сколько времени нужно, чтобы пробежать это расстояние с большей скоростью.
Тренер и ученик на стадионе
4/10Тренер проводит занятия по физкультуре необычным способом. Сам он начинает идти по кругу стадиона с постоянной скоростью \(u = 1\) м/с. За тренером в тот же момент по кругу стадиона начинает бежать его ученик, который все время движется с постоянной скоростью \(V = 3\) м/с. Когда он достигает тренера, ученик быстро разворачивается, возвращается обратно, добирается до старта, снова быстро разворачивается, опять бежит до тренера, и далее повторяет эти действия нужное число раз. В конечном итоге тренер и ученик пришли к финишу одновременно, причем тренер прошел менее одного круга.
Какой путь \(S_1\) пробежал ученик к моменту первой встречи с тренером?
Какой путь \(S\) пробежал ученик до момента финиша?
Длина окружности стадиона от старта до финиша равна \(L = 400\) м. В момент старта ученика и тренера длина дуги окружности между ними была равна \(D = 100\) м. Ученик начинает бежать с линии старта, которая совпадает с линией финиша.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаУченик всё время бежит с одной и той же скоростью, поэтому его путь определяется полным временем движения. Сколько времени тренеру нужно, чтобы дойти до финиша?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(S_1 = \dfrac{VD}{V-u} = 150\text{ м}\); 2) \(S = \dfrac{V(L-D)}{u} = 900\text{ м}\).
Средняя скорость на пути семьи
4/10Семья Петровых ехала на машине из города в деревню. Весь путь занял у них 2,5 часа. Известно, что средняя скорость машины за первые 2 часа пути равна 60 км/ч, а средняя скорость за последние 2 часа пути равна 80 км/ч. Отец попросил сына, зная это, вычислить среднюю скорость машины на всём пути. Подумав, сын справедливо сказал, что для этого недостаточно данных, но можно вычислить наименьшее и наибольшее возможное значение средней скорости, зная, что семья никогда не нарушает правила дорожного движения, а машина едет только вперёд. Согласно правилам, скорость машины везде на пути от города к деревне не должна превышать 90 км/ч. Найдите наименьшее и наибольшее возможное значение средней скорости машины Петровых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаУчастки «первые 2 часа» и «последние 2 часа» перекрываются. Обозначьте путь на общем участке (от 0,5 ч до 2 ч) через \(S_2\) и выразите через него весь путь.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСредняя скорость машины может лежать в интервале от \(v_{\text{ср.мин}} = 64\) км/ч до \(v_{\text{ср.макс}} = 82\) км/ч.
Турист и поезд на мосту
4/10Турист переходил узкий железнодорожный мост в направлении от точки \(A\) к точке \(B\) (см. рисунок). Находясь на расстоянии \(d = 50\) м от середины моста, ближе к точке \(B\), он увидел поезд, движущийся ему навстречу со скоростью \(V = 54\) км/ч, который в этот момент находился на расстоянии \(S = 300\) м от туриста. Турист побежал вперёд, навстречу поезду, с постоянной скоростью \(v = 5\) м/с, и успел достигнуть точки \(B\) в момент, когда поезд находился на расстоянии \(h = 60\) м от этой точки.

Успел бы турист добежать до точки \(A\), если бы он, увидев поезд, мгновенно развернулся и побежал с такой же скоростью назад? Если да, то на каком расстоянии от точки \(A\) находился бы поезд в момент, когда турист достиг бы этой точки? Если нет, то на каком расстоянии от точки \(A\) поезд мог бы догнать его? Скорость поезда постоянна.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите, какое расстояние турист пробежал до точки \(B\) и какое ему пришлось бы пробежать до \(A\). Затем сравните время бега назад со временем, за которое поезд и турист сблизились бы (скорость сближения \(V+v\) у встречного движения, \(V-v\) у погони).
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветТурист не успел бы добежать до точки \(A\): поезд догнал бы его на расстоянии \[L = \frac{v(S-h)}{V+v} + 2d - \frac{Sv}{V-v} = 10\text{ м}\] от точки \(A\).
Туристы и дальность рации
4/10Две группы туристов одновременно вышли из турбазы в двух противоположных направлениях. Группы поддерживают между собой связь по рации, радиус действия которой равен \(R = 10\) км. Первая группа, пройдя путь \(S_1 = 2\) км по лесу, вышла из леса и увеличила свою скорость на \(\Delta v = 1{,}5\) км/ч, и спустя \(t_1 = 40\) минут после этого связь по рации прервалась. Вторая группа после \(t_2 = 30\) минут ходьбы уменьшила свою скорость в \(n = 1{,}2\) раза, и после того, как она прошла ещё \(S_2 = 3\) км, связь по рации прервалась. Найдите скорости каждой группы сразу после выхода из турбазы. Туристы движутся всё время по одной прямой, не меняя направления своего движения. Ответы дайте в численном виде, округлив до десятых долей км/ч.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСвяжите пути обеих групп к моменту обрыва связи: их сумма равна \(R\). Кроме того, связь прервалась у обеих групп в один и тот же момент, поэтому полные времена движения равны.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(v_1 \approx 2{,}9\) км/ч, \(v_2 \approx 4{,}2\) км/ч.
Печкин развозит посылки
4/10Почтальон Печкин из пункта \(A\) должен доставить посылки Дяде Фёдору, коту Матроскину и Шарику в три пункта: \(B\), \(C\) и \(D\) соответственно. Схема всех дорог Простоквашинского района и массы посылок, доставляемых в пункты назначения, указаны на рисунке. С полным грузом Печкин выезжает на спортивном велосипеде из пункта \(A\) со скоростью \(v = 5\) км/ч. Оставляя посылку в каждом пункте назначения, Печкин может увеличить скорость своего движения на столько километров в час, на сколько килограммов уменьшилась масса доставляемого груза. Например, доставив Дяде Фёдору в пункт \(B\) посылку массой 5 кг, Печкин может увеличить скорость своего дальнейшего движения на 5 км/ч. Укажите маршрут, по которому нужно двигаться Печкину, чтобы за наименьшее время доставить все грузы в пункты назначения и вернуться на почту (пункт \(A\)). Найдите это время. Почтальон может передвигаться только по дорогам.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДорог всего две цепочки вокруг прямоугольника, значит, маршрутов лишь два: по часовой и против часовой стрелки. Посчитайте время на каждом участке, учитывая, сколько груза уже роздано.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветОптимальный маршрут \(ADCBA\). Время движения по нему \(t \approx 3\text{ ч }54\text{ мин} \approx 4\text{ ч}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеНеобходимо сравнить два маршрута движения. При движении по часовой стрелке получается \(t_1 \approx 4\) ч, а при движении против часовой стрелки \(t_2 \approx 6{,}3\) ч. Получается, что маршрут «Шарик "— кот Матроскин "— Дядя Фёдор» выгоднее для Печкина.
Красная Шапочка и Волк
4/10Однажды Красная Шапочка решила навестить бабушку. Путь ей предстоял не близкий. Сначала она треть пути не спеша шла по дорожке со скоростью 4 км/ч. Затем, проголодавшись, села на пенек и съела несколько пирожков. Потратив на еду много времени, девочка загрустила, так как уже начинало темнеть. К счастью, тут из леса выбежал Волк, который любезно согласился домчать её до бабушки со скоростью 12 км/ч. В результате получилось, что на всё путешествие девочке потребовалось столько же времени, сколько и при движении с постоянной скоростью 4 км/ч. Сколько пирожков на пеньке скушала Красная Шапочка, если на каждый пирожок она затрачивала время равное одной девятой времени всего своего путешествия?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЕсли средняя скорость на всём пути равна скорости на первой трети, какова средняя скорость на оставшихся двух третях? Запишите её через время стоянки и скорость Волка.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ4 пирожка.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеЕсли средняя скорость равна скорости на первой трети пути, значит, средняя скорость на второй части пути также равна 4 км/ч. Пусть \(T\) "— время путешествия Красной Шапочки. Тогда на «перекус» и поездку верхом на Волке Красная Шапочка потратила \(\frac{2}{3}T\).
Пусть Красная Шапочка сидела на пеньке и ела пирожки время \(t\). Запишем формулу средней скорости для второй части пути: \[v_{\text{ср}} = \frac{v_{\text{в}}\left(\frac{2}{3}T - t\right) + 0 \cdot t}{\frac{2}{3}T} \quad\Rightarrow\quad t = \frac{2}{3}T\left(1 - \frac{v_{\text{ср}}}{v_{\text{в}}}\right) = \frac{4}{9}T,\] где \(v_{\text{ср}}\) "— средняя скорость на второй части пути, \(v_{\text{в}}\) "— скорость Волка. Так как на каждый пирожок Красная Шапочка затрачивала время, равное одной девятой времени всего своего путешествия, следовательно, она съела 4 пирожка.
Велосипедисты меняются скоростями
4/10Из деревень Абаканово и Юдино, находящихся на расстоянии 3 км, навстречу друг другу одновременно выехали два велосипедиста. Первый движется со скоростью 13 м/с, а второй – со скоростью 7 м/с. С момента, когда они встретились, первый поехал со скоростью 7 м/с, а второй – со скоростью 13 м/с (в тех же направлениях). Какое время, считая от момента встречи, понадобится первому велосипедисту, чтобы приехать в Юдино, а второму – в Абаканово?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДо встречи велосипедисты сближаются с суммой скоростей. Сравните, какой путь каждому остаётся после встречи.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветОдинаковое для обоих время: \(t = 150\text{ с}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеВремя движения велосипедистов до их встречи равно \(t_1 = \dfrac{s}{v_1 + v_2} = 150\text{ с}\). Велосипедисты достигнут пунктов назначения одновременно через время \(t_2 = \dfrac{2s}{v_1 + v_2} = 300\text{ с}\). Значит, считая от момента встречи, первому и второму велосипедистам понадобится одинаковое время \(t = t_2 - t_1 = 150\text{ с}\).
Пешком до кафе
4/10Утром после крепкого сна Крокодил Гена и Чебурашка отправились каждый из своего дома в кафе позавтракать. Шли друзья навстречу друг другу с постоянными скоростями по прямой дороге. Каково же было их удивление, когда они встретились у входа в кафе. Оказалось, что за 5 минут до встречи расстояние между ними равнялось 1200 м, за 10 минут до встречи "— 2025 м, за 15 минут "— 2475 м и за 20 минут "— 2655 м. Найдите расстояние между домами, в которых живут Гена и Чебурашка. С какими скоростями они шли?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаКак меняется расстояние между друзьями за равные промежутки времени? Равны ли эти изменения, и что это говорит о том, все ли время оба шли?
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветРасстояние между домами равно 2 655 м; скорости друзей равны \(2{,}5\) м/с и \(1{,}5\) м/с.
Минимальная средняя скорость
4/10Между городами A и B действует автобусный маршрут, длина которого \(S = 180\) км. Движение автобуса по этому маршруту не равномерное: из-за различных дорожных условий скорость автобуса часто меняется. В момент отправления пассажир Петров засекает на своих часах время и каждые 10 минут вычисляет среднюю скорость автобуса за эти 10 минут. Для этого он узнаёт путь, пройденный автобусом, с помощью GPS-навигатора. Автобус доехал из A до B за 3 часа. За это время Петров получил 18 значений средней скорости: \(v_1, v_2, v_3, \ldots, v_{18}\).
Известно, что ни одно из значений \(v_1, v_2, \ldots, v_{18}\) не превышает 63 км/ч. Чему может быть равно наименьшее из этих значений (в каких пределах оно может лежать)?
Ответьте на вопрос п. 1), если ни одно из измеренных значений средней скорости \(v_1, v_2, \ldots, v_{18}\) не превышает 64 км/ч.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость за весь путь равна среднему арифметическому восемнадцати значений. Если семнадцать значений взять наибольшими возможными, насколько мало может оказаться последнее?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 9 км/ч \(< v <\) 60 км/ч; 2) 0 км/ч \(< v <\) 60 км/ч.
Вычисление скорости света
4/10Первая оценка скорости света была дана Рёмером в 1675 году. Изучая движение Ио (спутника Юпитера), он получил значение близкое к 220000 км/с. Орбита Ио расположена в плоскости орбиты Земли, поэтому спутник периодически исчезает в тени Юпитера. Интервал между двумя последовательными появлениями Ио из тени Юпитера в среднем равен 42,5 ч. Однако, согласно современным исследованиям при различных положениях Солнца, Земли и Юпитера этот интервал может отклоняться от среднего значения не более, чем на 16 с в большую или меньшую сторону. По представленным данным определите скорость света, если расстояние от Земли до Солнца составляет \(1{,}5 \cdot 10^8\) км. Можно считать, что орбитальная скорость Юпитера вокруг Солнца намного меньше, чем у Земли.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаИнтервал меняется потому, что расстояние от Земли до Юпитера за цикл Ио меняется. Когда это изменение наибольшее?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(c = (2{,}86 \pm 0{,}1) \cdot 10^8\) м/с.
Максим догоняет Аню
4/10Максим и Аня живут в одном доме и ходят в одну школу. Каждое утро Аня выходит в какой-то момент из дома и начинает идти в сторону школы. Через некоторое время в сторону школы начинает бежать и Максим. Когда Максим догоняет Аню, то дальше они идут вместе в темпе Ани. Если Максим выходит из дома на 3 минуты позже Ани, то он догоняет её точно на половине дороги от дома до школы. Если же он начинает бежать в школу на 4 минуты позже Ани, то на бег у него уходит столько же времени, сколько и на последующую ходьбу вместе с Аней. Сколько времени занимает у Ани дорога в школу, если её скорость не меняется со временем, и Максим бегает с постоянной скоростью? Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаИзобразите графики движения Ани и Максима в координатах «время–путь» для обоих случаев и воспользуйтесь подобием треугольников.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ12 мин.
Автомобиль, трактор и магазин
4/10Автомобиль и трактор едут в противоположных направлениях по прямой дороге. Автомобиль движется со скоростью 25 м/с, трактор со скоростью 36 км/ч. В какой-то момент автомобиль проезжает мимо автозаправки. Ровно через минуту трактор проехал мимо магазина. Машины встретились на расстоянии 3 км от магазина, мимо которого проезжал ранее трактор. На каком расстоянии друг от друга расположены магазин и автозаправка? Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПереведите скорости в одни единицы и найдите, за какое время после проезда магазина трактор доедет до места встречи. Сколько проедет за это время и за минуту до него автомобиль?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ12 км.
Успеть на автобус
4/10Автобусы специального городского маршрута, приезжая на конечную остановку, ожидают одну минуту, после чего едут в обратном направлении. Известно, что от конечной остановки автобусы отправляются каждые 10 минут. Ровно в тот момент, когда школьник подбежал к конечной остановке, двери автобуса закрылись, и он уехал. Мальчик решил пойти пешком до следующей остановки. Он шёл со скоростью 5 км/ч, и в середине пути между остановками мимо него проехал следующий автобус, следуя к конечной остановке. Увеличив скорость до 10 км/ч, школьник успел добежать до остановки и сразу сел в этот автобус. Найдите расстояние между остановками. Считайте, что все автобусы движутся с одинаковой постоянной скоростью. Ответ выразите в км, округлите до сотых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСравните моменты отправления двух автобусов с конечной и выразите через время в пути школьника и время движения автобуса до встречи и обратно.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(1{,}33\) км.
Туда-сюда
4/10Автобус и маршрутка курсируют между пунктами \(A\) и \(B\). Можно считать, что их скорости остаются постоянными на пути от \(A\) до \(B\) (и обратно), на пути они не делают остановок, а на разворот в пункте \(A\) или \(B\) затрачивается пренебрежимо малое время. Автобус и маршрутка выезжают из пункта \(A\) в 7:00. В 18:00 автобус прибывает шестой раз в пункт \(B\), а маршрутка едет к пункту \(A\). Отношение скоростей автобуса и маршрутки равно 5:6 соответственно.
(3 балла) Сколько раз встретились автобус и маршрутка с 7:00 до 18:00, не считая встречи в начальный момент времени?
(3 балла) Сколько времени они двигались навстречу друг другу в этот интервал времени? В ответе на вопрос задачи следует указывать номер столбца таблицы, в котором стоит значение, наиболее близкое к найденному вами.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПостройте графики координат обоих тел от времени (с отражениями от пунктов) и считайте пересечения; время встречного движения найдите по сумме скоростей.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(12\); 2) № 3.
Автомобиль и мотоциклист
4/10Утром автомобиль выехал из пункта \(A\) в пункт \(B\) со скоростью 54 км/ч. Через 26 минут из пункта \(B\) в \(A\) выехал мотоциклист со скоростью 63 км/ч. В 11.00 они встретились и после этого одновременно прибыли в пункты назначения.
(4 балла) В какое время выехал мотоциклист? В качестве ответа запишите отдельно два числа — число часов (от 0 до 23) и целое число минут (от 0 до 59).
(2 балла) Чему равно расстояние между пунктами \(A\) и \(B\)? Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПосле встречи оба проходят пути друг друга за одно и то же время. Что это говорит об отношении времён движения до встречи?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 09:48; 2) \(164\) км.
Нелинейный график
4/10Тело двигалось сначала с постоянной скоростью \(v_1\), а затем с постоянной скоростью \(v_2\). Используя график зависимости средней скорости от времени \(v_{\text{ср}}(t)\), выполните следующие задания.
Определите пройденный путь телом за 60 минут. Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
Найдите отношение \(\dfrac{v_2}{v_1}\). Ответ округлите до десятых.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСредняя скорость в момент \(t\) равна пройденному пути, делённому на \(t\). Снимите значение с графика при \(t = 60\) мин и используйте его для второго пункта.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(50\) км; 2) \(1{,}5\).
На пути к озеру
4/10Однажды летом Аня и Максим решили отдохнуть от работы в огороде и отправиться купаться на озеро, расположенное в 3 км от их участка. У них с собой был самокат, на котором одновременно может ехать только один человек со скоростью 12 км/ч. Как им обоим максимально быстро добраться до озера и сколько времени это займёт, если скорость Ани пешком составляет 4 км/ч, а скорость Максима — 6 км/ч? Каждый из ребят может оставлять самокат у дороги для другого. Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЛучше всего, когда оба прибывают одновременно. Кто должен проехать на самокате дольше — более медленный пешеход или более быстрый? Составьте уравнение равенства времён.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ25 минут.
Муравьишка на кирпиче
5/10На углу стандартного кирпича с размерами \(250 \times 125 \times 65\) мм находится Муравьишка. Он может ползать по поверхности кирпича в любом направлении со скоростью 20 мм/сек. За какое минимальное время он сможет добежать до максимально удаленного от него угла кирпича?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаМысленно разверните грани кирпича в одну плоскость: кратчайший путь по поверхности — прямая на развёртке. Переберите разные способы развернуть соседние грани.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(t_{\text{мин}} \approx 15{,}7\text{ с}\).
Муравей и проволочный мостик
5/10В горизонтальной крышке стола пропилена полуцилиндрическая канавка радиусом \(R = 20\) см. Ось канавки совпадает с верхней плоскостью крышки стола. На краю канавки сидит муравей, который хочет перебраться через нее. Школьник решил помочь муравью, сделав мостик из прямых отрезков проволоки. Но все куски проволоки, которые были в распоряжении школьника, имели длину \(L = 38\) см. Тогда школьник сделал мостик из двух проволок, расположив их так, как показано на рисунке, причем точку \(A\), в которой концы проволок воткнуты в дно канавки, он выбрал случайным образом. Муравей может ползти вверх по проволоке с постоянной скоростью \(V = 0{,}5\) см/с, а вниз – с постоянной скоростью \(2V = 1\) см/с. Найдите максимальное время и минимальное время, за которое муравей сможет перебраться через канавку по такому мостику.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПроволока, один конец которой на краю канавки, а другой в точке \(A\) на окружности, — хорда; её длина и угол к горизонту связаны с положением \(A\). Сколько проволоки приходится на подъём, а сколько на спуск, и как это зависит от положения \(A\)?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(t_{\max} = \dfrac{R\sqrt5}{V} \approx 90\) с; \(t_{\min} = \dfrac{R}{20V}\left(19 + 2\sqrt{39}\right) \approx 63\) с.
Перелёт Ту-160
5/10Самолёт ТУ–160 в безветренную на всей Земле погоду стартовал с аэродрома в Санкт-Петербурге. В течение всего времени 27-ми часового полета самолёт находился на одной и той же высоте и держал одну и ту же по величине скорость 1000 км/час, сделав несколько дозаправок в воздухе. Сначала он 6 часов летел на юг, затем 10 часов на восток, потом 6 часов на север, и в последние 5 часов полета его скорость была направлена на запад. Сколько еще времени потребуется самолёту, чтобы с такой же по величине скоростью долететь до родного аэродрома по кратчайшему пути? Санкт-Петербург находится на широте \(60^\circ\), а радиус Земли равен примерно 6400 км.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПолёт на юг и обратно на север возвращает самолёт на исходную широту. Найдите широту, на которой он летел на восток, и учтите, что радиус окружности параллели равен \(R\cos\theta\).
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСамолёту потребуется ещё примерно 109,2 с.
Пешеход и велосипедист в Демушкино
5/10Школьники Владислав и Ярослав стартовали из деревни Липовка в деревню Демушкино: Владислав направился пешком, а Ярослав "— спустя \(t_1 = 8\) мин. на велосипеде. Добравшись до Демушкино, каждый из школьников развернулся и продолжил движение обратно с прежней скоростью. Ярослав прибыл обратно в Липовку на \(t_2 = 32\) мин. раньше Владислава. На дистанции школьники встретились два раза, причём обе встречи произошли на одинаковом расстоянии от середины дистанции. Во сколько раз скорость велосипедиста больше скорости пешехода? Сколько времени прошло между встречами?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНарисуйте графики координат обоих школьников от времени. Из симметрии встреч относительно середины дистанции следует связь между моментами встреч и временем прибытия в Демушкино.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСкорость велосипедиста больше скорости пешехода в \(k = \dfrac{t_1 + t_2}{t_2 - 3t_1} = 5\) раз; между встречами прошло время \(\Delta t = \dfrac{(t_1 + t_2)(t_2 - 3t_1)}{8t_1} = 5\) мин.
Автомобилист и железнодорожный переезд
5/10Автомобилист торопится на встречу с мотоциклистом. Они заранее договорились, что встретятся ровно в полдень в определенном месте между 60-м и 80-м километрами автодороги, в начале (на нулевом километре) которой находится автомобилист. Известно, что железнодорожные пути на 70-м километре дороги можно пересекать только с 11:50 до 12:05, а в остальное время переезд закрыт. Автомобилист утверждает, что, начав движение в 11:00, он двигался по дороге с постоянной скоростью, был в назначенном месте встречи вовремя, но, не застав там мотоциклиста, не останавливаясь, продолжил движение с той же скоростью и доехал до своего дома, который находится на 100-м километре дороги. По словам автомобилиста, на железнодорожном переезде он тоже не останавливался. С какой скоростью мог двигаться автомобилист?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаМесто встречи может быть до переезда или после него. Для каждого случая запишите время прохождения 70-го километра и потребуйте, чтобы оно попало в интервал, когда переезд открыт.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветАвтомобилист мог двигаться со скоростью от \(\dfrac{14}{13}\) км/мин \(\approx 64{,}6\) км/ч до \(\dfrac{4}{3}\) км/мин \(= 80\) км/ч.
Велосипедист и пешеход на круге
5/10Велосипедист Владислав и пешеход Ярослав участвуют в гонках, начав движение одновременно в одном направлении с отметки «Старт». Часы Владислава показывали:
в момент старта — 11:15;
в момент, когда Владислав проехал один круг и вновь оказался на отметке «Старт», — 11:23;
в момент, когда Владислав обогнал Ярослава, проехав ровно на один круг больше, — 11:26.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЗапиши отношение скоростей через три момента времени: старт, конец первого круга и обгон. Затем подумай, при каких допустимых значениях этих моментов отношение наибольшее, а при каких наименьшее.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветОтношение скорости велосипедиста к скорости пешехода может быть в интервале от 2,75 до 5,5.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(t_1\) — момент старта, \(t_2\) — момент времени, когда Владислав проехал один круг, \(t_3\) — момент обгона. При этом \(t_1 < t_2 < t_3\).
По условию, пешеход прошёл расстояние от старта до момента обгона за время \(t_3 - t_1\); велосипедист же прошёл это же расстояние за время \(t_3 - t_2\). Отношение \(k\) скорости велосипедиста к скорости пешехода равно обратному отношению этих времён: \[k = \frac{t_3 - t_1}{t_3 - t_2}. \tag{1}\] Также данное отношение можно записать как: \[k = 1 + \frac{t_2 - t_1}{t_3 - t_2}. \tag{2}\] Поскольку моменты времени \(t_1\), \(t_2\) и \(t_3\) известны с некоторой погрешностью, исследуем, в каком случае отношение \(k\) будет больше и в каком — меньше. К увеличению \(k\) приводят: уменьшение \(t_1\) (см. (1)); увеличение \(t_2\) (см. (1)); уменьшение \(t_3\) (см. (2)). К уменьшению \(k\) приводят: увеличение \(t_1\) (см. (1)); уменьшение \(t_2\) (см. (1)); увеличение \(t_3\) (см. (2)).
Следовательно, максимальное значение \(k\) достигается, когда \(t_1 = 11\) ч 15 мин., \(t_2 = 11\) ч 24 мин., \(t_3 = 11\) ч 26 мин. В этом случае \(k = 5{,}5\).
Минимальное значение \(k\) достигается, когда \(t_1 = 11\) ч 16 мин., \(t_2 = 11\) ч 23 мин., \(t_3 = 11\) ч 27 мин. В этом случае \(k = 2{,}75\).
Велосипедист и пешеход на круге
5/10Велосипедист Владислав и пешеход Ярослав участвуют в гонках, начав движение одновременно в одном направлении с отметки «Старт». Часы Владислава показывали:
в момент старта — 11:15;
в момент, когда Владислав проехал один круг и вновь оказался на отметке «Старт», — 11:23;
в момент, когда Владислав обогнал Ярослава, проехав ровно на один круг больше, — 11:26.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаК моменту обгона пешеход и велосипедист прошли один и тот же путь, но за разное время. Выразите отношение скоростей через моменты старта, первого круга и обгона, а затем учтите, в каких пределах каждый из них может лежать.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветОтношение скорости велосипедиста к скорости пешехода может быть в интервале от 2,75 до 5,5.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(t_1\) — момент старта, \(t_2\) — момент времени, когда Владислав проехал один круг, \(t_3\) — момент обгона. При этом \(t_1 < t_2 < t_3\).
По условию, пешеход прошёл расстояние от старта до момента обгона за время \(t_3 - t_1\); велосипедист же прошёл это же расстояние за время \(t_3 - t_2\). Отношение \(k\) скорости велосипедиста к скорости пешехода равно обратному отношению этих времён: \[k = \frac{t_3 - t_1}{t_3 - t_2}. \tag{1}\] Также данное отношение можно записать как \[k = 1 + \frac{t_2 - t_1}{t_3 - t_2}. \tag{2}\] Поскольку моменты времени \(t_1\), \(t_2\) и \(t_3\) известны с некоторой погрешностью, исследуем, в каком случае отношение \(k\) будет больше и в каком — меньше. К увеличению \(k\) приводят: уменьшение \(t_1\) (см. первую формулу); увеличение \(t_2\) (см. первую формулу); уменьшение \(t_3\) (см. вторую формулу). К уменьшению \(k\) приводят: увеличение \(t_1\) (см. первую формулу); уменьшение \(t_2\) (см. первую формулу); увеличение \(t_3\) (см. вторую формулу).
Следовательно, максимальное значение \(k\) достигается, когда \(t_1 = 11\) ч 15 мин, \(t_2 = 11\) ч 24 мин, \(t_3 = 11\) ч 26 мин. В этом случае \(k = 5{,}5\).
Минимальное значение \(k\) достигается, когда \(t_1 = 11\) ч 16 мин, \(t_2 = 11\) ч 23 мин, \(t_3 = 11\) ч 27 мин. В этом случае \(k = 2{,}75\).
Велосипедист и пешеход на круге
5/10Велосипедист Владислав и пешеход Ярослав участвуют в гонках, начав движение одновременно в одном направлении с отметки «Старт». Часы Владислава показывали:
в момент старта — 11:15;
в момент, когда Владислав проехал один круг и вновь оказался на отметке «Старт», — 11:23;
в момент, когда Владислав обогнал Ярослава, проехав ровно на один круг больше, — 11:26.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВыразите отношение скоростей через моменты старта, окончания первого круга и обгона, затем подумайте, в какую сторону должна сдвинуться каждая из этих величин в пределах своей минуты, чтобы отношение стало наибольшим или наименьшим.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветОтношение скорости велосипедиста к скорости пешехода может быть в интервале от \(2{,}75\) до \(5{,}5\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(t_1\) — момент старта, \(t_2\) — момент времени, когда Владислав проехал один круг, \(t_3\) — момент обгона. При этом \(t_1 < t_2 < t_3\).
По условию, пешеход прошёл расстояние от старта до момента обгона за время \(t_3 - t_1\); велосипедист же прошёл это же расстояние за время \(t_3 - t_2\). Отношение \(k\) скорости велосипедиста к скорости пешехода равно обратному отношению этих времён: \[k = \frac{t_3 - t_1}{t_3 - t_2}. \tag{1}\] Также данное отношение можно записать как: \[k = 1 + \frac{t_2 - t_1}{t_3 - t_2}. \tag{2}\] Поскольку моменты времени \(t_1\), \(t_2\) и \(t_3\) известны с некоторой погрешностью, исследуем, в каком случае отношение \(k\) будет больше и в каком — меньше. К увеличению \(k\) приводят: уменьшение \(t_1\) (см. первую формулу), увеличение \(t_2\) (см. первую формулу), уменьшение \(t_3\) (см. вторую формулу). К уменьшению \(k\) приводят: увеличение \(t_1\), уменьшение \(t_2\), увеличение \(t_3\) (по тем же формулам).
Следовательно, максимальное значение \(k\) достигается, когда \(t_1 = 11\) ч 15 мин, \(t_2 = 11\) ч 24 мин, \(t_3 = 11\) ч 26 мин. В этом случае \(k = 5{,}5\).
Минимальное значение \(k\) достигается, когда \(t_1 = 11\) ч 16 мин, \(t_2 = 11\) ч 23 мин, \(t_3 = 11\) ч 27 мин. В этом случае \(k = 2{,}75\).
Автомобиль и снегопад
5/10Водитель автомобиля рассчитывал приехать вовремя, двигаясь с постоянной скоростью 70 км/ч, и на первом участке пути поддерживал эту скорость до тех пор, пока не пошёл сильный снег. Из-за этого скорость автомобиля снизилась до 50 км/ч. Когда снег перестал идти, автомобиль снова поехал со скоростью 70 км/ч. Чтобы прибыть в конечный пункт точно в запланированное время, водителю пришлось последние 40 км пути ехать со скоростью 80 км/ч. Сколько времени шёл снег? Чему равна средняя скорость автомобиля? Считайте, что автомобиль в пути не останавливался.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаРаз водитель приехал вовремя, чему равна его средняя скорость на всём пути? Участки со скоростью 70 км/ч не влияют на среднюю.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСнег шёл \(t_2 = 15\text{ мин}\); средняя скорость \(v_{\text{ср}} = 70\text{ км/ч}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеТак как автомобиль приехал вовремя, то средняя скорость равна первоначальной: \(v_{\text{ср}} = 70\text{ км/ч}\). Средняя скорость равна \[v_{\text{ср}} = \frac{s_1 + s_2 + s_3 + s_4}{t_1 + t_2 + t_3 + t_4} \;\Longrightarrow\; v_{\text{ср}} t_2 + v_{\text{ср}} t_4 = v_2 t_2 + s_4 \;\Longrightarrow\; t_2 = 15\text{ мин}\] (в последнем преобразовании учтено, что \(v_{\text{ср}} t_1 = v_1 t_1 = s_1\) и \(v_{\text{ср}} t_3 = v_3 t_3 = s_3\)).
Переходы
5/10Дядя Вова живёт в области, а работает в Москве, до которой едет на электричке. Путь от железнодорожной платформы до места работы составляет 400 метров. На этом пути дядя Вова преодолевает два пешеходных перехода длиной 20 метров, которые разделяет сорокаметровая маленькая площадь. Светофор на каждом переходе включает зелёный сигнал на 25 секунд, а красный "— на две минуты. Дядя Вова ходит не спеша, со скоростью не более 1 м/с. Обозначим \(t_1\) "— минимальное время, за которое дядя Вова может дойти от вокзала до работы, а \(t_2\) "— минимальное время на обратную дорогу. Интервал времени между включением зелёного сигнала на первом светофоре на пути от вокзала и включением зелёного сигнала на втором обозначим \(T\). Дядя Вова соблюдает правила, поэтому он выходит на «зебру» перехода только в том случае, если до окончания зелёного сигнала светофора остаётся 20 секунд и более. В противном случае он дорогу не переходит.
Пусть время \(T\) равно 60 с. Найдите время \(t_1\) и время \(t_2\).
Чему равно время \(T\), если \(t_1 = t_2\)?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПериод светофора 145 с, выйти на переход можно только в первые 5 с зелёного сигнала. Нарисуйте, в какие моменты можно войти на каждый переход при движении в каждую сторону.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(t_1 = 400\text{ с}\), \(t_2 = 420\text{ с}\); 2) \(T = 0\), \(T = 72{,}5\text{ с}\).
Два велосипедиста
5/10Расстояние между Кузнецком и Никольским составляет 100 км. В один и тот же момент времени из Кузнецка в Никольское и из Никольского в Кузнецк начинают ехать два велосипедиста. Велосипедист, выехавший из Кузнецка, ехал всю дорогу с постоянной скоростью \(v\). Выехавший из Никольского велосипедист ехал сперва со скоростью 36 км/ч, а после встречи с велосипедистом из Кузнецка поехал дальше со скоростью 25 км/ч. В Кузнецк и Никольское оба велосипедиста приехали одновременно. На каком расстоянии от Кузнецка они встретились? Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДо встречи время у обоих одинаково, после встречи тоже; выразите времена через расстояние до места встречи и приравняйте отношения.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(44\)–\(46\) км (допустимый интервал ответа).
Обычные и «Ласточки»
5/10На железнодорожной ветке, связывающей город М с областным центром Т, есть (кроме прочих) остановки в городке З и посёлке П. От М до З проложены два пути для движения поездов в направлении Т, а от З до П — один путь (см. рисунок). Расстояние от М до З равно 45 км, а от З до П — 15 км. Начиная с 17:00 и до 21:00 от М в направлении Т каждые пятнадцать минут отправляются скоростные электропоезда «Ласточка», которые останавливаются в З, но не останавливаются в П, а также хотя бы раз в час отправляются обычные электрички, останавливающиеся и в З, и в П. Ласточки движутся со средней скоростью 120 км/ч, а обычные электрички — со средней скоростью 45 км/ч. На пути от М до З Ласточки и обычные электрички движутся по разным путям, не мешая друг другу. Электричка не отправляется из З, если на пути до П её может догнать Ласточка, выжидая в З удобного момента для отправления (так, чтобы можно было доехать до П, не мешая Ласточкам). Можно считать, что посадка, высадка и пересадка пассажиров с одного электропоезда на другой на остановках происходит за пренебрежимо малое время.

За какое минимальное время можно доехать до посёлка П по железной дороге, отправившись из М в интервале времени от 18:00 до 19:00 включительно, в случае наиболее удобного для этого расписания электричек?
В какое время (часов, минут) в интервале от 18:00 до 18:30 включительно следует назначить отправление электричек от М, чтобы они приходили в П, не задерживаясь в З? Укажите все возможные значения.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСколько времени каждый поезд едет от З до П? Электричка не должна быть настигнута Ласточкой на единственном пути, поэтому сравните моменты прибытия обоих типов поездов в З и в П.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 44,5 мин; 2) 18:07–18:10 и 18:22–18:25.
«Ты-дым, ты-дым»
5/10Путешествуя на поезде, можно обратить внимание на характерный периодически повторяющийся звук стука колёс, который в письменном виде можно передать примерно так: «Ты-дым, ты-дым». Ниже вы видите схематичный рисунок вагона поезда с указанием некоторых размеров, а также визуализацию короткого фрагмента записи этого звука, сделанной в вагоне поезда (мы не знаем, кто записал, поскольку позаимствовали этот звук на Youtube в видео под названием «8 часов сна под стук колёс» от автора Faktor Zet). Когда мы говорим «визуализация» — то имеем в виду зависимость амплитуды звуковых волн (проще говоря, громкости звука) от времени. Абсолютной тишине на графике соответствует линия, проведённая вдоль горизонтальной оси симметрии рисунка. Точки, лежащие на большом расстоянии по вертикали от этой линии, соответствуют громким звукам, а лежащие вблизи этой линии — тихим. На графике на фоне шума можно различить периодически повторяющиеся двойные пики громкости — это и есть описанные выше «ты-дым, ты-дым». Проанализируйте представленный график и определите как можно точнее скорость поезда и длину рельса.


К задаче 3. Пассажирский вагон. Размеры указаны в мм. Запись звука стука колёс поезда: по горизонтальной шкале — время в секундах.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДвойной пик возникает, когда на стык рельсов наезжают сначала передняя, затем задняя колёсная пара тележки (или вагона). Расстояние между осями известно из рисунка, время между пиками измерьте по графику.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветСкорость \(40 \pm 5\) км/ч, длина рельса \(25 \pm 3\) м.
Фотография самолёта
6/10На рисунке приведена «смазанная фотография» летящего реактивного самолёта. Длина самолёта 30 м, длина его носовой части 10 м. Определите по этой «фотографии» скорость самолёта. Время выдержки затвора 0,1 с. Форма самолёта изображена на рисунке штриховой линией.
К задаче 1.1.1 (рисунок из условия, перерисован) ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Пока затвор открыт, самолёт успевает сместиться на \(v\tau\), и каждая точка его силуэта «размазывается» в полоску такой длины. Полная длина изображения равна \(L+v\tau\), а вот острый носовой конус получается на снимке в натуральную величину — он и задаёт масштаб фотографии.Разберёмся, как строится смазанное изображение. Пусть самолёт летит вправо со скоростью \(v\), выдержка равна \(\tau = 0{,}1\) с. За время выдержки самолёт смещается на расстояние \(s = v\tau\).
Полная длина изображения. След на снимке оставляют все положения самолёта от начального до конечного. Хвост в начальный момент был в крайней левой точке, нос в конечный момент — в крайней правой. Между ними укладывается длина самолёта \(L\) плюс смещение \(v\tau\): \[ \ell_{\text{полн}} = L + v\tau. \]
Почему носик остаётся «резким». Посмотрим на конечное положение самолёта (штриховая линия). Всюду, где успел побывать фюзеляж — часть корпуса полной ширины, — снимок засвечен на полную ширину. Фюзеляж занимал полосу от хвоста до точки на расстоянии \(l=10\) м от носа, и эта полоса за время выдержки протянулась по снимку. А впереди неё торчит только носовой конус последнего положения: его никакая «широкая» часть не накрыла. Поэтому заострённая часть изображения имеет длину ровно \(l = 10\) м — независимо от скорости!
Масштаб. На фотографии заострённая часть занимает 1 см. Значит, масштаб снимка: \(1\ \text{см} \leftrightarrow 10\ \text{м}\). Тогда полное изображение длиной 5 см соответствует \[ L + v\tau = 5\cdot 10\ \text{м} = 50\ \text{м}. \]
Отсюда смещение за время выдержки: \[ v\tau = 50 - L = 50 - 30 = 20\ \text{м}, \qquad v = \frac{20\ \text{м}}{0{,}1\ \text{с}} = 200\ \text{м/с}. \]
Проверка. \(200\ \text{м/с} = 720\ \text{км/ч}\) — нормальная скорость реактивного самолёта. Разумно.Ответ \( v = 200\ \text{м/с} \).Радиолокатор
6/10Радиолокатор определяет координаты летящего самолёта, измеряя угол между направлением на Северный полюс и направлением на самолёт и расстояние от радиолокатора до самолёта. В некоторый момент времени положение самолёта определялось координатами: угол \(\alpha_1 = 44^\circ\), расстояние \(R_1 = 100\) км. Через промежуток времени 5 с после этого момента координаты самолёта на радиолокаторе: угол \(\alpha_2 = 46^\circ\), расстояние \(R_2 = 100\) км. Изобразите в декартовой системе координат с осью \(y\), направленной на север, и с радиолокатором в начале координат положение самолёта в оба момента времени; определите модуль и направление его скорости. Угол отсчитывайте по часовой стрелке.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Оба положения самолёта лежат на окружности радиуса \(R=100\) км. Перемещение — хорда, стягивающая маленький угол \(\Delta\alpha = 2^\circ\); её длина почти равна дуге \(R\,\Delta\alpha\).Положения самолёта и направление скорости. Углы \( \alpha_1,\ \alpha_2 \) на рисунке увеличены для наглядности. Перемещение. Расстояние до самолёта не изменилось: \(R_1 = R_2 = R = 100\) км, — обе точки лежат на окружности радиуса \(R\) с центром в радиолокаторе. Направление на самолёт повернулось на \(\Delta\alpha = 46^\circ - 44^\circ = 2^\circ\). Перемещение — хорда между точками 1 и 2. Из равнобедренного треугольника с боковыми сторонами \(R\) и углом \(\Delta\alpha\) при вершине: \[ |\Delta \vec r\,| = 2R\sin\frac{\Delta\alpha}{2} = 2\cdot 100\ \text{км}\cdot\sin 1^\circ. \]
Угол мал, поэтому \(\sin 1^\circ \approx \dfrac{\pi}{180} \approx 0{,}0175\) (хорда практически совпадает с дугой \(R\,\Delta\alpha\)): \[ |\Delta \vec r\,| \approx 2\cdot 100\cdot 0{,}0175 = 3{,}5\ \text{км}. \]
Скорость. \[ v = \frac{|\Delta \vec r\,|}{\Delta t} = \frac{3{,}5\ \text{км}}{5\ \text{с}} = 0{,}7\ \text{км/с} = 700\ \text{м/с}. \]
Направление. Хорда 1→2 перпендикулярна биссектрисе угла между направлениями на точки, т.е. направлению с азимутом \(45^\circ\) (северо-восток). Повернув северо-восток на \(90^\circ\) по часовой стрелке, получаем азимут \(135^\circ\) — самолёт летит на юго-восток.
Проверка. Самолёт со скоростью \(0{,}7\) км/с — быстрый сверхзвуковой; за 5 с он проходит 3,5 км — при удалении 100 км это как раз около \(2^\circ\). Всё сходится.Ответ \( v \approx 0{,}7\ \text{км/с} = 700\ \text{м/с} \); скорость направлена на юго-восток.Жук в комнате
6/10Через открытое окно в комнату влетел жук. Расстояние от жука до потолка менялось со скоростью 1 м/с, расстояние до стены, противоположной окну, — со скоростью 2 м/с, до боковой стены — со скоростью 2 м/с. Через 1 с полёта жук попал в угол между потолком и боковой стеной комнаты. Определите скорость полёта жука и место в окне, через которое он влетел в комнату. Высота комнаты 2,5 м, ширина 4 м, длина 4 м.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Потолок, боковая стена и противоположная стена — три взаимно перпендикулярные плоскости. Скорости изменения расстояний до них — это модули трёх компонент вектора скорости жука. Дальше работает теорема Пифагора в пространстве.Жук влетел в точке A и за 1 с долетел до ребра между потолком и боковой стеной. Скорость. Направим оси по рёбрам комнаты: ось \(x\) — к боковой стене, ось \(y\) — вглубь комнаты (к противоположной стене), ось \(z\) — вверх, к потолку. Расстояние до каждой из трёх взаимно перпендикулярных плоскостей меняется только за счёт соответствующей компоненты скорости. Значит, \[ |v_x| = 2\ \text{м/с},\qquad |v_y| = 2\ \text{м/с},\qquad |v_z| = 1\ \text{м/с}, \] а модуль скорости (жук летит по прямой — все три расстояния меняются равномерно): \[ v = \sqrt{v_x^2+v_y^2+v_z^2} = \sqrt{2^2+2^2+1^2} = \sqrt{9} = 3\ \text{м/с}. \]
Место влёта. Рассуждаем «с конца». В момент удара жук сидит на ребре между потолком и боковой стеной: расстояния до потолка и до боковой стены равны нулю. Эти расстояния уменьшались со скоростями 1 м/с и 2 м/с соответственно, а летел жук ровно 1 с. Значит, в момент влёта:
расстояние до потолка \(= 1\ \text{м/с}\cdot 1\ \text{с} = 1\ \text{м}\),
расстояние до боковой стены \(= 2\ \text{м/с}\cdot 1\ \text{с} = 2\ \text{м}\).Итак, жук влетел через точку окна, расположенную в 1 м от потолка и в 2 м от боковой стены. Заодно проверим, что это возможно: высота комнаты 2,5 м \(> 1\) м, ширина 4 м \(> 2\) м — точка действительно в пределах стены с окном. За 1 с жук продвинулся вглубь комнаты на 2 м \(< 4\) м — до противоположной стены не долетел, всё согласуется.
Ответ \( v = 3\ \text{м/с} \); жук влетел в точке окна на расстоянии 1 м от потолка и 2 м от боковой стены.Распад пи-мезона
6/10Счётчики \(A\) и \(B\), регистрирующие момент прихода \(\gamma\)-кванта, расположены на расстоянии 2 м друг от друга. В некоторой точке между ними произошёл распад \(\pi^0\)-мезона на два \(\gamma\)-кванта. Найдите положение этой точки, если счётчик \(A\) зарегистрировал \(\gamma\)-квант на \(10^{-9}\) с позднее, чем счётчик \(B\). Скорость света \(3\cdot10^{8}\) м/с.
К задаче 1.1.4 ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Оба \(\gamma\)-кванта летят с одинаковой скоростью \(c\). Разница во времени регистрации целиком объясняется разницей путей: до \(A\) лететь дальше ровно на \(c\,\Delta t\).Пусть распад произошёл на расстоянии \(x\) от счётчика \(A\); тогда до счётчика \(B\) осталось \(2 - x\) (в метрах). Кванты разлетелись одновременно, поэтому времена прихода: \[ t_A = t_0 + \frac{x}{c},\qquad t_B = t_0 + \frac{2-x}{c}. \]
По условию \(t_A - t_B = \Delta t = 10^{-9}\) с: \[ \frac{x - (2-x)}{c} = \Delta t \quad\Longrightarrow\quad 2x - 2 = c\,\Delta t . \]
Числа: \(c\,\Delta t = 3\cdot10^{8}\cdot 10^{-9} = 0{,}3\) м. Тогда \[ x = \frac{2 + 0{,}3}{2} = 1{,}15\ \text{м}. \]
Проверка. \(x=1{,}15\) м и \(2-x=0{,}85\) м: разность путей 0,3 м, кванты пролетают её за \(10^{-9}\) с — верно. И точка действительно между счётчиками.Ответ распад произошёл на расстоянии \(x = 1{,}15\) м от счётчика \(A\) (на 0,15 м ближе к \(B\), чем середина).Задача 1.1.5
6/10Три микрофона, расположенные на одной прямой в точках \(A\), \(B\), \(C\), зарегистрировали последовательно в моменты времени \(t_A > t_B > t_C\) звук от взрыва, который произошёл в точке \(O\), лежащей на отрезке \(AC\). Найдите отрезок \(AO\), если \(AB = BC = L\). В какой момент времени произошёл взрыв?
К задаче 1.1.5. Раз звук пришёл в \(C\) раньше всего, а в \(A\) — позже всего, точка \(O\) лежит между \(B\) и \(C\). ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Звук расходится из \(O\) во все стороны с одной и той же (неизвестной!) скоростью \(c\). Три момента прихода дают три уравнения, из которых находятся все три неизвестные: скорость звука, положение \(O\) и момент взрыва.Порядок прихода звука \(t_C < t_B < t_A\) означает, что \(O\) ближе всего к \(C\) и дальше всего от \(A\), т.е. \(O\) лежит между \(B\) и \(C\): расстояния до микрофонов равны \[ AO,\qquad BO = AO - L,\qquad CO = 2L - AO. \]
Пусть взрыв произошёл в момент \(t_0\), скорость звука \(c\). Тогда \[ t_A = t_0 + \frac{AO}{c},\qquad t_B = t_0 + \frac{AO-L}{c},\qquad t_C = t_0 + \frac{2L-AO}{c}. \]
Шаг 1. Скорость звука. Вычтем второе уравнение из первого — неизвестные \(t_0\) и \(AO\) уйдут: \[ t_A - t_B = \frac{L}{c} \quad\Longrightarrow\quad c = \frac{L}{t_A - t_B}. \]
Шаг 2. Положение точки \(O\). Теперь вычтем третье из первого: \[ t_A - t_C = \frac{AO - (2L - AO)}{c} = \frac{2\,AO - 2L}{c} \quad\Longrightarrow\quad AO = L + \frac{c\,(t_A - t_C)}{2}. \] Подставим \(c\) из шага 1: \[ AO = L + \frac{L\,(t_A-t_C)}{2\,(t_A-t_B)} = L\,\frac{2(t_A-t_B) + (t_A-t_C)}{2(t_A-t_B)} = L\,\frac{3t_A - 2t_B - t_C}{2\,(t_A - t_B)}. \]
Шаг 3. Момент взрыва. Удобнее всего выразить из уравнения для \(t_B\): \[ t_0 = t_B - \frac{AO - L}{c} = t_B - \frac{1}{c}\cdot\frac{c(t_A-t_C)}{2} = t_B - \frac{t_A - t_C}{2}. \]
Проверка. Симметричный случай: если \(O\) — середина \(BC\), то \(BO = CO = L/2\) и звук приходит в \(B\) и \(C\) одновременно: \(t_B = t_C\). Формула даёт \(AO = L\cdot\frac{3t_A-2t_B-t_B}{2(t_A-t_B)} = \frac{3L}{2}\) — действительно середина \(BC\). Сходится.Ответ \( AO = L\,\dfrac{3t_A - 2t_B - t_C}{2\,(t_A - t_B)} \); взрыв произошёл в момент \( t_0 = t_B - \dfrac{t_A - t_C}{2} \).Колонна и тренер
6/10Спортсмены бегут колонной длины \(l\) со скоростью \(v\). Навстречу бежит тренер со скоростью \(u < v\). Каждый спортсмен, поравнявшись с тренером, разворачивается и начинает бежать назад с той же по модулю скоростью. Какова будет длина колонны, когда все спортсмены развернутся?
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Каждый спортсмен разворачивается в момент встречи с тренером. Значит, вся колонна «переворачивается» за время, за которое тренер пройдёт её насквозь, а новая длина — это расстояние между местом разворота первого бегуна (он уже убежал назад) и местом разворота последнего.Вверху — момент встречи тренера с головным бегуном, внизу — момент разворота замыкающего. Направим ось \(x\) по ходу колонны и начнём отсчёт времени в момент, когда тренер поравнялся с головным бегуном; пусть это произошло в точке \(x=0\). Замыкающий в этот момент находится в точке \(x=-l\).
Когда развернётся последний? Тренер и замыкающий движутся навстречу друг другу, скорость сближения \(v+u\), расстояние между ними \(l\): \[ T = \frac{l}{v+u}. \] Место встречи — там, куда тренер успел дойти: \[ x_{\text{посл}} = -uT = -\frac{ul}{v+u}. \]
Где к этому времени головной? Он развернулся ещё в момент \(t=0\) в точке \(x=0\) и всё время \(T\) бежал назад со скоростью \(v\): \[ x_{\text{перв}} = -vT = -\frac{vl}{v+u}. \]
Длина колонны. Теперь вся колонна бежит назад; впереди неё — бывший головной, позади — только что развернувшийся замыкающий: \[ l' = x_{\text{посл}} - x_{\text{перв}} = \frac{vl}{v+u} - \frac{ul}{v+u} = l\,\frac{v-u}{v+u}. \]
Проверка. Если тренер стоит (\(u=0\)), каждый бегун разворачивается в одной и той же точке — длина колонны не меняется: \(l'=l\). Если \(u\to v\), то \(l'\to 0\): развернувшиеся бегуны движутся вместе с тренером, и колонна «сворачивается» в точку. Оба предельных случая разумны.Ответ \( l' = l\,\dfrac{v-u}{v+u} \).Эхолот подводной лодки
6/10С подводной лодки, погружающейся вертикально и равномерно, испускаются звуковые импульсы длительностью \(\tau_0\). Длительность приёма отражённого от дна импульса \(\tau\). Скорость звука в воде \(c\). С какой скоростью погружается подводная лодка?
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Следим не за «звуком вообще», а за передним и задним фронтами импульса. Пока лодка излучает, она догоняет свой собственный звук — импульс в воде короче, чем \(c\tau_0\). При приёме лодка движется навстречу отражённому импульсу — и «проглатывает» его быстрее.Импульс «сжимается» уже при излучении: лодка догоняет свой звук. Пусть лодка погружается со скоростью \(v\).
Излучение. Передний фронт импульса ушёл вниз в момент \(t=0\); задний — в момент \(\tau_0\), но уже из точки, которая на \(v\tau_0\) ниже. К моменту \(\tau_0\) передний фронт ушёл на глубину \(c\tau_0\), поэтому пространственная длина импульса в воде \[ s = c\tau_0 - v\tau_0 = (c-v)\,\tau_0 . \]
Отражение. Дно неподвижно: оно просто «разворачивает» импульс вверх, не меняя его длину \(s\).
Приём. Импульс длиной \(s\) поднимается со скоростью \(c\), а лодка идёт ему навстречу со скоростью \(v\). Приём длится, пока мимо лодки не пройдёт весь импульс — от переднего фронта до заднего. Лодка и задний фронт сближаются со скоростью \(c+v\): \[ \tau = \frac{s}{c+v} = \tau_0\,\frac{c-v}{c+v}. \]
Выражаем скорость. \[ \tau (c+v) = \tau_0 (c - v) \quad\Longrightarrow\quad v\,(\tau_0 + \tau) = c\,(\tau_0 - \tau) \quad\Longrightarrow\quad v = c\,\frac{\tau_0 - \tau}{\tau_0 + \tau}. \]
Проверка. Если \(\tau = \tau_0\), то \(v=0\) — неподвижная лодка принимает импульс той же длительности. Если лодка почти догоняет звук (\(v\to c\)), то \(\tau\to 0\). Разумно. Заодно видно: раз \(\tau < \tau_0\), лодка действительно погружается, а не всплывает.Ответ \( v = c\,\dfrac{\tau_0 - \tau}{\tau_0 + \tau} \).Транспортёр и счётчик
6/10Лента транспортёра имеет скорость \(w\). Над лентой движется автомат, выбрасывающий \(\nu\) шариков в единицу времени. Шарики прилипают к ленте. Счётчик с фотоэлементом считает только шарики, прошедшие непосредственно под ним. Сколько шариков сосчитает счётчик за единицу времени, если скорость автомата \(v < w\), скорость счётчика \(u < w\)?
К задаче 1.1.8. Лента быстрее автомата, поэтому упавшие шарики убегают вперёд. ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Сначала выясним, с каким шагом \(d\) шарики лежат на ленте, а потом посчитаем, как часто они проезжают под движущимся счётчиком. Оба раза работает одна и та же мысль: важна относительная скорость.Шаг между шариками. Шарики падают через промежутки времени \(1/\nu\). Как только шарик прилип, он движется со скоростью ленты \(w\) и уезжает от автомата с относительной скоростью \(w - v\). К моменту падения следующего шарика предыдущий успевает отъехать на \[ d = \frac{w-v}{\nu}. \] Это и есть расстояние между соседними шариками на ленте.
Счёт шариков. Мимо счётчика цепочка шариков проезжает с относительной скоростью \(w - u\). За единицу времени под ним проходит участок ленты длиной \(w-u\), на котором лежит \[ \nu' = \frac{w-u}{d} = \nu\,\frac{w-u}{w-v} \] шариков.
Проверка. Если \(u = v\), счётчик движется как автомат и считает ровно \(\nu\) шариков — верно. Если \(u \to w\), счётчик едет вместе с лентой и не встречает новых шариков: \(\nu' \to 0\). Всё сходится.Ответ \( \nu' = \nu\,\dfrac{w-u}{w-v} \).Детонация: стержень и конус
6/10а. Из взрывчатого вещества изготовлен стержень длины \(l\). Скорость детонации (скорость вовлечения во взрыв новых участков взрывчатого вещества) равна \(v\), а скорость разлёта продуктов взрыва \(u < v\). Как изменяется со временем область, занятая продуктами взрыва, если стержень подрывается с одного из концов? Сделайте рисунок.
б*. Из этого же взрывчатого вещества нужно изготовить такую тонкостенную коническую оболочку, чтобы при подрыве её с вершины продукты взрыва одновременно ударили по плите. Какой угол между осью конуса и образующей нужно выбрать?
К задаче 1.1.9 б: коническая оболочка на плите; подрыв — с вершины. ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Каждый участок взрывчатки «включается» не сразу, а когда до него добежит волна детонации. С этого момента его продукты разлетаются во все стороны — граница их области есть сфера, растущая со скоростью \(u\). Полная область — объединение таких сфер, а её граница — огибающая: конус.а. Стержень. Пусть детонация началась в момент \(t=0\) на левом конце (точка \(x=0\)). Участок стержня с координатой \(x\) взрывается в момент \(x/v\), и к моменту \(t\) его продукты занимают шар радиуса \(u\,(t - x/v)\) с центром в точке \(x\).
Пока детонация ещё бежит по стержню (\(t < l/v\)):
— вокруг левого конца выросла самая большая сфера радиуса \(ut\);
— у самого фронта (точка \(x = vt\)) сфера имеет нулевой радиус;
— все промежуточные сферы вписаны в конус с вершиной на фронте детонации.Половинный угол конуса \(\theta\) найдём из прямоугольного треугольника: сфера, родившаяся в точке \(x\), выросла до радиуса \(u(t-x/v)\), а её центр отстоит от вершины конуса на \(v(t - x/v)\). Отношение катета к гипотенузе одно и то же для всех сфер: \[ \sin\theta = \frac{u\,(t-x/v)}{v\,(t-x/v)} = \frac{u}{v}, \] поэтому конус общий — это и есть огибающая. Итак, при \(t < l/v\) область продуктов — конус с вершиной на расстоянии \(vt\) от подорванного конца, гладко переходящий в сферу радиуса \(ut\) вокруг этого конца.
При \(t > l/v\) детонация закончилась: остаются две сферы — радиуса \(ut\) вокруг левого конца и радиуса \(u(t - l/v)\) вокруг правого, — соединённые общей касательной конической поверхностью.
Область, занятая продуктами взрыва: конус с вершиной на фронте детонации, переходящий в сферу; после окончания детонации — две сферы с касательным конусом. б*. Коническая оболочка. Пусть образующая конуса составляет угол \(\alpha\) с осью, высота конуса \(H\), детонация идёт от вершины вдоль образующей со скоростью \(v\).
Элемент оболочки на расстоянии \(s\) от вершины: его продукты добегают до плиты по вертикали. Элемент оболочки, отстоящий на \(s\) от вершины вдоль образующей, детонирует в момент \(s/v\). Его высота над плитой равна \(H - s\cos\alpha\). Продукты разлетаются сферой со скоростью \(u\); плиты первой касается нижняя точка сферы, т.е. продукты «падают» на плиту по кратчайшей — вертикали. Момент удара продуктов этого элемента: \[ t(s) = \underbrace{\frac{s}{v}}_{\text{детонация дошла}} + \underbrace{\frac{H - s\cos\alpha}{u}}_{\text{полёт продуктов}} = \frac{H}{u} + s\left(\frac{1}{v} - \frac{\cos\alpha}{u}\right). \]
Это линейная функция \(s\). Чтобы все элементы ударили одновременно, коэффициент при \(s\) должен обратиться в нуль: \[ \frac{1}{v} = \frac{\cos\alpha}{u} \quad\Longrightarrow\quad \boxed{\ \cos\alpha = \frac{u}{v}\ } \]
Проверка. Так как \(u < v\), нужный угол всегда существует. Смысл прозрачен: детонация «спускается» к плите со скоростью \(v\cos\alpha\) (вертикальная составляющая движения фронта по образующей), и она должна равняться скорости \(u\), с которой продукты сами летят вниз, — тогда запаздывание подрыва в точности компенсируется меньшим оставшимся путём.Ответ а) при \(t < l/v\) — конус с вершиной на фронте детонации (на расстоянии \(vt\) от подорванного конца), переходящий в касающуюся его сферу радиуса \(ut\); при \(t > l/v\) — две сферы радиусов \(ut\) и \(u(t-l/v)\) вокруг концов стержня с касательной к ним конической поверхностью. б) \(\cos\alpha = u/v\).Задача 1.1.10
6/10По прямому шоссе идёт автобус с постоянной скоростью \(v\). Вы заметили автобус, когда тот находился в некоторой точке \(A\). Из какой области около шоссе вы можете догнать этот автобус, если ваша скорость бега \(u < v\)? Нарисуйте эту область для \(u = v/2\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Бежать выгодно по прямой — в точку \(X\) на шоссе, куда вы и автобус прибудете одновременно. Успеете ли вы, решает теорема синусов в треугольнике \(APX\): отношение \(PX/AX\) не может быть меньше \(\sin\theta\).Область «успею догнать» — угол раствора \(2\alpha\), \(\alpha=\arcsin(u/v)\), с вершиной в точке \(A\), симметричный относительно шоссе. Для точки \(P\) на границе единственный шанс — бежать перпендикулярно \(AP\), в точку \(X\). Пусть вы находитесь в точке \(P\); обозначим \(\theta\) угол между направлением \(AP\) и шоссе (по ходу автобуса). Вы бежите по прямой в некоторую точку \(X\) на шоссе. Автобус приходит в \(X\) через время \(AX/v\), вы — через \(PX/u\). Успеть — значит \[ \frac{PX}{u} \le \frac{AX}{v} \quad\Longleftrightarrow\quad \frac{PX}{AX} \le \frac{u}{v}. \]
В треугольнике \(APX\) по теореме синусов \[ \frac{PX}{\sin\theta} = \frac{AX}{\sin\angle APX} \quad\Longrightarrow\quad \frac{PX}{AX} = \frac{\sin\theta}{\sin\angle APX} \ \ge\ \sin\theta, \] причём наименьшее значение \(PX/AX = \sin\theta\) достигается, когда \(\angle APX = 90^\circ\) — бежать надо перпендикулярно направлению \(AP\). (Отдельно заметим: если \(\theta > 90^\circ\) — точка \(P\) «позади» перпендикуляра к шоссе в точке \(A\), — то в треугольнике \(APX\) угол при вершине \(A\) тупой, против него лежит наибольшая сторона, т.е. \(PX > AX\) при любом выборе \(X\), и догнать автобус заведомо нельзя.)
Итак, догнать автобус можно тогда и только тогда, когда \[ \sin\theta \le \frac{u}{v} \quad\Longleftrightarrow\quad \theta \le \alpha = \arcsin\frac{u}{v}. \] Такие точки \(P\) (по обе стороны шоссе) заполняют угол раствора \[ 2\alpha = 2\arcsin\frac{u}{v} \] с вершиной в точке \(A\), биссектриса которого — шоссе (по ходу автобуса).
Для \(u = v/2\): \(\alpha = \arcsin\tfrac12 = 30^\circ\), т.е. область — угол в \(60^\circ\) с вершиной в \(A\) (как на рисунке).
Проверка. Точки самого шоссе впереди автобуса (\(\theta = 0\)) подходят всегда — можно просто стоять и ждать. Если \(u \to v\), угол стремится к \(180^\circ\): годится почти вся плоскость впереди. Если \(u \ll v\) — только узкий клин у шоссе. Разумно.Ответ из области, ограниченной углом \(2\arcsin(u/v)\) с вершиной в точке \(A\), биссектриса которого — шоссе (по направлению движения автобуса). При \(u = v/2\) это угол \(60^\circ\).Задача 1.1.11
6/10Сверхзвуковой самолёт летит горизонтально. Два микрофона, находящиеся на одной вертикали на расстоянии \(l\) друг от друга, зарегистрировали приход звука от самолёта, пролетающего над микрофонами, с запаздыванием времени \(\Delta t\). Скорость звука в воздухе \(c\). Какова скорость самолёта?
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Звук сверхзвукового самолёта приходит не «из точки», а в виде конуса Маха, который жёстко связан с самолётом и движется вместе с ним со скоростью \(v\). Микрофон слышит хлопок в тот момент, когда поверхность конуса проходит через него. Значит, \(\Delta t\) — это время, за которое конус «сползает» с верхнего микрофона на нижний.Фронт (конус Маха) — огибающая звуковых сфер, испущенных в прежних точках траектории; \(\sin\alpha = c/v\). Верхний микрофон фронт уже прошёл, нижний — ещё нет. Угол Маха. Построим фронт. Звук, испущенный самолётом в некоторой точке, за время \(t\) расходится сферой радиуса \(ct\); сам самолёт за это время улетает вперёд на \(vt > ct\). Общая огибающая всех сфер — конус с вершиной в самолёте; из прямоугольного треугольника «радиус сферы — путь самолёта»: \[ \sin\alpha = \frac{ct}{vt} = \frac{c}{v}. \]
Запаздывание. Конус движется горизонтально вместе с самолётом. Его образующая наклонена к горизонту под углом \(\alpha\), поэтому точка пересечения фронта с вертикалью микрофонов опускается: когда конус смещается по горизонтали на \(\Delta x\), эта точка опускается на \(\Delta x\,\tg\alpha\). Фронту нужно опуститься на \(l\) — для этого самолёт должен пролететь \(l/\tg\alpha\): \[ \Delta t = \frac{l}{v\,\tg\alpha}. \]
Собираем ответ. Из \(\sin\alpha = c/v\): \[ \tg\alpha = \frac{\sin\alpha}{\sqrt{1-\sin^2\alpha}} = \frac{c}{\sqrt{v^2 - c^2}} \quad\Longrightarrow\quad \Delta t = \frac{l\,\sqrt{v^2-c^2}}{v\,c}. \] Возведём в квадрат и решим относительно \(v\): \[ c^2 v^2 \Delta t^2 = l^2 v^2 - l^2 c^2 \quad\Longrightarrow\quad v^2 \left(l^2 - c^2 \Delta t^2\right) = l^2 c^2, \] \[ v = \frac{c\,l}{\sqrt{l^2 - c^2\,\Delta t^2}}. \]
Проверка. Если \(\Delta t \to 0\), то \(v \to c\): у едва сверхзвукового самолёта конус раскрыт почти в плоскость, и она накрывает оба микрофона практически одновременно. Если \(\Delta t \to l/c\), то \(v \to \infty\): звук приходит как от мгновенно пролетевшей «звуковой стены». Заодно видно условие задачи: обязательно \(c\,\Delta t < l\).Ответ \( v = \dfrac{c\,l}{\sqrt{l^2 - c^2\,\Delta t^2}} \).Точка пересечения стержней
6/10Два стержня пересекаются под углом \(2\alpha\) и движутся с равными скоростями \(v\) перпендикулярно самим себе. Какова скорость точки пересечения стержней?
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Точка пересечения — не «материальная точка», а геометрическое место. По симметрии она бежит вдоль биссектрисы. Свяжем её смещение со смещением стержня: проекция перемещения точки пересечения на нормаль к стержню обязана равняться перемещению самого стержня.За время \(\Delta t\) каждый стержень сдвигается на \(v\,\Delta t\) по своей нормали (штриховые линии); точка пересечения перемещается по биссектрисе из \(P\) в \(P'\). Пусть стержни симметричны относительно биссектрисы угла между ними; каждый составляет с ней угол \(\alpha\). Скорости стержней направлены по нормалям «наружу» (см. рисунок), поэтому по симметрии точка пересечения движется вдоль биссектрисы. Обозначим её перемещение за время \(\Delta t\) через \(d = PP'\).
Точка \(P'\) обязана лежать на новом положении первого стержня. Стержень — прямая; она сместилась вдоль своей нормали на \(v\,\Delta t\). Значит, расстояние от \(P\) до новой прямой равно \(v\,\Delta t\), а перемещение \(d\) наклонено к этой прямой: его проекция на нормаль стержня и есть \(v\,\Delta t\). Угол между биссектрисой и стержнем равен \(\alpha\), значит угол между биссектрисой и нормалью равен \(90^\circ - \alpha\), и \[ d\,\cos(90^\circ - \alpha) = v\,\Delta t \quad\Longrightarrow\quad d\,\sin\alpha = v\,\Delta t. \]
Скорость точки пересечения: \[ u = \frac{d}{\Delta t} = \frac{v}{\sin\alpha}. \]
Проверка. Перпендикулярные стержни (\(2\alpha = 90^\circ\)): \(u = v/\sin 45^\circ = v\sqrt2\) — точка пересечения сдвигается по диагонали квадрата со стороной \(v\,\Delta t\), что очевидно и без формулы. При \(\alpha \to 0\) (стержни почти параллельны) \(u \to \infty\) — знакомый «эффект ножниц»: точка реза убегает сколь угодно быстро. При \(2\alpha \to 180^\circ\) стержни вытягиваются почти в одну прямую и \(u \to v\). Все предельные случаи разумны.Ответ \( u = \dfrac{v}{\sin\alpha} \) — вдоль биссектрисы угла между стержнями.График x(t) → график v(t)
6/10По графику зависимости координаты от времени постройте график зависимости скорости от времени.
К задаче 1.1.13 ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея При равномерном движении скорость — это угловой коэффициент (наклон) графика \(x(t)\): \(v = \Delta x/\Delta t\). График состоит из отрезков прямых — значит, на каждом участке скорость постоянна, а её график — «ступеньки».График — «пила»: координата всё время ходит между \(-5\) и \(10\) м, так что размах каждого участка один и тот же, \(|\Delta x| = 15\) м. Различаются участки только длительностью: подъёмы короткие (\(0{,}75\) с), спуски вдвое длиннее (\(1{,}5\) с), а вершины пилы приходятся на моменты \(t = -2{,}25;\; -1{,}5;\; 0;\; 0{,}75;\; 2{,}25;\; 3;\; 4{,}5\) с. Считаем наклон:
подъём (например, от \(0\) до \(0{,}75\) с): \(x\) выросла с \(-5\) до \(10\) м за \(0{,}75\) с: \(v = \dfrac{10-(-5)}{0{,}75} = +20\) м/с;
спуск (например, от \(0{,}75\) до \(2{,}25\) с): \(x\) упала с \(10\) до \(-5\) м за \(1{,}5\) с: \(v = \dfrac{-5-10}{1{,}5} = -10\) м/с.График скорости: ступеньки, равные наклонам участков \(x(t)\). Проверка. Площадь под \(v(t)\) (со знаком) на любом участке равна изменению координаты: спуск \(-10\cdot 1{,}5 = -15\) м (координата падает с 10 до \(-5\) м), подъём \(+20\cdot 0{,}75 = +15\) м (возвращается с \(-5\) до 10 м) — пила замыкается ✓. Заодно видно, что средняя скорость за период равна нулю.Ответ см. график: \(v = +20\) м/с на участках подъёма (\(-2{,}25 < t < -1{,}5\); \(0 < t < 0{,}75\); \(2{,}25 < t < 3\) с) и \(v = -10\) м/с на участках спуска (\(-1{,}5 < t < 0\); \(0{,}75 < t < 2{,}25\); \(3 < t < 4{,}5\) с).Встреча двух частиц
6/10Найдите с помощью графиков зависимости координаты от времени момент времени и место соударения частиц, движущихся по одной прямой. Скорость первой частицы \(v\), скорость второй \(v/2\). Первая частица в момент времени \(t = 0\) имела координату \(x = 0\), вторая в момент времени \(t_1\) — координату \(x = a\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Графики движения обеих частиц — прямые; соударение — точка их пересечения. Запишем уравнения прямых и найдём пересечение.Соударение — пересечение графиков движения. Уравнения движения (графики — прямые): \[ x_1(t) = v\,t, \qquad x_2(t) = a + \frac{v}{2}\,(t - t_1). \]
В момент соударения \(t'\) координаты равны: \[ v\,t' = a + \frac{v}{2}\,(t' - t_1) \quad\Longrightarrow\quad \frac{v}{2}\,t' = a - \frac{v\,t_1}{2} \quad\Longrightarrow\quad t' = \frac{2a - v\,t_1}{v}. \]
Место соударения — подставим \(t'\) в \(x_1\): \[ x' = v\,t' = 2a - v\,t_1. \]
Проверка. Встреча впереди (\(t' > 0\)) существует, если \(2a > vt_1\) — первая частица должна догонять вторую с «форой» не слишком большой. Если \(a = vt_1\) (вторая стартует прямо с траектории первой в момент, когда та уже там), то \(t' = t_1\), \(x' = a\) — встреча в точке старта второй. Сходится.Ответ \( t' = \dfrac{2a - v t_1}{v},\qquad x' = 2a - v t_1 \) (пересечение прямых \(x_1 = vt\) и \(x_2 = a + v(t-t_1)/2\) на графике).График v(t) → график x(t)
6/10По графикам зависимости скорости от времени постройте графики зависимости координаты от времени. Найдите в случаях б и в среднюю скорость за большое время.
К задаче 1.1.15 (графики перерисованы по 3-му изданию; масштаб: клетка = 2 м/с × 2 с). ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Изменение координаты равно площади под графиком скорости (площадь под осью — со знаком «минус»). Скорость кусочно-постоянна, поэтому \(x(t)\) — ломаная: каждой «ступеньке» скорости отвечает отрезок с соответствующим наклоном.Случай а. Считываем график (клетка = 2 м/с × 2 с): \(v = +4\) м/с при \(-6 < t < -2\); \(v = +1\) м/с при \(-2 < t < 2\); \(v = -2\) м/с при \(2 < t < 10\); в остальное время скорость нулевая. Известна точка \(x(0) = 2\) м — от неё и идём по участкам в обе стороны:
при \(-2 < t < 2\) наклон \(+1\) м/с: \(x(-2) = 2 - 1\cdot 2 = 0\), \(x(2) = 2 + 1\cdot 2 = 4\) м — пологий «гребень» графика;
при \(-6 < t < -2\) наклон \(+4\) м/с: \(x(-6) = 0 - 4\cdot 4 = -16\) м; до \(t = -6\) с тело покоилось в точке \(-16\) м;
при \(2 < t < 10\) — спуск с наклоном \(-2\) м/с до \(x(10) = 4 - 2\cdot 8 = -12\) м; после \(t = 10\) с — покой в точке \(-12\) м.Случай б. Скорость периодически прыгает между \(+2\) и \(-2\) м/с (по 2 с). График \(x(t)\) — «пила»: подъёмы на \(+4\) м сменяются спусками на \(-4\) м. Тело мечется между \(x=-1\) м и \(x=3\) м. За каждый период смещение равно нулю, поэтому средняя скорость за большое время \[ v_{\text{ср}}^{\,(б)} = 0. \]
Случай в. Теперь скорости чередуются те же 2 с, но несимметричны по величине: \(+3\) м/с сменяется \(-1\) м/с. За период \(T = 4\) с тело смещается на \(\Delta x = 3\cdot 2 - 1\cdot 2 = 4\) м. График — поднимающаяся «пила» (подъёмы на 6 м, спуски на 2 м), и \[ v_{\text{ср}}^{\,(в)} = \frac{\Delta x}{T} = \frac{4\ \text{м}}{4\ \text{с}} = 1\ \text{м/с}. \]
Графики координаты: а — из \(-16\) м крутой подъём, пологий «гребень» с вершиной \(+4\) м и долгий спуск до \(-12\) м; б — пила между \(-1\) и \(3\) м; в — восходящая пила со средним наклоном 1 м/с. Проверка (случай в). За 8 с (два периода) тело из \(x=-1\) попадает в \(x=7\) м: смещение 8 м, средняя скорость \(8/8 = 1\) м/с ✓.Ответ графики — см. рисунок; средняя скорость за большое время: б) \(v_{\text{ср}} = 0\); в) \(v_{\text{ср}} = 1\) м/с.Траектория по графикам скоростей
6/10Частица движется в одной плоскости. По графикам зависимости от времени проекций \(v_x\) и \(v_y\) скорости постройте траекторию частицы, если \(x(0) = 2\) м, \(y(0) = 1\) м.
К задаче 1.1.16 (графики перерисованы по 3-му изданию). ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея На каждом промежутке обе проекции скорости постоянны — значит, траектория состоит из отрезков прямых. Смещения за секунду: \(\Delta x = v_x \cdot 1\,\)с, \(\Delta y = v_y \cdot 1\,\)с. Идём шаг за шагом от точки \((2;\,1)\).Выпишем скорость по секундам и сдвигаем точку:
\(0\!-\!1\) с: \(v_x=-1\), \(v_y=0\): из \((2;1)\) в \((1;1)\) — влево;
\(1\!-\!2\) с: \(v_x=+1\), \(v_y=+1\): из \((1;1)\) в \((2;2)\) — по диагонали вправо-вверх (скорость \(\sqrt2\) м/с);
\(2\!-\!3\) с: \(v_x=0\), \(v_y=+1\): из \((2;2)\) в \((2;3)\) — вверх;
\(3\!-\!4\) с: \(v_x=-1\), \(v_y=0\): из \((2;3)\) в \((1;3)\) — влево.Траектория частицы: ломаная из четырёх звеньев. Проверка. Конечная точка: \(x = 2 -1 +1 +0 -1 = 1\) м, \(y = 1 + 0 + 1 + 1 + 0 = 3\) м — совпадает с концом ломаной \((1;3)\).Ответ траектория — ломаная \((2;1)\to(1;1)\to(2;2)\to(2;3)\to(1;3)\) (см. рисунок).Луч осциллографа
6/10Движение луча по экрану осциллографа описывается графиками зависимости координат \(x\) и \(y\) от времени. Какая картина возникнет на экране при \(\tau_y = \tau_x\), \(\tau_x/3\), \(3\tau_x\)? Рассмотрите два случая (см. рисунок). В случае а горизонтальные линии на экране почти не видны. Почему? При каком соотношении \(\tau_x\) и \(\tau_y\) в случае б траектория луча на экране будет замкнутой?
К задаче 1.1.17: а — пилообразная развёртка по \(x\) (обратный ход мгновенный), б — симметричная треугольная развёртка; по \(y\) в обоих случаях треугольные колебания. По горизонтальной оси каждого графика отложено время \(t\). ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Экран — плоскость \((x,y)\); луч рисует параметрическую кривую. Обе координаты — кусочно-линейные функции времени, поэтому картинка складывается из отрезков прямых. Достаточно отметить моменты, когда \(x\) или \(y\) достигают краёв, и соединить точки.Случай а (пилообразная развёртка). За один прямой ход луч равномерно проходит слева направо; затем мгновенно возвращается.
\(\tau_y = \tau_x\): за один ход \(y\) успевает подняться от \(-l\) до \(l\) (за \(\tau_x/2\)) и спуститься обратно — «шалаш»;
\(\tau_y = \tau_x/3\): за один ход — три полных колебания \(y\): зигзаг с тремя вершинами;
\(\tau_y = 3\tau_x\): теперь за одно колебание \(y\) луч трижды пробегает экран: три пологих линии, наложенные друг на друга (вверх, «шалашик», вниз).Случай б (треугольная развёртка). Обратный ход луча такой же медленный, и он тоже рисует. При \(\tau_y = \tau_x\) (и сдвиге фаз на четверть периода, как на графиках) прямой ход рисует верхнюю «галочку», обратный — нижнюю: получается ромб. При \(\tau_y = \tau_x/3\) и \(\tau_y = 3\tau_x\) прямой и обратный ходы дают зигзаги, наложение которых — «плетёнка» из ромбов.
Картины на экране. Слева (случай а) пунктиром показаны едва заметные линии обратного хода. Почему в случае а горизонтальные линии почти не видны. Обратный ход происходит «мгновенно»: луч пробегает горизонтальную линию за ничтожное время, и на единицу длины экрана попадает очень мало электронов. Яркость свечения люминофора пропорциональна времени облучения — линия обратного хода получается практически тёмной.
Когда траектория в случае б замкнута. Луч возвращается в исходную точку с исходным направлением движения, когда целое число периодов \(x\) укладывается в целое число периодов \(y\): \(n\,\tau_x = m\,\tau_y\), т.е. отношение \[ \frac{\tau_y}{\tau_x} = \frac{n}{m} \] — любое рациональное число (\(m\), \(n\) — целые). Тогда картинка периодически повторяется — кривая замкнута. При иррациональном отношении луч постепенно «заштриховывает» весь прямоугольник \(2L \times 2l\).
Ответ картины — см. рисунок; горизонтальные линии в случае а не видны, потому что луч пробегает их почти мгновенно и почти не засвечивает люминофор; в случае б траектория замкнута при рациональном отношении \(\tau_y/\tau_x = n/m\).Задача 1.1.18
6/10Автомобиль удаляется со скоростью \(v\) от длинной стены, двигаясь под углом \(\alpha\) к ней. В момент, когда расстояние до стены равно \(l\), шофёр подаёт короткий звуковой сигнал. Какое расстояние пройдёт автомобиль до момента, когда шофёр услышит эхо? Скорость звука в воздухе \(c\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Отражённый от стены звук — это в точности прямой звук от зеркального изображения источника за стеной. Значит, эхо догонит машину тогда, когда расстояние от изображения \(E'\) до машины станет равным \(c\,t\). Остаётся теорема Пифагора.Путь эха \(E \to W \to C\) выпрямляется в отрезок \(E' C\): отражение заменяем «зеркальным» источником \(E'\). Пусть сигнал подан в точке \(E\), а эхо услышано через время \(t\) в точке \(C\). Разложим перемещение машины на составляющие вдоль стены и поперёк: \[ \text{вдоль стены: } vt\cos\alpha, \qquad \text{от стены: } vt\sin\alpha. \]
Изображение \(E'\) лежит за стеной на расстоянии \(l\), т.е. на \(2l\) от точки \(E\) по перпендикуляру. Расстояние по перпендикуляру от \(E'\) до \(C\): \(2l + vt\sin\alpha\); вдоль стены: \(vt\cos\alpha\). Эхо в пути время \(t\), значит \(E'C = ct\). По теореме Пифагора: \[ c^2t^2 = \left(2l + vt\sin\alpha\right)^2 + \left(vt\cos\alpha\right)^2. \]
Раскроем скобки (\(\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1\)): \[ c^2t^2 = 4l^2 + 4lv\sin\alpha\; t + v^2t^2 \quad\Longrightarrow\quad (c^2 - v^2)\,t^2 - 4lv\sin\alpha\; t - 4l^2 = 0. \]
Квадратное уравнение относительно \(t\); берём положительный корень: \[ t = \frac{4lv\sin\alpha + \sqrt{16l^2v^2\sin^2\alpha + 16l^2(c^2-v^2)}}{2(c^2-v^2)} = \frac{2l\left(v\sin\alpha + \sqrt{c^2 - v^2\cos^2\alpha}\right)}{c^2-v^2}. \]
Искомое расстояние: \[ x = vt = \frac{2lv\left(v\sin\alpha + \sqrt{c^2 - v^2\cos^2\alpha}\right)}{c^2 - v^2}. \]
Проверка. При \(\alpha = 90^\circ\) (едет прямо от стены): \(x = \dfrac{2lv(v+c)}{c^2-v^2} = \dfrac{2lv}{c-v}\) — классический результат: звук «догоняет» машину. При \(\alpha = 0\) (вдоль стены): \(x = \dfrac{2lv}{\sqrt{c^2-v^2}}\). При \(v \ll c\): \(x \approx 2lv/c\) — эхо возвращается через \(2l/c\), машина почти не успевает уехать. Всё разумно.Ответ \( x = \dfrac{2lv\left(v\sin\alpha + \sqrt{c^2 - v^2\cos^2\alpha}\right)}{c^2 - v^2} \).Два упругих удара
6/10На какой угол изменится направление скорости шара после двух упругих ударов о стенки, угол между которыми равен \(\alpha\)? Как полетит шар, если угол \(\alpha = \pi/2\)? Движение происходит в плоскости, перпендикулярной стенкам. При упругом ударе о гладкую неподвижную стенку угол падения шара равен углу отражения.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Упругий удар о стенку — это зеркальное отражение направления скорости относительно стенки. А два зеркальных отражения относительно прямых, пересекающихся под углом \(\alpha\), — это поворот на \(2\alpha\).После двух ударов направление скорости повёрнуто на \(2\alpha\). При каждом ударе составляющая скорости вдоль стенки сохраняется, а перпендикулярная стенке меняет знак. Это в точности зеркальное отражение вектора скорости относительно направления стенки.
Проследим за углами. Будем измерять направление скорости углом \(\gamma\), отсчитанным от первой стенки (с учётом знака). Отражение относительно первой стенки меняет знак этого угла: \[ \gamma \ \longrightarrow\ -\gamma. \] Вторая стенка составляет с первой угол \(\alpha\). Отражение относительно неё зеркально переворачивает направление вокруг уровня \(\alpha\): угол \(\delta\) относительно второй стенки переходит в \(-\delta\), а в пересчёте на первую стенку это \[ \gamma \ \longrightarrow\ 2\alpha - \gamma. \] Выполним оба отражения подряд: \[ \gamma \ \xrightarrow{\ \text{удар 1}\ }\ -\gamma \ \xrightarrow{\ \text{удар 2}\ }\ 2\alpha - (-\gamma) = \gamma + 2\alpha. \] Направление повернулось ровно на \(2\alpha\) — независимо от угла влёта \(\gamma\). (Это общий факт: композиция двух осевых симметрий — поворот на удвоенный угол между осями.)
Случай \(\alpha = \pi/2\). Поворот на \(2\alpha = 180^\circ\): шар летит точно в обратном направлении (антипараллельно), лишь сместившись вбок. На этом основаны уголковые отражатели — катафоты велосипедов и светоотражатели на Луне (см. также задачу 1.1.21).
Ответ направление скорости повернётся на \(\beta = 2\alpha\) (независимо от угла влёта); при \(\alpha = \pi/2\) шар полетит в направлении, противоположном начальному.Задача 1.1.20
6/10По биллиардному столу со сторонами \(a\) и \(b\) пускают шар от середины стороны \(b\). Под каким углом к борту стола должен начать двигаться шар, чтобы вернуться в ту же точку, из которой он начал своё движение?
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Метод развёртки (зеркальных отражений): вместо того чтобы отражать шар от борта, отразим сам стол. Тогда траектория выпрямляется в прямую линию, а возвращение в исходную точку означает, что прямая попадает в одно из зеркальных изображений точки старта.Развёртка: пунктир — выпрямленная траектория до образа точки \(O\) (здесь \(m=1\), \(n=2\)); синим — реальная траектория в столе. Введём координаты: стол — прямоугольник ширины \(b\) (вдоль оси \(x\)) и высоты \(a\); шар стартует из точки \(O = (b/2;\,0)\) на борту \(b\).
Развёртка. Каждый удар о борт заменим отражением стола: траектория в развёртке — прямая. Шар вернётся в точку \(O\), если эта прямая приходит в какое-нибудь зеркальное изображение точки \(O\) в сетке отражённых столов.
Где образы точки \(O\)? Отражения относительно горизонтальных бортов (\(y=0\) и \(y=a\)) переводят \(y_O=0\) в чётные кратные \(a\): \(y = 2ma\). Отражения относительно вертикальных бортов дают \(x = 2kb \pm b/2\). Итак, образы — точки \(\left(2kb \pm \tfrac{b}{2};\; 2ma\right)\), \(k, m\) — целые.
Угол. Прямая из \((b/2;0)\) в образ имеет наклон к борту \(b\): \[ \tg\varphi = \frac{2ma}{\left(2kb \pm \tfrac{b}{2}\right) - \tfrac{b}{2}} = \frac{2ma}{2kb}\ \text{или}\ \frac{2ma}{(2k-1)\,b}. \] Оба варианта объединяются одной формулой со знаменателем «любое целое \(n\)»: \[ \tg\varphi = \frac{2ma}{n\,b}, \qquad m,\ n \text{ — целые числа}. \]
На рисунке показан простейший случай \(m=1\), \(n=2\): \(\tg\varphi = a/b\) — шар обегает ромб, коснувшись трёх бортов, и возвращается в точку старта.
Проверка. Частный случай \(n \to 0\) (вертикальный удар, \(\varphi = 90^\circ\)): шар бьётся о противоположный борт и возвращается по той же прямой — формально предел \(m/n \to \infty\). Случай \(m=0\) — удар вдоль борта. Оба вырожденных случая согласуются с формулой.Ответ \( \tg\varphi = \dfrac{2ma}{nb} \), где \(m\) и \(n\) — любые целые числа (\(\varphi\) — угол к борту \(b\)).Уголковый отражатель
6/10Уголковый отражатель, установленный на луноходе, представляет собой три взаимно перпендикулярных зеркала. Если на отражатель падает свет, скорость которого \(\vec c = (c_x,\,c_y,\,c_z)\), то какие составляющие будет иметь скорость света после отражения от зеркала, находящегося в плоскости \(yOz\)? после отражения от всех трёх зеркал?
К задаче 1.1.21: три взаимно перпендикулярных зеркала (плоскости \(yOz\), \(xOy\), \(zOx\)). ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Зеркало меняет знак только той составляющей скорости, которая перпендикулярна его плоскости; составляющие вдоль плоскости не меняются. Три взаимно перпендикулярных зеркала «обслуживают» три разные оси.Одно зеркало. Зеркало лежит в плоскости \(yOz\); перпендикулярна ему ось \(x\). Значит, при отражении \[ (c_x,\ c_y,\ c_z) \ \longrightarrow\ (-c_x,\ c_y,\ c_z). \]
Три зеркала. Каждое из трёх зеркал меняет знак «своей» компоненты (зеркало \(yOz\) — компоненты \(x\), зеркало \(xOz\) — компоненты \(y\), зеркало \(xOy\) — компоненты \(z\)), не трогая остальные. После последовательного отражения от всех трёх: \[ (c_x,\ c_y,\ c_z) \ \longrightarrow\ (-c_x,\ -c_y,\ -c_z) = -\vec c. \]
Луч выходит точно навстречу падающему (лишь параллельно смещённым) — при любой ориентации отражателя! Именно поэтому уголковые отражатели ставят на луноходы и спутники для лазерной локации, а их «родственники» — катафоты — отправляют свет фар обратно к водителю.
Ответ после зеркала \(yOz\): \((-c_x,\ c_y,\ c_z)\); после всех трёх зеркал: \((-c_x,\ -c_y,\ -c_z)\) — свет возвращается антипараллельно падающему лучу.Шарик в цилиндре
6/10Внутри закреплённого гладкостенного цилиндра радиуса \(R\) летает маленький шарик, упруго отражаясь от стенок так, что минимальное расстояние от него до оси цилиндра равно \(h\). Какую долю времени он находится на расстоянии от оси цилиндра, меньшем \(r\), но большем \(h\)?
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея В сечении, перпендикулярном оси, траектория — цепочка одинаковых хорд, каждая из которых проходит на расстоянии \(h\) от центра. Скорость постоянна по модулю, поэтому доля времени = доля длины хорды, лежащая внутри окружности радиуса \(r\).Все хорды касаются окружности радиуса \(h\); синим выделен участок хорды внутри окружности радиуса \(r\). Почему все хорды одинаковы. Если у скорости есть составляющая вдоль оси цилиндра, она постоянна и на доли времени не влияет, поэтому следим за проекцией движения на поперечное сечение: шарик пролетает хорду, упруго отражается, летит по следующей хорде. При упругом отражении угол между хордой и радиусом, проведённым в точку удара, сохраняется — значит, все хорды удалены от центра на одно и то же расстояние. Оно и есть минимальное расстояние до оси: середина хорды находится на расстоянии \(h\) от центра.
Считаем доли на одной хорде. Отсчитаем расстояние \(s\) вдоль хорды от её середины. Точка хорды на расстоянии \(s\) удалена от центра на \(\sqrt{h^2+s^2}\) (теорема Пифагора). Поэтому:
вся хорда (до стенки \(R\)): \(s\) пробегает от \(-\sqrt{R^2-h^2}\) до \(+\sqrt{R^2-h^2}\), длина \(2\sqrt{R^2-h^2}\);
внутри окружности \(r\): \(|s| \le \sqrt{r^2-h^2}\), длина \(2\sqrt{r^2-h^2}\).Шарик пробегает хорду с постоянной по модулю скоростью, значит, доля времени равна доле длины: \[ \frac{\Delta t}{t} = \frac{2\sqrt{r^2-h^2}}{2\sqrt{R^2-h^2}} = \sqrt{\frac{r^2-h^2}{R^2-h^2}}. \] Каждая следующая хорда устроена так же, поэтому это и есть искомая доля полного времени.
Проверка. При \(r \to R\) доля стремится к 1 (весь цилиндр) ✓. При \(r \to h\) — к нулю (шарик лишь касается этой области в серединах хорд) ✓. При \(h \to 0\) (хорды — диаметры) доля равна \(r/R\) — линейно по радиусу, как и должно быть для пролёта через центр.Ответ \( \dfrac{\Delta t}{t} = \sqrt{\dfrac{r^2 - h^2}{R^2 - h^2}} \).Задача 1.1.23
6/10Стрелок пытается попасть в диск радиуса \(R\), который движется от одной стенки к другой с постоянной по модулю скоростью так быстро, что за ним нельзя уследить. Нарисуйте график зависимости вероятности попадания пули в диск от расстояния между точкой прицеливания и левой стенкой. Выстрелы производятся на высоте \(R\) от пола перпендикулярно направлению движения диска. В какой точке прицеливания вероятность попадания наименьшая? наибольшая? Чему они равны? Разберите случаи \(L > 4R\), \(4R > L > 2R\), где \(L\) — расстояние между стенками.
К задаче 1.1.23 ▶РешениеСкрыть: решение
РешениеИдея Диск ездит туда-сюда с постоянной по модулю скоростью, поэтому «в среднем» его центр с равной вероятностью находится в любой точке доступного ему отрезка \([R,\ L-R]\). Пуля летит на высоте центра, значит, попадает, если точка прицеливания отстоит от центра не более чем на \(R\).Распределение центра диска. Центр пробегает отрезок от \(R\) до \(L-R\) (длины \(L-2R\)) с постоянной по модулю скоростью, мгновенно отражаясь у стенок. За большое время он проводит одинаковое время на равных отрезках — распределение центра равномерно на \([R,\ L-R]\).
Вероятность попадания. Пуля, нацеленная в точку \(x\), поражает диск, если центр оказался в полосе \([x-R,\ x+R]\). Вероятность — доля отрезка \([R,\ L-R]\), накрытая этой полосой: \[ P(x) = \frac{\bigl|\,[x-R,\ x+R]\cap[R,\ L-R]\,\bigr|}{L-2R}. \]
Случай \(L > 4R\). Полоса шириной \(2R\) короче отрезка \(L-2R\), поэтому:
у стенок \(P(0) = P(L) = 0\) (диск не может прижаться центром к стенке ближе чем на \(R\), а пуля у стенки задевает диск лишь краем);
при \(0 \le x \le 2R\): накрыт кусок \([R,\ x+R]\), т.е. \(P = \dfrac{x}{L-2R}\) — линейный рост;
при \(2R \le x \le L-2R\): полоса целиком внутри, \(P = \dfrac{2R}{L-2R}\) — плато (наибольшая вероятность);
при \(x \ge L-2R\) — симметричный линейный спад к нулю.Случай \(4R > L > 2R\). Теперь полоса \(2R\) длиннее отрезка \(L-2R\), и в середине она накрывает его целиком: при \(L-2R \le x \le 2R\) попадание достоверно, \(P = 1\). К стенкам вероятность спадает линейно: \(P = \dfrac{x}{L-2R}\) при \(x \le L-2R\).
Вероятность попадания в зависимости от точки прицеливания. Проверка. При \(L \to 4R\) плато \(2R/(L-2R) \to 1\) — оба случая гладко сшиваются. При \(L \gg R\) вероятность попадания мала всюду: \(P \le 2R/(L-2R) \to 0\), как и должно быть для маленького диска на длинной трассе.Ответ вероятность нулевая у стенок; наибольшая — в любой точке на расстоянии более \(2R\) от обеих стенок: \(P = \dfrac{2R}{L-2R}\) при \(L > 4R\); в любой точке на расстоянии более \(L-2R\) от стенок: \(P = 1\) при \(4R > L > 2R\). Графики — см. рисунок.Туристы и два велосипеда
6/10Группа из трех туристов должна перебраться из пункта \(A\) в пункт \(B\) по дороге длиной \(S = 45\) км. Стартуют все туристы одновременно. На всю группу туристов есть только два велосипеда, причем если на велосипеде едут двое, то их скорость равна \(3V\), а если на велосипеде едет один человек, то его скорость равна \(4V\). Если же турист идет пешком, то его скорость движения равна \(V = 5\) км/час. За какое минимальное время все туристы могут оказаться в пункте назначения? Временем посадки туристов на велосипед, а также временами разгона и торможения можно пренебречь.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВелосипеды можно оставлять на дороге и передавать дальше. Подумайте, как распределить участки пешком и на велосипеде, чтобы все трое прибыли одновременно, и составьте уравнение на это условие.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(T = \dfrac{13}{40}\cdot\dfrac{S}{V} = 2{,}925\) часа \(=\) 2 часа 55 минут 30 секунд.
Семья спешит на остановку
6/10Выйдя из дома, папа с дочкой Машей и сыном Ваней бегут к автобусной остановке, расстояние до которой \(S = 430\) м. Скорость Вани равна \(V = 2\) м/с, скорость Маши \(2V\), а скорость папы \(4V\). Если папа сажает любого из детей на шею, то его скорость уменьшается до \(3V\). Двоих детей одновременно папа нести не может. Через какое минимальное время вся семья сможет оказаться на остановке? Можно считать, что посадка детей на папину шею, а также разгон и торможение происходят быстро.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаМинимальное время получится, если все трое прибудут на остановку одновременно. Подумайте, сколько времени папа несёт каждого ребёнка.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(t_{\min} = \dfrac{19S}{43V} = 95\) с.
Триатлон
6/10Команда из двух спортсменов участвует в мультиспортивной гонке, состоящей из трёх этапов: бега, велогонки и плавания. По условиям соревнований требуется сначала преодолеть 43 км (суммарно) бегом и на велосипеде, а в конце проплыть 1 км, при этом на старте команде выдаётся один велосипед, а зачётное время команды фиксируется по времени участника, пришедшего к финишу вторым. Первый спортсмен в среднем пробегает 24 км за 2 часа, проезжает на велосипеде 27 км за час и проплывает 1200 м за 30 мин. Средняя скорость бега второго спортсмена равна 9 км/ч, езды на велосипеде "— 24 км/ч, а плавает он со скоростью 3 км/ч. Чему равно минимальное зачётное время, которое может показать эта команда при наилучшей тактике прохождения дистанции?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВелосипед один, значит, спортсмены обмениваются им по ходу первой части дистанции. Обозначьте за \(x\) путь на велосипеде у одного из них и выразите через \(x\) время финиша каждого.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(T_{\min} = 3{,}25\text{ ч} = 195\text{ мин}\).
Триатлон
6/10Команда из двух спортсменов участвует в мультиспортивной гонке, состоящей из трёх этапов: бега, велогонки и плавания. По условиям соревнований требуется сначала преодолеть 43 км (суммарно) бегом и на велосипеде, а в конце проплыть 1 км, при этом на старте команде выдаётся один велосипед, а зачётное время команды фиксируется по времени участника, пришедшего к финишу вторым. Первый спортсмен в среднем пробегает 24 км за 2 часа, проезжает на велосипеде 27 км за час и проплывает 1200 м за 30 мин. Средняя скорость бега второго спортсмена равна 9 км/ч, езды на велосипеде — 24 км/ч, а плавает он со скоростью 3 км/ч. Чему равно минимальное зачётное время, которое может показать эта команда при наилучшей тактике прохождения дистанции?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВелосипед один, но им можно пользоваться по очереди: проехав часть пути, оставить его на трассе. Выразите время каждого спортсмена через длину его велосипедного участка и подумайте, при каком условии время финиша второго минимально.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(T_{\min} = 3{,}25\text{ ч} = 195\text{ мин}\).
Гонки Мёбиуса
6/10На рисунке, представленном ниже, изображена лента Мёбиуса. В нулевой момент времени по ленте одновременно из одной точки начинают двигаться в одном направлении вдоль линии, равноудалённой от краёв, два небольших тела с постоянными скоростями, равными \(v\) и \(\alpha v\), где \(\alpha\) — безразмерный коэффициент (\(\alpha > 1\)). Если мысленно разрезать ленту по линии, перпендикулярной линии движения точек, то лента развернётся в полосу длиной \(L\). Параметры \(v\), \(\alpha\), \(L\) считаются известными.

(3 балла) В какой момент времени \(t_1\) тела впервые встретятся?
(4 балла) В какой момент времени \(t_2\) тела впервые встретятся в точке старта, если \(\alpha = \dfrac{5}{3}\)?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДлина замкнутой линии движения на ленте Мёбиуса равна не \(L\), а \(2L\). Как отличаются пройденные телами пути к моменту встречи?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(t_1 = \dfrac{2L}{(\alpha-1)v}\); 2) \(t_2 = \dfrac{6L}{v}\).
▶РешениеСкрыть: решение
Решение1a. Расстояния, пройденные телами, в момент первой встречи будут отличаться на \(2L\), следовательно, \[\alpha v t_1 - v t_1 = 2L,\] откуда находим \(t_1 = \dfrac{2L}{(\alpha-1)v}\).
1b. \(N\)-ая встреча тел произойдёт через время \(\dfrac{2LN}{(\alpha-1)v}\). За это время тело, которое движется со скоростью \(v\), пройдёт расстояние \(\dfrac{2LN}{\alpha-1} = 3LN\). Тела впервые встретятся в точке старта при таком минимальном значении \(N\), что \(3LN\) окажется кратным \(2L\). Нетрудно догадаться, что это произойдёт в момент второй встречи через время \(t_2 = \dfrac{6L}{v}\).
Передвижение вертолёта
6/10Вертолёт летит с постоянной по модулю скоростью 200 км/ч. На рисунке, представленном ниже, изображено положение вертолёта (крестик) относительно населённого пункта \(A\) и остальных населённых пунктов (кружки) в 12:00. Известно, что вертолёт движется на одной высоте над Землёй по траектории, состоящей из прямолинейных участков. В таблице, приведённой ниже, указано расстояние \(L\) от пункта \(A\) до точки, где находится вертолёт в разные моменты времени.

Пользуясь увеличенным рисунком, представленным на дополнительном листе, а также циркулем и линейкой, ответьте на следующие вопросы.

(3 балла) Пусть известно, что вертолёт не менял направление полёта с 12:00 до 12:30. В какое самое раннее время он мог пролететь над каким-либо населённым пунктом? Над каким именно населённым пунктом он бы при этом пролетел?
(7 баллов) Пусть известно, что вертолёт менял направление полёта только один раз в 13:00. В каком населённом пункте оказался вертолёт в 14:00?
Все построения делайте на увеличенном рисунке, представленном на дополнительном листе. Искомые города пометьте, например, «галочкой». Кратко опишите ваши рассуждения и последовательность построений.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЗа полчаса вертолёт пролетает 100 км, то есть лежит на окружности радиуса 100 км вокруг своего положения в начале интервала. Одновременно он лежит на окружности вокруг \(A\) с радиусом из таблицы. Пересечения окружностей дают возможные положения.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) вертолёт пролетит над населённым пунктом, отмеченным на рисунке решения крестиком, с 12:39 до 12:45 (самое раннее время —- 12:39); 2) населённый пункт, в который приходит траектория, показанная на рисунке решения фиолетовым цветом.
▶РешениеСкрыть: решение
Решениеа. Нарисуем окружность (чёрная) радиусом 150 км (30 маленьких клеточек), центр которой совпадает с центром пункта \(A\). Изобразим ещё одну окружность (красная) радиусом 100 км (20 маленьких клеточек), центр которой совпадает с положением вертолёта в 12:00. Пересечения этих окружностей —- это два возможных расположения вертолёта в момент времени 12:30. В пункт, который расположен ближе всего к одной из этих точек, вертолёт долетит за минимальное время. Этот пункт на рисунке отмечен крестиком. Расстояние от центра населённого пункта до положения вертолёта в 12:30 равно 8 клеточкам. Диаметр населённого пункта равен 4 клеточкам. Следовательно, вертолёт будет лететь над этим населённым пунктом с 12:39 до 12:45.

б. На рисунке изображены 4 чёрные окружности радиусами 150 км, 225 км, 250 км и 300 км, центры которых совпадают с центром пункта \(A\), и красные окружности радиусом 100 км, которые показывают, где мог бы оказаться вертолёт через 30 минут. Возможны 4 траектории перемещения вертолёта, одна из которых попадает в искомый населённый пункт. Данная траектория изображена фиолетовым цветом.

Хороший, плохой
6/10Города \(A\) и \(B\) соединены дорогой, которая состоит из двух участков: «хорошего» (с недавно сделанным ремонтом, где машины едут быстро) и «плохого» (со старым разбитым асфальтом, по которому машины едут медленно). В некоторый момент времени из города \(A\) в город \(B\) выезжает машина, затем машины продолжают выезжать каждые 30 секунд. По «хорошему» участку дороги все машины едут с одинаковой большой скоростью, а по «плохому» — с одинаковой маленькой скоростью. Если подсчитать среднее арифметическое скоростей всех автомобилей на дороге в некоторый момент, когда первая машина уже прибыла в город \(B\), а последняя ещё не выехала из города \(A\), то получится величина \(u = 70\) км/ч. Если же подсчитать среднее арифметическое скоростей только тех автомобилей на дороге, которые уже проехали половину расстояния между городами, то получится величина \(u_2 = 60\) км/ч. Найдите скорость автомобилей на «хорошем» участке дороги, если известно, что его длина превышает длину «плохого» участка.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаЧисло машин на каждом участке пропорционально времени, которое машина на нём проводит. Выразите среднее арифметическое скоростей через среднюю скорость одной машины на этом отрезке пути.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ84 км/ч.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(l_1\), \(l_2\) — длины «хорошего» и «плохого» участков дороги, \(v_1\), \(v_2\) — скорости автомобилей на этих участках. Пусть также \(\Delta t\) — временной интервал между автомобилями. Тогда дистанция между ближайшими автомобилями будет составлять \(v_1\Delta t\) на быстром отрезке и \(v_2\Delta t\) на медленном. Тогда на быстром отрезке в произвольный момент времени находится \(N_1 = \dfrac{l_1}{v_1\Delta t}\) автомобилей, а на медленном — \(N_2 = \dfrac{l_2}{v_2\Delta t}\). Среднее арифметическое их скоростей будет равно \(u = \dfrac{N_1v_1 + N_2v_2}{N_1 + N_2}\), поскольку всего автомобилей \(N_1 + N_2\). Имеем: \[u = \frac{N_1v_1 + N_2v_2}{N_1 + N_2} = \frac{\dfrac{l_1}{v_1\Delta t}v_1 + \dfrac{l_2}{v_2\Delta t}v_2}{\dfrac{l_1}{v_1\Delta t} + \dfrac{l_2}{v_2\Delta t}} = \frac{l_1 + l_2}{\dfrac{l_1}{v_1} + \dfrac{l_2}{v_2}}. \tag{1}\] Отметим, что полученный результат совпадает со средней скоростью отдельного автомобиля на всей дистанции. Аналогичный результат справедлив для автомобилей на второй половине дистанции. Поскольку средняя скорость на второй половине ниже, чем на всей дистанции, ясно, что плохой отрезок дороги идёт в конце пути. Тогда вторая половина дороги состоит из участка плохой дороги протяжённостью \(l_2\) и участка хорошей дороги протяжённостью \(\dfrac{l_1 + l_2}{2} - l_2 = \dfrac{l_1 - l_2}{2}\). Средняя скорость на второй половине пути может быть найдена как \[u_2 = \frac{\dfrac{l_1 + l_2}{2}}{\dfrac{l_1 - l_2}{2v_1} + \dfrac{l_2}{v_2}}. \tag{2}\] Из соотношения (1) получаем \[\frac{l_2}{v_2} = \frac{l_1 + l_2}{u} - \frac{l_1}{v_1}. \tag{3}\] Из соотношений (2) и (3) имеем \[\frac{l_1 + l_2}{2u_2} = \frac{l_1 - l_2}{2v_1} + \frac{l_2}{v_2} = -\frac{l_1 + l_2}{2v_1} + \frac{l_1 + l_2}{u}.\] После сокращения на \(l_1 + l_2\) получаем \[\frac{1}{2u_2} = -\frac{1}{2v_1} + \frac{1}{u},\] откуда \(v_1 = \dfrac{uu_2}{2u_2 - u} = 84\) км/ч.
Муравьишка на кирпиче (11 класс)
8/10Кирпич с размерами \(a \times a \times a\sqrt{11}\) поставили на квадратную грань так, что его длинные ребра оказались вертикальными. На одном из верхних углов кирпича находится Муравьишка, который может ползать по вертикальным граням кирпича со скоростью \(v\), а по горизонтальной грани — с некоторой другой постоянной скоростью. Вдоль ребер кирпича он ползать не умеет, но может их пересекать. Муравьишка переполз на максимально удаленный от него угол кирпича. При этом он пересекал одно из ребер кирпича только один раз и строго посередине, а время, которое он затратил на путешествие, оказалось минимально возможным. Чему равно время \(t\) его путешествия? С какой скоростью \(u\) Муравьишка может ползать по горизонтальной грани кирпича?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаРазвёртка похожа на преломление света: путь по двум граням с разными скоростями, минимальное время достигается при выполнении закона, аналогичного закону Снеллиуса.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(t = \dfrac{5a\sqrt5}{3v}\); \(u = 3v\).
Автомобиль за полтора часа
1/10При равномерном движении путь пропорционален времени: за 15 минут 17 км, за 1,5 ч — в шесть раз больше.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость велосипедиста
1/10Средняя скорость — весь путь на всё время, включая получасовой отдых.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость автомобиля
1/10Пятую часть пути автомобиль едет с одной скоростью, остальные четыре пятых с другой; средняя скорость как весь путь на всё время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость автомобиля
1/10Пятую часть пути автомобиль едет с одной скоростью, остальную часть с другой; найти среднюю скорость через полное время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Забег Васи и Жени
1/10Сравнение времён бега на 4 км при постоянной скорости и при двух половинах с разными скоростями; нужна средняя скорость того, кто пришёл вторым или первым (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость на двух участках
1/10Пятую часть пути с одной скоростью, остальное с другой: средняя скорость как весь путь на всё время (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Гонки: 50 кругов
1/10Победитель за 50 кругов обогнал второго на 2 круга; по его средней скорости 100 км/ч найти среднюю скорость второго за то же время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Туристы и пещера
1/10Средняя скорость на подъёме и спуске по одной тропе; из равенства средних скоростей на подходе и в пещере найти время перехода к пещере (8 вариантов с разными числами).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Узел и лаглинь
1/10Один узел за минуту — это 1 морская миля в час, поэтому расстояние между узлами 1852/60 м; перевод узлов в км/ч и обратно.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Узел и лаглинь
1/10Расстояние между узлами на лаглине 1852/60 м ≈ 30,9 м; перевод 12 узлов в км/ч и 40 км/ч в узлы.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Узел и лаглинь
1/10Один узел в минуту соответствует 1 морской миле в час, расстояние между узлами 1852/60 м; перевод скоростей между узлами и км/ч.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Световой километр
1/10По аналогии со световым годом определить световой километр как время прохождения светом километра и перевести в единицы СИ.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Джентльмен и часы
2/10Секундная стрелка всё время указывает на бегуна, значит за один оборот вокруг стадиона проходит ровно 60 с; средняя скорость — периметр дорожки, делённый на минуту.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость поезда
2/10Средняя скорость — весь путь на всё время; лишние данные о разгоне отбрасываются, нужен перевод минут в часы.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Жук ползёт по краю стола
2/10Жук проходит туда и обратно за 2 мин, находим скорость; через 100 с он на обратном пути, и модуль смещения от старта — остаток пути.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две улитки
2/10Стартовав и финишировав вместе, улитки имеют одинаковую среднюю скорость, её находят по движению первой улитки.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость по графику
2/10По графику пути от скорости видно, что три участка равной длины пройдены с разными скоростями; средняя скорость — весь путь, делённый на сумму времён на участках.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Лыжник и горка
2/10Четыре участка равной длины пройдены с разными скоростями; средняя скорость — весь путь на сумму времён по участкам.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Лыжник и горка (длинный спуск)
2/10Спуск вдвое длиннее подхода: средняя скорость как весь путь по сумме времён четырёх участков с разными скоростями.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Часы Винни Пуха
2/10Остановившиеся часы заведены без перевода стрелок; время в гостях и дорога в обе стороны поровну дают точное время возвращения, нужно найти поправку к показаниям часов.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Петя и мама на лифте
2/10До 6 этажа мальчик идёт со своей скоростью и тратит секунду на каждый поворот, дальше движется со скоростью лифта; из равенства времён подъёма составляется уравнение и находится этаж.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Прогулка Красной Шапочки
2/10Путь на юг и затем на восток с одной скоростью и кратчайший возврат образуют прямоугольный треугольник; по теореме Пифагора находят время обратного пути при удвоенной скорости и сравнивают сумму с получасом.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Заяц и красивый камень
2/10При постоянной скорости путь пропорционален времени; обычный маршрут разделён камнем пополам, поэтому путь «до камня» сегодня определяется через известное отношение времён (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Поезд на мосту
2/10Из времени пребывания поезда на мосту (от въезда локомотива до съезда последнего вагона) и времени проезда мимо обходчика найти время пассажира на мосту и отношение длины моста к длине поезда.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Поезд на мосту
2/10Из времени нахождения поезда на мосту и проезда мимо обходчика найти время пассажира на мосту и отношение длин моста и поезда.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Сто кубиков у стенки
2/10Первый из ста кубиков с зазорами 1,4a двигают со скоростью v, он последовательно толкает остальные; с учётом ширины кубиков надо найти путь первого до касания стенки сотым и время t=140a/v.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автогонки: 60 кругов
2/10Победитель прошёл 60 кругов и обогнал второго на 2 круга за одно и то же время; по средней скорости первого найти среднюю скорость второго.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две машины из А в В
2/10Вторая машина, быстрее первой в 1,2 раза, выехала позже и приехала одновременно с ней; из равенства времён в пути найти задержку t.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Встреча пешеходов
2/10Два пешехода выходят навстречу; по временам прохождения всего пути найти скорости, время и место встречи. Регионы.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два участка маршрута туристов
2/10Известны отношение длин участков и скорость на коротком относительно средней; найти долю времени, проведённую на длинном участке.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Неравномерные часы
2/10Минутная стрелка идёт полкруга с одной угловой скоростью, а вторые полкруга с другой; по реальному времени одного оборота найти, на сколько минут в час часы спешат (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Световой километр
2/10По аналогии со световым годом определить световой километр как время прохождения светом километра и перевести в секунды.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Гусиная почта
2/10Две птицы летят навстречу с разными скоростями: время и место встречи, затем оставшийся путь первой на сниженной скорости и положение второй, которая, долетев до пункта, продолжает лететь за него (варианты 1–4).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Этажи
3/10Чебурашка и Гена бегают по лестнице с постоянными скоростями; из соотношения путей за равные времена (3 пробега 1–4–1 этажа против подъёма на 16-й) найти отношение скоростей и этаж Чебурашки при пробежке Гены 1–6–1.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость биатлониста
3/10Три участка: первый задан половиной времени, второй — половиной остатка пути; средняя скорость как весь путь на всё время, нужно выразить время через путь.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Выстрел: вспышка, пуля и звук
3/10Свет приходит мгновенно, пуля и звук проходят одно расстояние; t1 — время полёта пули, t2 — разность времени звука и пули.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три трети пути
3/10Первые две трети пути пройдены с известными скоростями, последняя — со средней скоростью на всём пути; из уравнения для средней скорости найти её и время первой трети.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три трети пути
3/10Две трети пути пройдены с заданными скоростями, последняя — со средней по всему пути; составить уравнение для средней скорости и найти время первой трети.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три трети пути (вторая треть)
3/10Последняя треть пути пройдена со средней скоростью всего пути; составить уравнение и найти время второй трети.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Поезд и неточные часы
3/10Расстояние известно, время даётся с погрешностью часов; скорость ограничивается минимальным и максимальным временем в пути.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобиль: средняя скорость
3/10Первый и третий участки идут равные времена, поэтому их средняя скорость — среднее арифметическое 70 км/ч; она же равна скорости на втором участке, откуда время, путь и полное время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Феррари, Мерседес и Жигули
3/10Три машины едут равномерно; по расстояниям в момент, когда Феррари догнал Жигули, найти связь скоростей и затем расстояние до Жигули в момент обгона Мерседеса.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость на половине пути
3/10Участки пути в отношении 1:2:3:4 пройдены за времена 4:3:2:1; по скорости на последнем участке найти среднюю скорость на первой половине пути, включающей часть третьего участка.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость на половине пути
3/10Участки AP:PQ:QR:RB = 1:2:3:4 пройдены за времена 4:3:2:1; по скорости на последнем найти среднюю на первой половине пути.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Велосипед на двоих (80 км)
3/10Двое с одним велосипедом идут и едут по очереди с разными скоростями пешком; наименьшее время получается при одновременном прибытии, из чего находится точка передачи велосипеда.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два бегуна на стадионе
3/10По времени встречи при беге навстречу и времени круга второго бегуна найти скорости в долях длины круга и время обгона при беге в одну сторону (скорости относительного сближения).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два бегуна на стадионе
3/10Известны время встречи при беге навстречу и время круга одного бегуна; нужно через скорости сближения и обгона найти время обгона на круг.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость автомобиля
3/10Первую часть пути проехали вдвое быстрее средней скорости, вторую — втрое медленнее; из определения средней скорости найти длину первой части.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость автомобиля
3/10Скорости на участках заданы через среднюю скорость; найти длину первой части пути из определения средней скорости.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два бегуна на круговой трассе
3/10Бегуны одновременно пришли на старт, один сделал на два круга больше; за общее время путь каждого равен целому числу кругов, и вычитание уравнений даёт время и число кругов первого.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Незнайка едет в Солнечный город
3/10По условиям на расстояния до Простоквашино и до Солнечного города составляется система уравнений для равномерного движения; условие допускает два случая (Простоквашино уже проехал или ещё нет), каждый даёт своё значение скорости.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три машины из А в В
3/10Известны скорости двух машин и показания часов при прибытии всех трёх; время в пути каждой выражается через путь и скорость, и разности времён прибытия определяют скорость третьей машины.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три машины из А в В
3/10Известны скорости двух машин и показания часов при прибытии всех трёх; время в пути каждой выражается через путь и скорость, и разности времён прибытия определяют скорость третьей машины.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Незнайка едет в Солнечный город
3/10По условиям на расстояния до Простоквашино и Солнечного города составляется система уравнений равномерного движения; условие допускает два случая расположения Незнайки.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три машины из А в В
3/10Известны скорости двух машин и показания часов при прибытии всех трёх; время в пути каждой выражается через путь и скорость, и разности времён прибытия определяют скорость третьей машины.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Винни Пух возвращается за банкой
3/10Пятачок идёт дальше с прежней скоростью, а Винни Пух возвращается за банкой после одной седьмой пути; из условия одновременного прихода (равенства времён) находят нужную скорость на оставшемся пути.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Винни Пух возвращается за банкой
3/10Пятачок идёт дальше с прежней скоростью, а Винни Пух возвращается за банкой после одной седьмой пути; из условия одновременного прихода находят нужную скорость на оставшемся пути.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три машины, опоздания прибытия
3/10Известно, что вторая и третья машины приходят позже предыдущих на одно и то же время; время в пути выражается через путь и скорость, и по разностям находят скорость третьей.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Петя на скользком склоне
3/10Движение складывается из повторяющегося цикла (подъём, отдых, скатывание, медленный подъём) с разными скоростями; найти смещение за цикл, число полных циклов и время подъёма на склон (варианты 1–2, во втором — обратная задача на длину склона).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Расход бензина на объезде
3/10Расход бензина пропорционален пройденному пути; по расходу на 14 км находят расход на километр, затем из разницы расходов маршрута через посёлок и напрямую — расстояние между пунктами (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Петя на скользком холме
3/10Цикл из подъёма, остановки, скатывания и медленного подъёма с разными скоростями; найти чистое смещение за цикл, число циклов и общее время подъёма на склон 1800 м (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два велосипедиста
3/10Два велосипедиста едут навстречу или врозь: по расстояниям l и l/4 в два момента надо учесть оба случая (до и после встречи) и найти момент встречи.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобиль между деревнями
3/10Расстояния участков и времена в заданных отношениях дают отношение скоростей; по скорости на последнем участке найти среднюю скорость на первой половине пути (времена складываем).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Красная Шапочка и Волк
3/10Время Шапочки на путь L сравнивается со временем Волка при двух скоростях велосипеда (на 3 минуты позже и на 1 минуту раньше); из двух уравнений на L и скорость Волка найти v2 (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Шапочка и Волк у избушки
3/10Шапочка и Волк идут к избушке на равных расстояниях; разность времён при исходной и увеличенной скорости велосипеда (каждый километр на минуту быстрее) даёт систему уравнений для расстояния и скорости Волка (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Перелёт и часовые пояса
3/10Самолёт летит туда и обратно одинаковое время, но местные времена городов сдвинуты на неизвестную разницу; два уравнения для рейсов складываются и дают время полёта.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Перелёт и часовые пояса
3/10Время перелёта туда и обратно одинаково, а местные часы городов различаются; из двух уравнений с неизвестной разницей поясов находится длительность полёта.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Кузнечик Вероники
3/10Кузнечик делает прыжки на 1 и 2 деления по секунде; средняя скорость каждого опыта выражается через доли коротких и длинных прыжков, из двух опытов получается система на доли и скорость третьего опыта.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Кузнечик Вероники
3/10Кузнечик делает прыжки на 1 и 2 деления по секунде; средняя скорость каждого опыта выражается через доли коротких и длинных прыжков, из двух опытов получается система на доли и скорость третьего опыта.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Мотоциклист на трёх участках
3/10Три участка: треть пути, треть всего времени и остаток пути с разными скоростями; средняя скорость как весь путь на всё время. (варианты с разными числами)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобилист и пробка
3/10Первую половину пути автомобиль едет быстро, вторую в n раз медленнее; по заданной средней скорости на всём пути найти среднюю скорость за первую треть времени. (варианты с разными числами)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Космический поезд и посадочная платформа
3/10По времени пролёта начала платформы и всей платформы поездом находится его скорость и длина; нужное удлинение платформы — разность длины поезда и платформы.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Опоздавший электропоезд
3/10Опоздание поезда и остановка делят расписание на участки с равномерным движением; по оставшемуся времени находится нужная скорость на второй половине пути и её прибавка (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три трети пути
3/10Первую треть замкнутого пути авто идёт со скоростью V1, вторую со скоростью V2 за треть всего времени; через средние величины найти скорость на последней трети и условие существования решения.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Пешком и на машине
3/10Известно время дороги «туда пешком, обратно на машине» и «оба раза на машине» (t/4); исключением скоростей и расстояния найти время при двух пеших проходах.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобили меняют скорости
3/10Два авто едут навстречу со скоростями v и 2v и после встречи меняются скоростями; движение после встречи повторяет движение до неё, найти время до прибытия.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три трети пути
3/10Первая треть пути со скоростью V1, вторая со скоростью V2 за треть всего времени; найти скорость на последней трети и ограничение на V1 и V2.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобиль и столбы
3/10Автомобиль проезжает мимо столбов через t и через t1 после прибавки скорости Δv; по расстоянию между столбами l=vt найти период при прибавке 2Δv.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость на двух участках
3/10Путь делится 3:1, скорости на участках v и 1,5v; найти среднюю скорость на всём пути и за первую и вторую половины времени (граница половины времени лежит на первом участке).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобиль между городами
3/10Первые две трети пути с известными скоростями, на втором участке потрачена треть всего времени; через время и путь найти скорость на третьем участке.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Средняя скорость курьера
3/10Путь делится на участки по доле времени и по доле оставшегося пути с разными скоростями; средняя скорость как весь путь на всё время (несколько вариантов с другими числами).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Заезд на велодроме
3/10Победитель быстрее на каждом круге на заданное время; по этому и общему времени найти, сколько метров проедет соперник после финиша победителя.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Ныряльщик в карьере
3/10Маршрут из горизонтальных и вертикальных участков со скоростями вниз вдвое больше, вверх вдвое меньше горизонтальной; суммируя времена по схеме, найти, сколько спасатель ждал ныряльщика (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Вытягивание медной проволоки
3/10Объём израсходованной меди равен площади сечения на длину проволоки, длина — скорость на время; найти площадь сечения. Регионы.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Робот в лабиринте и средняя скорость
3/10Квадратный робот проходит лабиринт без разворотов — надо найти кратчайшую траекторию его центра и ехать на максимальной скорости; затем время по разнице скоростей и средняя скорость на участках, заданных долями пути и времени (среднее гармоническое, арифметическое и смешанный случай).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Стрелки часов на одной прямой
4/10Стрелки лежат на одной прямой и при совпадении, и при противоположном направлении; считаем, сколько раз минутная обгоняет часовую за сутки, учитывая оба случая.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Автомобиль: средняя скорость по пути
4/10Участки равны по пути, поэтому на первом и третьем средняя скорость — среднее гармоническое 75 км/ч; она равна скорости на втором участке, по времени которого находят путь и полное время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Один велосипед на двоих
4/10Один велосипед на двоих ехать по очереди: чтобы время было наименьшим, оба должны прибыть одновременно; из равенства времён находится место передачи велосипеда и полное время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Труба с вращающейся перегородкой
4/10Частицы летят вдоль оси трубы, внутри вращается перегородка; по доле прошедших частиц найти скорость — время пролёта связано с поворотом перегородки.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Труба с вращающейся перегородкой
4/10Поток частиц вдоль оси трубы, внутри вращается перегородка; по доле прошедших частиц найти скорость.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Лыжники: обратный порядок старта
4/10Время финиша каждого = время старта + результат; по разности результатов первого и последнего из продолжительности финиша находим её при обратном порядке старта.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Феррари, Мерседес и Жигули
4/10Три машины едут равномерно; по расстояниям в моменты обгонов (S и 2S/3) через относительные скорости найти расстояние до Жигулей при обгоне Мерседеса.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Муравей на линейке
4/10Скорость муравья на каждом из n делений растёт в α раз (геометрическая прогрессия), время на делении обратно скорости; средняя скорость — весь путь на сумму времён (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две машины и две встречи
4/10Две машины встречаются дважды (после разворотов); к второй встрече каждая проходит втрое больший путь, чем к первой, откуда расстояние между городами.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две машины и две встречи
4/10Машины едут навстречу, встречаются, доезжают до городов, разворачиваются и встречаются снова; суммарный путь до второй встречи втрое больше, чем до первой, откуда расстояние АВ.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Встреча Саши и Вероники у стадиона
4/10Два пешехода выходят навстречу и встречаются; после встречи пути до концов равны пути до встречи другого, поэтому произведение времён до и после встречи совпадает, откуда отношение расстояний (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три пловца в бассейне
4/10Пловцы плавают туда и обратно с постоянными скоростями; число пройденных дорожек к моменту встречи у старта через разность скоростей даёт разность путей, откуда отношение времён двух встреч (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три пловца в бассейне
4/10Пловцы плавают туда и обратно с постоянными скоростями; число пройденных дорожек к моменту встречи у старта через разность скоростей даёт разность путей, откуда отношение времён двух встреч (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Вторая встреча машин
4/10Две машины едут навстречу, встречаются на 2S/5 от B и разворачиваются у городов; до второй встречи пути вдвое больше, найти место второй встречи (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Трое с одним велосипедом
4/10Трое спортсменов идут 18 км, бегом v или на одном велосипеде 3v; нужна стратегия передачи велосипеда, при которой все приходят одновременно, и минимальное время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три грузовика
4/10Грузовики выезжают из А с интервалом 1 ч, первый разворачивается в В и едет назад порожним со скоростью kv, встречая два других; найти время от встречи с третьим до прибытия в А.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Медведь, Волк и Заяц
4/10Три бегуна с постоянными скоростями; по двум моментам обгона через относительные скорости и расстояния найти, на каком расстоянии позади будет Медведь, когда Заяц догонит Волка.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Трое с одним велосипедом
4/10Три спортсмена бегут или едут на одном велосипеде втрое быстрее; найти стратегию передачи велосипеда, дающую минимальное время команды (по последнему финишировавшему).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две встречи машин
4/10Машины едут навстречу между А и В и разворачиваются; по месту двух встреч (l от А и 3/4 от В) через отношение скоростей найти расстояние АВ. (есть варианты с другими числами)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Три грузовика
4/10Грузовики выезжают из А с интервалом 1 ч, первый разворачивается в В и едет назад быстрее в k раз, встречая два других; найти время от встречи с третьим до прибытия в А.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Машины между А и В
4/10Две машины едут между городами с разворотами; по времени третьей встречи через сумму путей (3·AB) найти время первой встречи, пути и скорости.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две встречи машин
4/10Машины едут навстречу между А и В и разворачиваются; по месту двух встреч (l от А и 3/4 от В) найти расстояние АВ.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Треть времени по дороге
4/10Треть времени по лесу со скоростью v, треть по шоссе со скоростью 3v, остаток — треть пути; найти скорость на остатке через средние величины. (есть варианты с другими числами)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Тепловой фронт в восьмиугольнике
4/10Тепло от четырёх вершин правильного восьмиугольника расходится окружностями радиуса vt; при t=a/v соседние окружности пересекаются в ромбе с углом 135°, нужно сложить длины дуг границы двойного нагрева.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Из города в деревню
4/10Путь из трёх участков с постоянными скоростями, на первом скорость равна средней, на двух других отличается вдвое; по двум звонкам (время и расстояние до деревни и от города) и равенству средней скорости между звонками находят скорости и длины участков.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Оптимальный маршрут туриста
4/10Поезда «Аист» и «Журавль» с разным интервалом и электричка между промежуточными станциями: время участков пропорционально длинам, надо подбирать ближайшие отправления и пересадки, чтобы найти минимальную стоимость, время и среднюю скорость маршрута (варианты 1–5).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Ахиллес и черепаха
5/10Ахиллес догоняет черепаху в два этапа с разными скоростями; из времени забега и положения черепахи находим весь пройденный путь и среднюю скорость.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Пробка перед светофором
5/10Автомобили едут только во время зелёного сигнала; средняя скорость на участке учитывает простои на красном, и по заданному отношению средней скорости к v выбирают число циклов и находят v.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Пробка перед светофором
5/10Автомобили едут только на зелёный сигнал; средняя скорость на участке с остановками на красный в 1,7 раза меньше v, и по числу циклов движения находят v.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Саша и Вероника: туда и обратно
5/10После встречи времена до конечных пунктов связаны заданным отношением; произведение времён до и после встречи равно, отсюда отношение скоростей и отношение полных времён движения туда и обратно (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Встречи двух машин
5/10Две машины ездят между городами с разворотами у концов; сумма путей между встречами равна 2S, поэтому нечётные встречи в одной точке, чётные в другой; найти положение 2023-й встречи и путь (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Встречи двух машин
5/10Машины ездят между городами с разворотами; нечётные встречи в одной точке, чётные в точке старта; найти место и путь к 2023-й встрече (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два жука
5/10Жуки идут навстречу, один периодически останавливается на треть времени своего движения; нужны цикл движения и сумма геометрической прогрессии для времени встречи и пройденных путей. (есть варианты с другими числами)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Тела навстречу, время встречи
5/10После встречи тела доходят до концов за t1 и t2; из подобия отрезков путей и равенства времён до встречи найти время встречи (t=√(t1t2)). Регионы.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Тормозная система корабля
5/10Десять интервалов с геометрически растущей длительностью и геометрически убывающей скоростью; средняя скорость — суммарный путь на суммарное время через суммы двух прогрессий (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Муравей на периметре квадрата
5/10Муравей бежит по периметру квадрата с постоянной скоростью; средняя скорость как перемещение, делённое на время, вдвое меньше скорости — разобрать положения муравья и найти скорость.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Кумулятивный снаряд
6/10Волна детонации идёт вдоль образующей со скоростью 5v, продукты летят к броне со скоростью v; одновременность прихода от всех участков выемки даёт условие на угол при вершине конуса (из геометрии, sin = 1/5).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Встречи Незнайки и Пончика
6/10Два велосипедиста со скоростями 1,03v и v с разворотами у городов; найти номер встречи, когда они впервые едут в одном направлении.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Линия метро и интервалы
6/10Поезда метро с равными интервалами, стоянки на станциях; при удлинении линии найти число дополнительных поездов для сохранения интервала.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Лиса и суслик
6/10Скорость лисы втрое меньше скорости суслика, он стартует, только если лиса не успевает; область, откуда лиса ловит суслика, — геометрическое место точек (окружность Аполлония), найти её параметры.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Лиса и суслик
6/10Скорость лисы втрое меньше скорости суслика; область, откуда лиса успевает его поймать, — окружность Аполлония, найти её площадь. (есть варианты с другими числами)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Цепочка кубиков
6/10Движущийся кубик передаёт скорость v следующим при мгновенных ударах; найти среднюю скорость роста длины цепочки вовлечённых кубиков и пределы её изменения со временем усреднения.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Географическая миля
1/10Географическая миля равна длине дуги земного экватора, которая видна из центра Земли под углом \(1'\) (одна минута). Длина экватора приблизительно равна 40000 км, а один градус равен 60 минутам (\(1^\circ = 60'\)). Используя приведённые числовые данные, переведите 20 г.миль/ч (географические мили в час) в м/с. Ответ округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСколько минут дуги в полной окружности? Во сколько раз длина мили меньше длины экватора?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(10{,}3\) м/с.
Пуля и вращающийся шар
2/10Полый тонкостенный шар радиусом \(R = 20\) см вращается вокруг своей оси, совершая один оборот за \(t = 0{,}0016\) с. С какой максимальной скоростью должна лететь пуля, чтобы она смогла пробить шар вдоль радиуса и вылететь из него, сделав в нем всего одно отверстие? Значение числа \(\pi\) принять равным 3,14. Ответ выразите в м/с.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПуля должна пролететь через шар и успеть выйти через то же отверстие, пока оно не провернулось. На какой угол можно позволить шару повернуться, пока пуля пролетает расстояние в один диаметр?
Медведь, заяц и утка
3/10Помогая Ивану-Царевичу найти смерть Кощея Бессмертного, медведь, двигаясь равномерно, забрался на вершину векового дуба высотой 90 метров, чтобы скинуть сундук. Из разбитого сундука выпрыгнул заяц, за которым погнался заяц Ивана. Затем вылетевшую со скоростью 126 км/ч из зайца утку догонял Иванов селезень, двигаясь с постоянной скоростью и изначально находившийся в 120 м от утки. Погоня селезня длилась 24 секунды. Определите время влезания медведя на дуб (в секундах), если известно, что его скорость составляет 1,5% от скорости селезня.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость сближения селезня и утки равна разности их скоростей; по ней и времени погони найдите скорость селезня, затем скорость медведя.
Змейка и ворота
3/10Вертикальные ворота опускаются со скоростью 3,6 км/ч. С какой скоростью должна ползти змейка, чтобы успеть проползти под воротами, если длина змейки 0,2 м, а высота проема ворот 4 м? Голова змейки начала пересекать линию ворот в момент, когда они начали опускаться. Ответ дайте в см/с.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВорота опускаются до земли за известное время; за это время змейка должна пройти свою длину.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(5\)
Безопасный обгон
3/10По дороге едут навстречу друг другу грузовик и автобус. Скорость грузовика 20 м/с, скорость автобуса 25 м/с. Позади грузовика едет легковой автомобиль. С какой минимальной средней скоростью должен ехать легковой автомобиль, чтобы безопасно обогнать грузовик, если в начале обгона расстояние от носа грузовика до носа автобуса 400 м, легковой автомобиль находится на расстоянии 15 м от грузовика, а длина грузовика 15 м? Обгон безопасен, если легковой автомобиль заканчивает его на расстоянии 20 м от грузовика и 80 м от встречного автобуса. Размеры легкового автомобиля не учитывать. Ответ выразите в м/с, округлите до десятых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите, сколько времени проходит до момента окончания обгона (когда до автобуса остаётся 80 м), и какой путь за это время должен проехать легковой автомобиль.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ27,5 м/с.
График пути
3/10На графике изображена зависимость пройденного телом пути от времени.
С какой скоростью тело двигалось в течение первого часа? Ответ укажите в км/ч и округлите до десятых.
Чему равна средняя скорость за 5 часов? Ответ укажите в км/ч и округлите до десятых.
В какой момент времени у тела была максимальная средняя скорость? Ответ укажите в часах и округлите до десятых.

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость на участке — это наклон графика пути; средняя скорость за время \(t\) — путь к этому моменту, делённый на \(t\) (наклон прямой из начала координат).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(3\) км/ч; 2) \(3{,}2\) км/ч; 3) \(4{,}5\) ч.
Патрульный и грузовой
3/10Стоящий на палубе скоростного патрульного катера офицер с секундомером в руках замечает, что катер обгоняет круизный лайнер, идущий в ту же сторону параллельным курсом, за 10 с. В то же время встречное грузовое судно проходит мимо катера за 5 с. Скорость круизного лайнера в полтора раза меньше скорости грузового судна. Найти скорость патрульного катера и скорость грузового судна, если длина палубы круизного лайнера 100 м, а у грузового судна "— 200 м. Размерами катера пренебречь. Ответ выразите в м/с, округлите до целого числа. Введите полученную скорость патрульного катера в первое поле, а скорость грузового судна во второе поле.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПерейдите в систему отсчёта, связанную с катером: с какой скоростью мимо него проходит каждое судно?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ22 м/с; 18 м/с.
Миссия выполнима
3/10Два исследовательских марсохода передвигаются навстречу друг другу по плато Эллада на Марсе с постоянными скоростями вдоль прямой, соединяющей их. Скорость первого аппарата составляет 30 км/ч, скорость второго "— 45 км/ч. В определённый момент, когда бортовые системы зафиксировали расстояние в 90 км между аппаратами, с первого марсохода запускается разведывательный дрон. Дрон движется по прямой линии ко второму марсоходу со скоростью 225 км/ч. Достигнув второго марсохода, дрон проводит рядом с ним 18 минут, собирая и передавая телеметрию и изображения, а затем возвращается на первый марсоход, вновь двигаясь со скоростью 225 км/ч.
Какое общее время дрон находился вне первого марсохода? Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.
Каков был суммарный путь, пройденный дроном за всё время его миссии? Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПерейдите в систему отсчёта, связанную с марсоходом, к которому летит дрон: найдите время сближения, а потом время обратного пути, пока марсоходы продолжают сближаться.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 48 минут; 2) 126 км.
О пробке
4/10Поток автомашин движется по четырёхполосной магистрали. При этом средняя скорость автомобиля равна 60 км/ч. Средняя длина автомобиля 4 метра. Вблизи места дорожно-транспортного происшествия количество полос, доступных для движения, уменьшается до двух, а скорость автомашин уменьшается до 6 км/ч. На рис. 1 приведена схема, изображенная без соблюдения масштаба. Если среднее расстояние между автомобилями при движении по магистрали \(x\) небольшое, то перед ДТП образуется пробка "— область, в которой машины движутся вплотную друг к друг с маленькой скоростью.
При каком среднем расстоянии \(x\) между автомобилями при их движении по магистрали произошедшее ДТП не приведёт к возникновению протяжённой пробки?
За полтора километра до ДТП на трассе располагается перекрёсток со светофором. За какое время после возникновения ДТП необходимо ликвидировать его последствия для дорожного движения, чтобы это не привело к затору на перекрёстке, если \(x = 16\) м?

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСколько машин в секунду проезжает через сечение дороги по одной полосе? Пробка не растёт, если пропускная способность участка с ДТП не меньше, чем у магистрали.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(x > 76\) м; 2) \(t < 10\) мин.
Два гонщика на кольце
4/10По кольцевой трассе длинной 1200 м ездят два гоночных автомобиля. Скорость первого гонщика 40 м/с, второго – 55 м/с. Когда гонщики впервые встретились напротив своего тренера, который наблюдал за их заездом с трибуны, его часы показывали время 12:00. Какое время покажут часы тренера в тот момент, когда гонщики встретятся напротив него во второй раз?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВстреча гонщиков повторяется, когда один обгонит другого на целое число кругов, а встреча именно напротив тренера "— когда оба будут в его точке одновременно.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ12:04.
Атос, Портос и Арамис
4/10Атос и Портос начинают одновременно идти навстречу друг другу со скоростями \(v_1 = 3\) м/с и \(v_2 = 1\) м/с соответственно. Арамис сначала находится посередине между ними. Портос встретился с Арамисом через \(t_1 = 250\) с после начала своего движения, а с Атосом через \(t_2 = 12\) мин.
На каком расстоянии друг от друга первоначально находились Атос и Портос? Ответ выразите в м, округлите до целого числа.
Насколько позже стартовал Арамис, если скорость сближения Портоса с Арамисом в 2 раза больше скорости удаления Арамиса от Атоса? Ответ выразите в с, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВ первом пункте Атос и Портос сближаются со скоростью \(v_1+v_2\). Во втором скорость Арамиса найдите из условия о скоростях сближения и удаления, затем сравните положения к моменту встречи с Портосом.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 2880 м; 2) 80 с.
Встречные маршрутки
4/10Велосипедист едет из города \(A\) в город \(B\) вдоль автотрассы со скоростью 20 км/ч. Во время поездки мимо него проезжают междугородние микроавтобусы, которые отправляются каждые 15 минут из города \(B\). Какое максимальное количество микроавтобусов мог повстречать велосипедист на своём пути от \(A\) до \(B\), если расстояние между городами равно 30 км, а скорость движения микроавтобуса равна 70 км/ч?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВ системе отсчёта велосипедиста микроавтобусы приближаются со скоростью 90 км/ч; посчитайте, сколько автобусов успевает выехать за время его пути, включая те, что выехали до его старта и ещё в пути.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ8.
Саша догоняет друзей
5/10Друзья Вася и Петя, живущие в деревнях Липовка и Демушкино, были в гостях у своего друга Саши, который живёт в деревне Малиновка, расположенной точно посередине между деревнями Липовка и Демушкино. Нагостившись у Саши, Вася и Петя одновременно вышли и отправились каждый в свою деревню, чтобы вернуться домой через \(t_0 = 60\) мин. Спустя \(t_0/6 = 10\) мин после выхода своих друзей Саша обнаружил, что каждый из них забыл у него дома свои вещи. Саша решил догнать каждого из них по очереди и отдать им вещи. С какой минимальной скоростью \(u\) должен бежать Саша, чтобы успеть догнать каждого из своих друзей до того, как они вернутся в свои деревни? Скорости Васи и Пети одинаковы и равны \(v = 5\) км/час.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСаша догоняет первого друга, возвращается к Малиновке и затем догоняет второго. Выберите удобный отсчёт: после обгона первого друга расстояние между друзьями растёт с известной скоростью. Скорость Саши минимальна, когда он успевает ровно в момент прихода второго друга в деревню.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(u = v\,\dfrac{t_0 + t_1}{t_0 - t_1} = 2v = 10\text{ км/ч}\), где \(t_1 = t_0/6\).
Красная Шапочка и волк
5/10Красная Шапочка испекла 20 пирогов, сложила их в корзинку и отправилась через лес к больной бабушке. Когда до бабушки ей оставалось пройти 3 км, из кустов выскочил голодный волк с явным намерением съесть хоть что-нибудь. Увидев его, Красная Шапочка бросила на землю один пирог и побежала со скоростью 2,5 м/с. Волк съел пирог за 1 минуту и побежал за Красной Шапочкой со скоростью 5 м/с. Тогда Красная Шапочка стала бросать пироги, как только волк начинал ее догонять, и так добежала до бабушкиного дома. Сколько пирогов досталось бабушке?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСравните время, за которое Красная Шапочка добегает до дома, с временем, которое нужно волку на пробег той же дистанции, и учтите минуту на каждый съеденный пирог.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветБабушке досталось 10 пирогов.
Забег с убывающей скоростью
5/10Спортсмен начал забег по прямой и первые 10 м бежал со скоростью 10 м/с, следующие 10 м со скоростью 9 м/с, следующие 10 м со скоростью 8 м/с, и так далее…{} Сколько времени длился забег до остановки? С какой средней скоростью спортсмен пробежал первую половину дистанции \(S/2\)?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНайдите время на каждом десятиметровом участке и просуммируйте. Сколько всего участков в забеге? Для первой половины дистанции найдите, на каком участке она заканчивается.
▶ОтветСкрыть: ответ
ОтветЗабег длился \(\approx 29{,}29\) с; средняя скорость на первой половине дистанции \(\approx 7{,}74\) м/с.
График средней скорости автомобиля
5/10Автомобиль часть пути ехал с постоянной скоростью \(V_1\) по грунтовой дороге, а затем, выехав на хороший асфальт, поехал быстрее с другой постоянной скоростью \(V_2\). На рисунке приведен график зависимости средней скорости \(V_{\text{ср}}\) автомобиля от пройденного им пути \(S\). К сожалению, большая часть графика от времени выцвела, и на нем остались лишь отдельные фрагменты. Определите значения скоростей \(V_1\) и \(V_2\). Сколько времени длилось движение по грунтовой дороге? Какого значения достигла средняя скорость автомобиля к сотому километру пути?

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПока автомобиль едет по грунту, средняя скорость равна \(V_1\). Запишите среднюю скорость как полный путь, делённый на полное время, для точек на асфальтовом участке.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(V_1 = 40\) км/ч; \(V_2 = 100\) км/ч; по грунтовой дороге автомобиль ехал 1 ч 20 мин; средняя скорость к сотому километру пути \(55{,}6\) км/ч (но не 55 км/ч).
Бег по траволаторам
5/10В аэропорту Шереметьево в длинном переходе между двумя терминалами есть два параллельных друг другу траволатора – горизонтально расположенных эскалатора, имеющих одинаковые длины. Школьник Вася, отправляющийся на Международную физическую олимпиаду, заметил, что первый траволатор движется, а второй – выключен, и, ожидая свой рейс, решил немного развлечься. Он начал бегать по траволаторам туда-сюда, каждый раз возвращаясь в исходную точку. В первый раз Вася пробежал туда по движущемуся траволатору, а назад – по неподвижному. Во второй раз он пробежал туда по неподвижному траволатору, а назад – по движущемуся. Разность времен движения Васи в этих первом и втором забегах составила \(\Delta t_1 = 25\) с. В третий раз Вася пробежал в обе стороны по движущемуся траволатору, а в четвертый раз – в обе стороны по неподвижному. Разность времен движения Васи в третьем и в четвертом забегах оказалась равной \(\Delta t_2 = 5\) с. Вася развивает постоянную скорость относительно траволатора, скорость движения которого также постоянна и равна \(u = 1\) м/с. Найдите скорость \(V\) Васи относительно траволатора и определите длину траволатора. Считайте, что на ускорение, торможение и на разворот Вася тратит пренебрежимо мало времени.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаВыразите время каждого из четырёх забегов через длину \(l\), скорости \(V\) и \(u\), затем составьте обе разности.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(V = u\,\dfrac{\Delta t_1}{\Delta t_2} = 5\) м/с; \(l = \dfrac{V^2-u^2}{2u}\,\Delta t_1 = 300\) м.
Шарик на нити у столбика
5/10На гладкой горизонтальной поверхности закреплен вертикальный столбик, представляющий собой призму с квадратным сечением, причем сторона квадрата равна \(a = 10\) см (см. рис.). К столбику на лёгкой нерастяжимой нити длиной \(l = 1{,}05\) м привязан маленький шарик. Нить горизонтальна, а шарик покоится на поверхности. Шарику сообщают скорость \(V = 50\) см/с, направленную вдоль поверхности перпендикулярно нити и одной из граней столбика. Спустя некоторое время после этого вся нить наматывается на столбик. Найдите, какой путь пройдет шарик до удара о столбик, и за какое время нить полностью намотается на него? Длина окружности радиусом \(R\) равна \(l = 2\pi R\), где \(\pi = 3{,}14\).

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаНить всё время перпендикулярна скорости шарика, поэтому модуль скорости не меняется. Из каких дуг состоит траектория и как меняется радиус каждой следующей дуги при наматывании на грань?
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(S = \dfrac{\pi}{2}\left(6l - \dfrac{5a}{2}\right) \approx 9{,}5\) м; \(t = S/V \approx 19\) с.
Товарные и пассажирские поезда
5/10Два товарных поезда отправляются из Москвы в Ярославль с интервалом в 10 мин и едут с одинаковыми постоянными скоростями \(v_1\). Из Ярославля в Москву с интервалом в 20 мин отправляются два пассажирских поезда, которые тоже едут с одинаковыми постоянными скоростями \(v_2\). Машинист пассажирского поезда заметил, что машинисты товарных поездов проехали мимо него с разницей в 4 мин.
Найдите отношение скоростей \(\dfrac{v_2}{v_1}\). Ответ округлите до десятых.
С каким интервалом проедут мимо машиниста товарного поезда машинисты пассажирских поездов? Ответ укажите в минутах и округлите до целых.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПерейдите в систему отсчёта пассажирского поезда: расстояние между товарными поездами и их скорость относительно него известны через \(v_1\) и \(v_2\).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(1{,}5\); 2) \(12\) мин.
Колонна автомобилей и мотоциклисты
5/10Колонна автомобилей движется прямолинейно со скоростью \(v = 36\) км/ч, равномерно растянувшись на 3 км. Два наблюдателя на мотоциклах начинают движение из центра колонны в противоположных направлениях со скоростями \(v_1 = 4v = 144\) км/ч (в направлении головы колонны) и \(v_2 = 2v = 72\) км/ч (в направлении хвоста колонны). Доехав до краёв колонны, мотоциклисты разворачиваются и продолжают движение с теми же скоростями в обратном направлении.
Определите, на каком расстоянии от головы колонны состоится их первая встреча. Ответ выразите в км, округлите до десятых.
Какой путь пройдёт колонна автомобилей за это время? Ответ выразите в км, округлите до целого числа.
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаПерейдите в систему отсчёта колонны: там мотоциклисты движутся со скоростями \(3v\) и \(v\) (сначала от центра, потом обратно), а края колонны неподвижны.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) 2,5 км; 2) 1 км.
Частицы в трубах
5/10Первая частица разгоняется с ускорением \(a\) в прямой трубе длиной \(L\) от ее конца \(A\) с нулевой начальной скоростью. Вторая частица движется с постоянной скоростью \(v\) в другой трубе, имеющей форму кольца радиуса \(R\) и расположенной непосредственно над первой трубой таким образом, что центр кольца совпадает с серединой первой трубы.

В момент пролета первой частицы через точку \(C\), которая расположена под кольцевой трубой, вторая частица оказывается точно над первой. Второе пересечение труб (точку \(D\)) частицы тоже пролетают одновременно.
Как зависит скорость \(v\) от радиуса \(R\)?
Чему равна скорость \(v_1\) при \(R = L/2\)?
Чему равна скорость \(v_2\) при \(R \ll L\)?
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаМежду встречами в \(C\) и \(D\) частица на кольце проходит не обязательно половину оборота: число оборотов — полуцелое. Время движения первой частицы от \(C\) до \(D\) найдите через \(t = \sqrt{2x/a}\).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) \(v = \dfrac{\pi(2N+1)\left(\sqrt{L+2R} + \sqrt{L-2R}\right)\sqrt a}{4}\), где \(N \geqslant 0\) — целое; 2) \(v_1 = \dfrac{\pi\sqrt{2L}}{4}(2N+1)\sqrt a\); 3) \(v_2 = \dfrac{\pi\sqrt L}{2}(2N+1)\sqrt a\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПри движении от точки \(C\) до точки \(D\) между двумя встречами частица в кольцевой трубе совершает \(N + \frac12\) оборотов, где \(N \geqslant 0\) — целое число. Это произошло за время \[\Delta t = \frac{2\pi R\left(N + \frac12\right)}{v} = \frac{\pi R(2N+1)}{v}.\] Пусть \(x(t)\) — расстояние от первой частицы до точки \(A\) в момент времени \(t\), где \(x(0) = 0\). Тогда \(x(t) = \dfrac{at^2}{2}\) и \(t = \sqrt{\dfrac{2x}{a}}\). Длины отрезков \(|AC| = \dfrac L2 - R\) и \(|AD| = \dfrac L2 + R\). Время движения частицы №1 от точки \(C\) до точки \(D\) равно \[\Delta t = \sqrt{\frac2a}\left(\sqrt{|AD|} - \sqrt{|AC|}\right) = \frac{\sqrt{L+2R} - \sqrt{L-2R}}{\sqrt a}.\] Получаем \[\frac{\pi R(2N+1)}{v} = \frac{\sqrt{L+2R} - \sqrt{L-2R}}{\sqrt a}.\] Откуда \[v = \frac{\pi R(2N+1)\sqrt a}{\sqrt{L+2R} - \sqrt{L-2R}} = \frac{\pi(2N+1)\left(\sqrt{L+2R} + \sqrt{L-2R}\right)\sqrt a}{4}.\] При \(R = L/2\) имеем \[v_1 = \frac{\pi\sqrt{2L}}{4}(2N+1)\sqrt a.\] При \(R \ll L\) получаем \[v_2 = \frac{\pi\sqrt L}{2}(2N+1)\sqrt a.\]
Капли с ветки и пешеход
6/10С ветки дерева, расположенной на высоте \(H = 5\) м, с интервалом \(\tau = 0{,}5\) с отрываются капли воды и падают на тротуар. С какой минимальной скоростью \(V\) должен идти худой пешеход, чтобы, не замочившись, проскочить опасное место? Считать, что рост пешехода \(h = 180\) см, диаметр его шляпы \(D = 30\) см, ширина шага \(L = 60\) см, ботинки в крайних положениях по горизонтали выступают из-под шляпы симметричным образом, ускорение свободного падения \(g = 10\) м/с\(^2\). Сопротивлением воздуха пренебречь, ботинки считать точечными!
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаКапли падают в одних и тех же вертикальных линиях, следуя друг за другом через \(\tau\). Подумайте, на какое расстояние должна сместиться шляпа между двумя последовательными каплями, чтобы следующая капля попала мимо неё.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(V = D/\tau = 0{,}6\text{ м/с}\).
Холодильник
6/10В тонкостенном цилиндрическом сосуде внутреннего радиуса \(R\) под поршнем находится столб воды высотой \(h_1\) при температуре \(t_0 = 0\ {}^\circ\text{С}\). Поршень и дно цилиндра теплоизолированные. Мощность тепловых потерь через боковые стенки пропорциональна площади контакта и разности температур содержимого сосуда и окружающей среды \(N = \alpha\cdot S\Delta t\), где \(\alpha\) известная константа. Цилиндр вертикально ставят в холодильник, начальная температура в котором равна \(t_1 < 0\ {}^\circ\text{С}\). Далее температуру в холодильнике изменяют так, что поршень цилиндра перемещается с постоянной скоростью. Лёд, образующийся в цилиндре, не мешает свободному движению поршня. Более того, лёд не всплывает над поверхностью воды, а упирается в поршень, будучи полностью погружённым в воду, время от времени отрываясь от стенок сосуда. Удельная теплота плавления льда \(\lambda\), плотности воды \(\rho_\text{в}\), плотность льда \(\rho_\text{л}\).
Определите в какую сторону и с какой скоростью \(v\) перемещается поршень.
Найдите в течение какого промежутка времени \(\tau_{\max}\) продолжается такое движение.
Установите зависимость температуры \(t\) в холодильнике от времени \(\tau\) в промежутке времени \([0,\ \tau_{\max}]\). Выразите её через \(h_1\), \(t_0\), \(t_1\), \(v\), \(\tau\).
Найдите температуру в момент времени \(\tau_{\max}\). Выразите через \(t_0\), \(t_1\), \(\rho_\text{в}\), \(\rho_\text{л}\).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСкорость поршня определяется скоростью кристаллизации, а она — мощностью теплоотдачи через боковую поверхность, смоченную водой под поршнем. Вся эта поверхность растёт вместе с высотой столба, поэтому постоянство скорости означает постоянство произведения \(h(t_0 - t)\).
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ1) вверх, \(v = \dfrac{2\alpha(\rho_\text{в} - \rho_\text{л})}{\lambda\rho_\text{в}\rho_\text{л}R}\,h_1(t_0 - t_1)\); 2) \(\tau_{\max} = \dfrac{\lambda\rho_\text{в}R}{2\alpha(t_0 - t_1)}\); 3) \(t = t_0 - (t_0 - t_1)\dfrac{h_1}{h_1 + v\tau}\); 4) \(t_\text{к} = t_0 - (t_0 - t_1)\dfrac{\rho_\text{л}}{\rho_\text{в}}\).
▶РешениеСкрыть: решение
Решение1. Пусть \(N\) — мощность тепловых потерь. Благодаря ему за малое время \(\Delta\tau\) кристаллизуется \(\Delta m\) льда: \[N\Delta\tau = \Delta m\lambda.\] В жидком состоянии эта масса занимала объём \(\Delta V_\text{в}\), а в твёрдом \(\Delta V_\text{л}\): \[\Delta m = \rho_\text{в}\Delta V_\text{в} = \rho_\text{л}\Delta V_\text{л}.\] Следовательно, изменение объёма содержимого благодаря кристаллизации \(\Delta m\) льда \[\Delta V = \Delta V_\text{л} - \Delta V_\text{в} = \frac{\Delta m}{\rho_\text{л}} - \frac{\Delta m}{\rho_\text{в}} = \Delta m\frac{\rho_\text{в} - \rho_\text{л}}{\rho_\text{в}\rho_\text{л}} > 0.\] То есть поршень поднялся вверх. Мощность тепловых потерь через боковую поверхность цилиндра пропорциональна площади этой поверхности и разности температур воды и окружающей среды: \[N = \alpha\cdot h\cdot 2\pi R(t_0 - t).\] Скорость подъёма поршня \[v = \frac{\Delta h}{\Delta\tau} = \frac{\Delta V}{\pi R^2\Delta\tau} = \frac{\Delta m(\rho_\text{в} - \rho_\text{л})}{\Delta\tau\rho_\text{в}\rho_\text{л}\pi R^2} = \frac{N(\rho_\text{в} - \rho_\text{л})}{\lambda\rho_\text{в}\rho_\text{л}\pi R^2} = \frac{2\alpha(\rho_\text{в} - \rho_\text{л})}{\lambda\rho_\text{в}\rho_\text{л}R}\cdot h(t_0 - t).\] Так как скорость постоянна, используем выражение для неё в начальный момент времени \(v = C\cdot h(t_0 - t) = C\cdot h_1(t_0 - t_1)\). Следовательно: \[v = \frac{2\alpha(\rho_\text{в} - \rho_\text{л})}{\lambda\rho_\text{в}\rho_\text{л}R}\cdot h_1(t_0 - t_1).\]
2. Равномерное движение поршня может продолжаться вплоть до кристаллизации всей воды. Максимальное изменение объёма системы \[\Delta V_0 = \Delta m_0\frac{\rho_\text{в} - \rho_\text{л}}{\rho_\text{в}\rho_\text{л}} = \pi R^2 h_1\frac{\rho_\text{в} - \rho_\text{л}}{\rho_\text{л}}.\] Искомая продолжительность процесса \[\tau_{\max} = \frac{\Delta V_0}{\pi R^2 v} = \frac{\lambda\rho_\text{в}R}{2\alpha(t_0 - t_1)}.\]
3. Из условий \(h(t_0 - t) = h_1(t_0 - t_1)\) и \(h(\tau) = h_1 + v\tau\) можно получить искомую зависимость \[t = t_0 - (t_0 - t_1)\frac{h_1}{h_1 + v\tau}.\]
4. Подставим выражение для \(\tau_{\max}\) в закон изменения температуры и найдём её значение в конечный момент времени: \[t_\text{к} = t_0 - (t_0 - t_1)\frac{\rho_\text{л}}{\rho_\text{в}}.\]
Педали велосипеда
1/10Частота вращения колеса находится как скорость, делённая на длину обода, а передача с 48 и 14 зубцами уменьшает частоту педалей в 14/48 раза; найти обороты педалей в секунду (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Велосипедные звёздочки и колесо
2/10Цепь передаёт одну линейную скорость на край обеих звёздочек, колесо жёстко связано с задней звёздочкой: скорость точки шины пропорциональна радиусу; пересчитать скорость через отношения радиусов (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Васина ванна
2/10Ванна наполняется из крана с постоянным расходом, пока Вася идёт в школу и на почту; по долям заполненного объёма в моменты его прохода и по времени пути находят расход, вылитую воду и нужную скорость.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Шестерёнчатая лебёдка
2/10Ручка вращает малое зубчатое колесо, большое сидит на оси барабана: передаточное число по зубьям связывает обороты ручки с длиной намотанной верёвки; находят обороты, время подъёма, глубину колодца или число зубьев по данным, массу ведра с водой по доле заполнения (варианты 1–4).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Товарный поезд и электричка
3/10Время встречного проезда задаёт сумму скоростей и длин; затем электричка едет вдвое быстрее в попутном направлении — найти время обгона.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Мальчики на доске
3/10Мальчики идут к опоре с разными скоростями; плечи изменяются со временем, и доска станет горизонтальной, когда моменты сил тяжести относительно опоры сравняются.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Эскалатор на вокзале
3/10Половину пути человек проехал стоя, затем идёт против движения эскалатора: скорость относительно ступеней складывается с обратной скоростью ленты; найти суммарное потерянное время.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Погоня полиции за нарушителем
3/10Нарушитель едет равномерно, полиция стартует с задержкой и догоняет на том же пути равноускоренно; время погони из пути нарушителя даёт ускорение или конечную скорость полицейской машины (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
График скорости автомобиля
3/10По графику v(t) через площади под графиком найти среднюю скорость на первой трети пути и за первую треть времени движения.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Лодка на реке
3/10Лодка плывёт поперёк реки, снос течением вдоль берега меняется на середине; по средней скорости сноса через времена двух половин пути найти, во сколько раз вырос поперечный ход.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Случай на эскалаторе
3/10Двое идут по соседним эскалаторам навстречу; по числу ступенек до встречи и за весь путь находят отношение скоростей относительно эскалатора, скорость эскалатора и его длину в ступеньках.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Путешествие туриста
3/10Кусочно-линейный график пути S(t) для поездки с автобусом, ожиданием, перелётом и такси: общий путь, путь к моменту T, изменение средней скорости при другой скорости такси; максимум средней скорости Vср(t)=S/t находят по прямой из начала координат, касающейся графика в конце перелёта (варианты 1–5).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Скорость погружения стакана
4/10Тонкостенный стакан плавает в широком сосуде; в него льют воду с заданным расходом, и он тонет. По условию плавания глубина погружения пропорциональна массе налитой воды, а уровень воды в сосуде меняется из-за вытесненного объёма — найти скорость стакана относительно дна.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Вера и собака Юлта
4/10Скорость собаки вчетверо больше; между бросками они вместе проходят 60 м (игрушка улетает на 30 м и возвращается), доля Веры — 1/5; делим путь на этот отрезок.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Спортсмен с убывающей скоростью
4/10Скорость уменьшается на каждом десятиметровом участке на 1 м/с; суммируя времена, найти время, среднюю скорость на половине пути и путь за половину времени.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Две автомобильные пробки
4/10Скорая обгоняет машины одной пробки и встречается со встречными: интервалы между встречами через относительные скорости и общий шаг машин; из отношения частот найти скорости пробок.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Мартышка измеряет удава
4/10Мартышка бежит к голове ползущего удава и обратно; по двум расстояниям от неподвижного слонёнка до бананов найти отношение скоростей и длину удава.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Мартышка измеряет удава
4/10Мартышка бежит вдоль ползущего удава туда и обратно; по расстояниям до бананов найти отношение скоростей и длину удава.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Мартышка измеряет удава
4/10Мартышка бегает вдоль ползущего удава туда и обратно; по двум расстояниям от слонёнка до бананов найти отношение скоростей и длину удава.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Пропускная способность шоссе
4/10По графику скорости потока от числа машин на 100 м найти максимум потока: число машин через отметку в час равно n·v, максимум по графику.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Катящаяся матрёшка
4/10Диаметры вложенных кукол уменьшаются в геометрической прогрессии с учётом толщины стенки; при качении без проскальзывания число оборотов — длина пути, делённая на длину окружности (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Свисток приближающегося локомотива
4/10Сигнал длительностью 10 с воспринимается за 9 с, так как к концу свиста источник ближе; из условия, что передний и задний фронты звука разделены меньшим расстоянием, найти скорость поезда при заданной скорости звука.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Эскалатор
4/10Пассажир на эскалаторе идёт по схеме «два шага вперёд, три назад»; через среднюю скорость за цикл и скорость относительно ленты найти время обычного прохода той же длины.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Пуля и вращающийся цилиндр
4/10Пуля пробивает по диаметру вращающийся бумажный цилиндр; одно отверстие, если за время пролёта цилиндр делает полуцелое число оборотов — серия скоростей v=2d/((2n+1)T).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Грешные приборы
4/10Скорость поезда известна лишь с интервалом из-за погрешностей часов и столбов; нужно оценить границы скорости и найти, какие показания спидометра второго поезда гарантируют, что на перекрёстке поезда не встретятся.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Горящая пластина
4/10Огонь идёт от всех сторон с одной скоростью; по времени прогорания прямоугольника 1×2 находят скорость, а прогорание треугольника определяется радиусом вписанной окружности — найти время для половины прямоугольника.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Горящая пластина
4/10Скорость фронта огня из времени прогорания прямоугольника 1×2; для прямоугольного треугольника время определяется центром вписанной окружности (r = a/2·… через полупериметр).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Тающий лёд на рычаге
4/10Кубик льда едет по плечу рычага с постоянной скоростью и тает так, что рычаг остаётся в равновесии: из правила моментов m(x)=Ma/x, средняя скорость таяния — разность начальной и конечной масс по времени.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два автомобиля и регистраторы
4/10Скорость первого автомобиля задана от пути, второго — от времени; по времени встречи через кусочные участки найти положения машин и расстояние между ними через две минуты после встречи (варианты 1–2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Гонцы царя Салтана
4/10Катера-гонцы плывут к острову и назад со скоростью 4v, корабль движется со скоростью v; через относительные скорости найти интервал между возвращениями гонцов.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Плоты и пешеход
4/10Плоты плывут со скоростью течения через равные промежутки, пешеход идёт вдоль реки туда и обратно: по долям пути до встреч с первым и последним плотом находят скорость течения, расстояние и число плотов за время между встречами (варианты 1–5).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Чабаны и овцы
4/10Овцы идут колонной по двум ущельям с разными скоростями и интервалами, чабаны едут верхом и считают встречные: число обогнанных овец равно длине ущелья на интервал с учётом относительной скорости, откуда число овец в ущельях, пропускная способность и число встреченных овец при обратном проезде (варианты 1–5).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Ахиллес и Черепаха на стадионе
5/10Ахиллес разворачивается при каждой встрече с Черепахой и приходит к старту одновременно с ней; из условия встреч по кругу находят отношение скоростей (при одной встрече — 1+√2).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Ахиллес и Черепаха — две встречи
5/10Ахиллес разворачивается при встречах с Черепахой, и за её один круг они встречаются дважды; из соотношения путей по кругу находят отношение скоростей.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Расширяющееся облако пыли
5/10Скорость частицы v = Hr: слой между r1 и r2 переходит в слой между r(1+Ht); облако остаётся однородным, плотность падает в (1+Ht)³ раз, находим её на заданном расстоянии.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Расширяющееся облако пыли
5/10Скорость пылинки v = Hr; облако остаётся однородным, плотность на заданном расстоянии через время t падает в (1+Ht)³ раз (масса слоя сохраняется).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Тележка, ученики и мяч
5/10Один ученик на тележке бросает мяч другому, на гладкой поверхности: сохранение горизонтального импульса даёт скорость тележки после броска и после поимки (останавливается), длина тележки и время полёта связаны скоростями. (варианты 3–4)
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Два человека и зеркало
5/10Два человека видят друг друга в плоском зеркале, пока ход луча отражения укладывается в размер зеркала; через мнимое изображение одного из них найти момент, когда один из движущихся людей попадает в поле зрения другого.
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.
Горящая свеча на резинке
6/10Свеча плавает, привязанная нерастянутой резинкой ко дну; по мере сгорания меняется глубина погружения — найти момент, когда резинка натянется, и момент, когда свеча перестанет гореть (условие плавания, сила упругости).
Полный текст условия и решения набирается — скоро появится прямо здесь.