Горящая свечка в воде
Парафиновая свечка горит так, что её длина уменьшается со скоростью \(u = 5\cdot 10^{-5}\) м/с, а испаряющийся парафин полностью сгорает, не стекая вниз. Свечка плавает в широком сосуде с водой. Её слегка поддерживают в вертикальном положении, чтобы она не опрокидывалась. С какой скоростью \(v\) свечка движется относительно сосуда во время сгорания? Плотность воды \(\rho_\text{в} = 1000\) кг/м\(^3\), плотность парафина \(\rho_\text{п} = 900\) кг/м\(^3\).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаИз условия плавания найдите, какая доля длины свечки погружена, и свяжьте изменение глубины погружения нижнего конца с укорочением свечки.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(v = 0{,}9u = 4{,}5\cdot 10^{-5}\) м/с.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПусть \(L\) — длина свечки в некоторый момент времени, \(H\) — длина её подводной части, \(S\) — площадь её поперечного сечения. Согласно условию плавания тел, \(\rho_\text{в} gHS = \rho_\text{п} gLS\), откуда \(H/L = \rho_\text{п}/\rho_\text{в}\). За время \(\Delta t\) длина свечки уменьшилась на величину \(\Delta L = u\Delta t\), а глубина погружения её нижнего конца уменьшилась на \[\Delta H = \dfrac{\rho_\text{п}}{\rho_\text{в}}\Delta L = \dfrac{u\Delta t\rho_\text{п}}{\rho_\text{в}}.\] Следовательно, нижний конец свечки (как и вся свечка) движется со скоростью \[v = \dfrac{\Delta H}{\Delta t} = \dfrac{u\rho_\text{п}}{\rho_\text{в}} = 0{,}9u = 4{,}5\cdot 10^{-5}\text{ м/с}\] относительно сосуда.
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Баржа на мосту Всесоюзная 1973/74, заключительный этап, 9 кл.
- Корабль переходит из моря в реку МОШ 2010/11, отборочный этап, 10 кл.
- Деревянный куб в керосине МОШ 2010/11, отборочный этап, 10 кл.
- Ареометр в двух жидкостях Курчатов 2012/13, отборочный этап, 7 кл.
- Стальной кубик в ртути под водой Курчатов 2013/14, отборочный этап, 7 кл.
- Таяние плавающего льда Курчатов 2013/14, отборочный этап, 8 кл.