Комментарии - раздел Механика

Прошу прощения, что сразу написать не получилось, постараюсь не тянуть впредь. Буду выделять так физические законы и формулы необходимые для решения задачи.

Комментарии к задачам на тему "Механика"

Задача 1.
Простая задача на относительность движения, но очень хороша для повторения. Преобразования Галилея дают простые соотношения для скоростей: по течению vl+u=v, vl-v=3v (vl-скорость лодки относительно воды; u-скорость течения). Из этих соотношений легко найти скорости. Что касается минимального времени, за которое лодка может переплыть реку, то нужно понимать, что вектор скорости лодки относительно земли всегда складывается из вектора скорости течения (всегда направленного вдоль реки) и вектора скорости лодки относительно воды. Скорость течения в таком случае на время форсирования реки никак не влияет. Значит, нужно вектор скорости лодки развернуть так, чтобы переплыть быстрее - то есть, перпендикулярно течению. t=L/vl=L/2v.

Задача 2.
Задача на равномерное движение по окружности. Я уже отмечала, что задачи такого плана -простые, но почему-то плохо решаются школьниками.

Для решения необходимо использовать закон всемирного тяготения, формулу центростремительного ускорения, соотношение массы, объема и плотности тела, соотношение скорости и периода обращения. Обратите внимание, что формула для 1-й космической скорости не считается известной, ее нужно вывести из закона всемирного тяготения, как минимальную скорость вращения на высоте, равной радиусу планеты.

Нужно сказать, что задачу можно решить, не зная соотношения скоростей. Дело в том, что соотношение скоростей, с одной стороны, можно получить из закона всемирного тяготения, с другой - из соотношения периода и скорости. Приравняв Vп/Vз, полученное двумя способами и учтя соотношение периодов, получаем тот же ответ.

Задача 3.

Действительно сложная задача. Здесь нужно понять, что скорость в точке отрыва не равна нулю. Нужно хорошо понимать, что движение по окружности происходит, пока есть равнодействующая центростремительная сила, создающая центростремительное ускорение. Как только равнодействующая сила (сумма сил, действующих на тело) становится по величине меньше нужной для создания такого ускорения, тело меняет траекторию (в данном случае – падает). Непосредственно перед отрывом силы реакции опоры уже нет, а движение по окружности обеспечивает составляющая силы тяжести.

Для решения необходимо использовать второй закон Ньютона, закон сохранения энергии, формулу центростремительного ускорения.

Ответ N=0,386Н. Решение приведено здесь.

Задача 4.
Простая и изящная задача на законы сохранения энергии и импульса.

Закон сохранения импульса записываем в проекциях на горизонтальную ось, причем, импульс системы в данный момент (шайба на малой горке) Mu-mv равен импульсу до начала движения Mu-mv=0. Закон сохранения энергии учитывает кинетические энергии горки и шайбы и потенциальную энергию шайбы в данный момент. Эта сумма равна потенциальной энергии шайбы до начала движения.

Ответ m/M=(3gh/v^2)-1

Для полноты картины задач на механику, обязательно разберите задачу о беспокойном рыбаке.

Последний рывок!

Дорогие ребята!
Вот и прошли обязательные экзамены и замаячил довольно близко ЕГЭ по физике.
Предлагаю порешать сложные задачи и обсудить, как не потерять драгоценные баллы по небрежности.

Предлагаю такой стиль работы: я выкладываю текст задач и вопросы (соответствующие тому, что проверяют эксперты). Вы по мере возможности - отвечаете (хотя бы "про себя" , но можно зарегистрироваться в Google и отвечать в комментариях). Потом я публикую ответы и новые вопросы.

Помним, что при проверке расчетных задач эксперт руководствуется следующими критериями:

Попробуем реализовать их для следующих задач из механики:

Задача 1.

Задача 2.

Задача 3. 

Задача 4.

Вопросы к вам:
1. К какому разделу механики относится задача?
2. Уясните, почему тела движутся так, как сказано в задаче, какие силы на них действуют, каков характер движения?
3. Какие физические законы и формулы необходимы для решения задачи?
4. Нарисуйте поясняющий рисунок к задаче с указанием скоростей (для задачи №1), действующих сил (для задач №2-3).


Задачи по механике также разбирались на следующих страницах данного блога:
страница 1
страница 2
страница 3
страница 4

Вы можете прислать свои задачи для разбора.

Рекомендую сайт    http://mathus.ru/phys:
Базовый курс физики: подготовка к ЕГЭ (теория)


 До завтра!

Выбирайте нас!

Пора, пора принять решение о том, на какие специальности и в какие вузы вы будете подавать документы!

Времена сложные, жить далеко от дома - дорого, присмотритесь к кузбасским вузам, а, прежде всего, к КемГУ:

Именно классический университет остается самым крупным учебным заведением высшего образования на территории Кузбасса. Будущую специальность здесь получают около 20 тысяч юношей и девушек КемГУ постоянно занимает очень неплохие места в российских и зарубежных рейтингах. Недавно он вошел в сотню лучших вузов России в рейтинга Европейской научно-промышленной палаты. Лучшие студенты КемГУ получают стипендию от 7 000 до 17 000 рублей в месяц. У нас весело: проводится множество фестивалей творчества, действует один из самых известных в России студенческих театров, а также лауреат многих конкурсов – академический хор.

На какой факультет идти с ЕГЭ по физике?  Конечно, на физический. Физический факультет Кемеровского госуниверситета готовит специалистов по направлению «Физика». Кроме физических и математических дисциплин в учебной программе много внимания уделено программированию и автоматизации. Кроме того, на факультете имеется подготовка по дополнительным образовательным программам «Системный инженер», «Физические и физико-химические методы в криминалистической экспертизе». Выпускники факультета работают преподавателями вузов и школ, научными сотрудниками (в вузах и отделении РАН); программистами (на сайтах Кемерово, в банках и коммерческих структурах); системными администраторами компьютерных сетей (везде, где есть сети), инженерами по автоматизации производственных процессов, экспертами-криминалистами, менеджерами по продажам высокотехнологичного оборудования.  А если вы хотите заняться перспективными технологиями пищевой промышленности, то это тоже к нам. Почему? Потому что в 2016 году КемГУ и КемТИПП (Кемеровский технологический институт пищевой промышленности) собираются слиться, чтобы преобразоваться в опорный вуз.  Читайте об этом в интервью и.о. ректора КемГУ Александра Юрьевича Просекова.

Закон Ома - знакомимся ближе

Как известно, существует два закона Ома:

• Закон Ома для участка цепи
• Закон Ома для полной цепи

Первый изучается в младших классах и трудности обычно совершенно не представляет. Задания на эту тему связаны с определением общего сопротивления небольшого участка цепи, вычисления токов и напряжений.

Только обратите внимание в таких задачах на приборы - амперметр и вольтметр. Разработчики ЕГЭ отмечают, что многие школьники путают их, если дана схема, в которой присутствуют оба прибора. Для распознавания типа измерительного прибора и решения задач нужно знать следующее:

	Амперметр	Вольтметр
Обозначение на шкале	А	V
измеряет	силу тока	напряжение
включается в сеть	последовательно с элементом цепи, в котором измеряется сила тока	параллельно с элементом цепи, в котором измеряется напряжение
Сопротивление	мало по сравнению с сопротивлением элементов цепи	велико по сравнению с сопротивлением элементов цепи

Сопротивления приборов выбираются такими, чтобы их подключение не сильно искажало картину токов и напряжений в цепи.

Итак, обычно трудности вызывают задачи об электрических цепях из большого количества элементов, содержащих источники тока. Причем, ошибки возникают при расчете

• Напряжения на источнике тока
• Сопротивления сложного участка цепи

Рассмотрим эти вопросы.

Законы сохранения в механике - быстрее и проще

Повторяя механику, обратите пристальное внимание на раздел, посвященный законам сохранения. Эти законы часто позволяют решить задачу быстрее и проще. Однако, нужно всегда помнить об особенностях их применения. 

Ошибки школьников в применении этих законов для решения задач обычно связаны с недопониманием таких особенностей:

• законы записываются для замкнутых систем,
• механическая энергия сохраняется, если в системе нет трения,
• закон сохранения импульса записывается в векторной форме.

Подборку простых  характерных задач на законы сохранения, встречающихся в ЕГЭ, вы найдете здесь.

Сейчас хотелось бы рассмотреть решение двух сложных задач, варианты которых также встречались в ЕГЭ, и которые практически никто из участников  не смог решить на олимпиаде КемГУ: 

Задача об отскоке от наклонной плоскости.

На горизонтальной идеально гладкой поверхности покоится тело в виде наклонной плоскости с углом 45^о и массой 4 кг. С этим телом упруго сталкивается шар массой 1 кг, летевший со скоростью 10 м/с. В результате удара шар отскакивает вертикально вверх, а тело начинает двигаться по поверхности. Определить, на какую высоту поднимется шар. 

Решение.

Обозначим за v и v₁ – скорости шарика до и после удара, m_p – массу наклонной плоскости,  u – ее скорость после удара.

Очевидно, что нужно записать закон сохранения энергии:

При записи этого закона сразу появляются сомнения: как же так, направление суммарного импульса после удара должно сохраниться, а появляется вертикальная составляющая, которой до удара не было. Дело в том, что в замкнутую систему, для которой можно записать закон сохранения импульса часто «забывают» включать Землю. Это она получила противоположный по направлению, направленный вертикально вниз импульс.

Рассматривать в задаче  Землю, конечно неудобно. Но нас выручает то, что составляющие импульса сохраняются и отдельно, вдоль перпендикулярных осей. Поэтому проекции импульса на горизонтальную ось (уже без векторов):

Отсюда можно найти скорость плоскости после удара.

Узнав о тайной роли Земли в рассматриваемом явлении, сразу начинаешь волноваться о том, правильно ли записан выше закон сохранения энергии. Оказывается, правильно. Дело в том, что Земля очень массивна, ее скорость после удара пропорциональна отношению массы шарика к массе Земли, следовательно, практически равна нулю и не дает вклада в  закон сохранения энергии.

Учтя, что кинетическая энергия шарика далее переходит в потенциальную  mgh=mv₁/2, можно получить искомую формулу для вычисления высоты подъема шара:

Задача о беспокойном рыбаке

На сколько сместится неподвижная лодка массой 280 кг, если человек массой 70 кг перейдет с носа на корму? Длина лодки 5 м, сопротивлением воды пренебречь

Решение

По закону сохранению импульса  0=mv-Mu, где скорости человека v и лодки u записаны относительно Земли.  Человек  в лодке движется относительно лодки с суммарной скоростью u+v  и за время t пройдет длину лодки l (t=l/(v+u)). За это время относительно Земли лодка пройдет

Дополнительно довольно сложные и интересные задачи на законы сохранения в механике разобраны здесь.

Размышление об итогах олимпиады

Провели вузовскую олимпиаду по физике среди школьников Кемерово и области. Здесь хотелось бы обсудить темы задач по физике, которые учащиеся  считают сложными и плохо решают.
Посмотрим на средний балл по предложенным задачам:

Под диаграммой - таблица номеров задач и их темы.  При расчете среднего балла те, кто даже не приступил к решению тоже учитывались. Так что средний балл отражает и субъективную и объективную оценку сложности задач. По моему, экспертному мнению, сложными были только задачи №№ 4 и 8.

Прокомментирую "сложные задачи".

Задача №2 на закон Всемирного тяготения
Например, такая: Оцените массу Солнца, считая расстояние от Земли до Солнца равным 150 миллионов км.
Я уже писала о подобных задачах, мне не понятно, почему их так плохо решают, ведь  решение проводится на основе простой записи 2-го закона Ньютона, в который вписываем силу тяготения и центростремительное ускорение. Дополнительно нужно  знать лишь, что v=2пR/T. 

Задача №7 на тему "Электростатика"
Например, такая: Два разноименных точечных заряда  q и -4q находятся на расстоянии а друг от друга. Каким должен быть третий заряд Q и где следует его расположить, чтобы вся система находилась в равновесии?
Задача эта не сложнее других задач электростатики. Здесь только нужно хорошо понять, что такое равновесие системы зарядов. А дело в том, что система находится в равновесии, если равнодействующая сила, действующая на каждый из зарядов, равна нулю.
Рассмотрим исходную систему зарядов:

Видно, что она не находится в равновесии. Заряды действуют друг на друга с одинаковыми силами, которые не компенсируются. Однако, есть надежда, что систему можно привести в равновесие если поместить на той же прямой еще один заряд. Для определенности попытаемся найти место для положительного заряда Q. 

Вообще говоря, его можно разместить слева от системы (в районе точки А), между зарядами (в районе точки В) и справа (в районе точки С). Разместим его, для начала, в т.А. Заряд Q будет притягивать заряд -q и отталкивать заряд 4q. И они на него будут действовать с силами, направленными в разные стороны:

Так что появляется надежда, что система зарядов будет в равновесии. Запишем соотношение сил, действующих на вносимый заряд  Q.  При этом учтем, что знаки зарядов мы уже учли, нарисовав вектора сил. Поэтому напишем уравнение в проекциях (расстояния между зарядами указаны на картинке, заряд №1 это -q,  заряд №2 это 4q):

Таким образом, система зарядов симметрична (х=а). Величину заряда  Q можно найти из равенства сил, действующих на заряд №1 или №2, но из наличия симметрии очевидно, что  Q=4q.
Проведя аналогичные рассуждения для заряда   Q  в районе т.В и т.С, можно доказать, что между исходными зарядами для стабилизации системы ничего поместить нельзя, а справа можно поместить отрицательный заряд (легко догадаться где и какой).

Продолжение следует.

Реплики о решении ДемоВарианта (продолжение)

Продолжаем комментировать 2-ю серию:
Задача №12.

Изотермический процесс. Действительно, при постоянной температуре dU=0 (d- это дельта). А работу вычислить сложно. Потому что она вычисляется по формуле dA=p*dV. Если давление меняется, то нужно интегрировать. Проинтегрировав, получим формулу с логарифмом, которую некоторые учителя дают для запоминания. Ну, а не умеете интегрировать, обходитесь выводом из 1 закона, что A=Q. Можно также иметь в виду, что работа по модулю равна площади под изотермой на графике P-V. При этом, если газ расширяется, его работа положительна, сжимается - отрицательна (что и видно на рисунке).  Ответ А4, Б2

А формулу, которую придумала комментатор - забудьте, она не верна в общем случае. Для иллюстрации можно обратить внимание, что (4Ро-Ро)(Vo-4Vo)=-9PoVo (а не 6!)  по модулю равна площади прямоугольника, в который можно вписать кривую (его левый нижний угол образует пересечение пунктирных линий). Ну разве его площадь равна площади под кривой?

Задача №14.

Вектор магнитной индукции в точке А будет равен нулю только, если токи в них сонаправлены и одинаковы по величине. Каждый из них создает в точке А магнитное поле. Вектора индукции(направлены по касательной к силовой линии поля) складываются (вам будет легче рисовать в плоскости, где провода превращаются в точки):

Очевидно, что:

• если I1 и I2 не равны, то результирующий вектор не равен нулю;
• если они направлены в разные стороны, вектора в т.А будут направлены в одну сторону.