Давление камня на дно сосуда

1.Камень лежит на дне сосуда, полностью погружённый в воду (см. рисунок). Изменится ли (и если изменится, то как) сила давления камня на дно, если в воду добавить поваренную соль? Ответ поясните.

Решение.

Давление камня на дно можно рассчитать по следующей формуле:

Р= (Fтяж – Fа) /s,

где Fтяж — сила тяжести, действующая на камень, FА — сила Архимеда, действующая на камень, S — площадь поверхности камня, которой он опирается на дно.

При добавлении соли в воду, ее плотность увеличится, следовательно увеличится и действующая на камень сила Архимеда, которая определяется по формуле:

Fа = ρgV,

где ρ — плотность воды, V — объем камня, g — ускорение свободного падения. Так как, объем камня и ускорение свободного падения не изменятся, а плотность воды увеличится, то сила Архимеда, действующая на камень возрастет. Сила тяжести, действующая на камень также не изменится, так как не меняется масса камня. Таким образом, разность силы тяжести и силы Архимеда станет меньше, и давление камня на дно уменьшится.

Ответ: давление камня на дно уменьшится.

2. Запаянную с одного конца трубку опускают открытым концом в воду на половину длины трубки (см. рисунок). Что произойдёт с уровнем зашедшей в трубку воды после того, как атмосферное давление уменьшится? Ответ поясните.

Ответ: уровень воды в трубке понизится.

Объяснение: при уменьшении атмосферного давления, согласно закону Паскаля, часть воды должна выйти из трубки, чтобы суммарное давление воздуха в трубке и столбика воды уравновешивало уменьшившееся атмосферное давление.

3. Что обжигает кожу сильнее: вода или водяной пар одинаковой массы при одной и той же температуре? Ответ поясните.

Ответ: водяной пар обжигает сильнее.

Объяснение: поверхность кожи при кратковременном контакте с водой получает энергию только за счёт охлаждения тонкого слоя воды в зоне контакта. Если же на кожу попадет пар, то энергия выделяется как при конденсации пара, так и при охлаждении образовавшейся на коже воды. И хотя масса образовавшейся воды может быть невелика, процесс конденсации сопровождается выделением большого количества теплоты, что и вызывает более сильный ожог.

4. Из какой кружки — металлической или керамической — легче пить горячий чай, не обжигая губы? Объясните почему.

Ответ: из керамической.

Объяснение: поскольку теплопроводность металла намного больше теплопроводности керамики, кружка из керамики будет нагреваться гораздо медленнее и медленнее будет отдавать тепло губам. Из неё легче пить горячий чай.

5. По реке плывёт лодка с гребцом, а рядом с ней — плот. Одинаковое ли время потребуется гребцу для того, чтобы перегнать плот на 10 м, и для того, чтобы на столько же отстать от него?

Ответ: одинаковое.

Объяснение: относительно плота скорость лодки одинакова по течению и против течения и равна собственной скорости лодки.

6. Автомобиль может спуститься с горы на равнину по одной из двух дорог: по короткой достаточно прямой дороге и по длинной извилистой. Сравните работу силы тяжести в этих случаях. Ответ поясните.

Ответ: работа силы тяжести одинакова.

Объяснение: работа силы тяжести не зависит от формы траектории, а зависит от начального и конечного положений тела.

7. Изменится ли (и если изменится, то как) выталкивающая сила, действующая на плавающий в керосине деревянный брусок, если брусок переместить из керосина в воду? Ответ поясните.

Ответ: выталкивающая сила не изменится.

Объяснение: выталкивающая сила, действующая на плавающее в жидкости тело, уравновешивает силу тяжести. Деревянный брусок, плавающий в керосине, тем более не утонет в воде, так как плотность воды больше плотности керосина. В воде и керосине выталкивающие силы уравновешивают одну и ту же силу тяжести, но при этом изменяется объём погруженной части бруска.

8. Брусок плавает при полном погружении в воде. Изменится ли (и если изменится, то как) выталкивающая сила, действующая на брусок, если его переместить в керосин? Ответ поясните.

Ответ: выталкивающая сила уменьшится.

Объяснение: выталкивающая сила, действующая на брусок в воде, уравновешивает силу тяжести. Деревянный брусок, плавающий при полном погружении в воде, утонет в керосине, так как плотность керосина меньше плотности воды. В керосине выталкивающая сила будет меньше силы тяжести и, следовательно, меньше выталкивающей силы в воде.

9. Незаряженный проводящий легкий шарик висит на шелковой нити между заряженным кондуктором электрофорной машины и незаряженной проводящей пластиной. Что произойдет, если к шарику приблизить кондуктор электрофорной машины? Ответ поясните.

Ответ: шарик придет в колебательное движение.

Объяснение: при соприкосновении с кондуктором электрофорной машины шарик получит электрический заряд, например отрицательный, и оттолкнется от кондуктора. Прикоснувшись к проводящей пластине, шарик передаст ей большую часть отрицательного заряда и оттолкнется от нее. Затем он опять коснется кондуктора электрофорной машины, и процесс повторится.

10. Какой автомобиль — грузовой или легковой — должен иметь более сильные тормоза? Ответ поясните.

Ответ: более сильные тормоза должен иметь грузовой автомобиль.

Обоснование: масса грузового автомобиля больше, чем масса легкового автомобиля, следовательно, при одинаковых значениях скорости грузовой автомобиль обладает большей кинетической энергией, чем легковой, и для его остановки должна быть совершена большая работа. Соответственно, при одинаковом тормозном пути сила, вызывающая торможение, для грузового автомобиля должна быть больше, чем для легкового.

11. На белой бумаге написано красными чернилами слово. Через стекло какого цвета не удастся прочесть написанное? Ответ поясните.

Ответ: написанное красными чернилами слово не удастся прочесть через стекло красного цвета (того же цвета, что и цвет чернил).

Объяснение: красные чернила поглощают свет всех цветов, кроме красного, а красный свет отражают. Белая бумага отражает лучи всех цветов, но красное стекло поглощает весь свет, кроме красного. В глаза попадут одинаковые лучи и от чернил, и от бумаги, поэтому слово будет неразличимо.

12. Куда следует поместить лед, с помощью которого необходимо быстро охладить закрытый сосуд, полностью заполненный горячей жидкостью — положить сверху на сосуд или поставить сосуд на лед? Ответ поясните.

Ответ: необходимо поместить лед на крышку сосуда.

Обоснование: если поместить лед сверху, то охлаждение сосуда с содержимым будет идти наиболее быстро. Охлажденные верхние слои жидкости в сосуде будут опускаться, заменяясь теплой жидкостью, поднимающейся снизу, пока не охладится вся жидкость в сосуде. С другой стороны, охлажденный воздух вокруг льда также будет опускаться вниз и дополнительно охлаждать сосуд.

13. Когда на открытой волейбольной площадке стало жарко, спортсмены перешли в прохладный спортивный зал. Придется ли им подкачивать мяч или, наоборот, выпускать из мяча часть воздуха? Ответ поясните.

Ответ: мяч придется подкачивать.

Объяснение: при охлаждении мяча в зале замедлится тепловое движение молекул воздуха, следовательно, уменьшится давление внутри мяча. Чтобы восстановить прежнее давление, мяч придется подкачать.

14. Что произойдёт с осадкой корабля при переходе его из моря с солёной водой в реку с пресной водой?

Ответ: осадка увеличится.

Обоснование: при переходе из моря в реку выталкивающая сила, действующая на корабль, не изменяется. Выталкивающая сила прямо пропорциональна произведению плотности жидкости на объём погружённой части тела (корабля).Так как плотность пресной воды меньше, то объём погружённой части корабля (осадка) должен стать больше.

15. Из какого материала — стали или дерева — следует строить научно-исследовательские суда для изучения магнитного поля Земли? Ответ поясните.

Ответ: из дерева.

Обоснование: суда для изучения магнитного поля следует строить из немагнитных материалов. Стальные детали судна, намагничиваясь, могут своим магнитным полем помешать точным измерениям магнитного поля Земли.

16. Можно ли услышать грохот мощных процессов, происходящих на Солнце? Ответ поясните.

Ответ: нет, нельзя.

Обоснование: звуковые волны могут передаваться только в среде (газах, жидкостях, твёрдых телах) и не передаются через вакуум. Пространство между Землёй и Солнцем заполнено вакуумом.

17. Если выстрелить из мелкокалиберной винтовки в варёное яйцо, то в яйце образуется отверстие. Что произойдёт, если выстрелить в сырое яйцо? Ответ поясните.

Ответ: яйцо разлетится.

Объяснение: в твёрдом теле (варёное яйцо) давление передаётся по направлению действия силы, поэтому образуется отверстие. В жидкостях, согласно закону Паскаля, давление передаётся по всем направлениям.

18. Два одинаковых латунных шарика падают с одной и той же высоты. Первый шарик упал в песок и остановился, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. Внутренняя энергия какого шарика изменилась на большую величину? Ответ поясните.

Ответ: на большую величину изменилась внутренняя энергия первого шарика.

Объяснение: первый шарик, упав на песок, остановился; следовательно, изменение его внутренней энергии равно его начальной механической энергии, поскольку вся механическая энергия превратилась во внутреннюю энергию шарика и песка. Второй шарик отскочил и поднялся на некоторую высоту; следовательно, изменение его внутренней энергии равно разности его начальной и конечной потенциальной энергии.

19. Два одинаковых термометра выставлены на солнце. Шарик одного из них закопчен, а другого — нет. Одинаковую ли температуру покажут термометры? Ответ поясните.

Ответ: термометры будут показывать разную температуру.

Объяснение: термометр, у которого шарик закопчён, покажет более высокую температуру, так как закопчённый шарик поглощает всё падающее на него излучение Солнца, а незакопчённый отражает большую часть падающего излучения.

20. Капля маслянистой жидкости попадает на поверхность воды и растекается, образуя тонкую плёнку. Обязательно ли эта плёнка закроет всю поверхность воды? Ответ поясните.

Ответ: не обязательно. Масляная плёнка может не закрыть всю поверхность воды.

Объяснение: тонкая плёнка будет растекаться по поверхности воды только до определённых пределов, так как толщина плёнки не может быть меньше диаметра молекул масляной жидкости. Если площадь поверхности воды больше максимально возможного размера масляного пятна, то плёнка не закроет всю поверхность воды, если меньше, то закроет.

21. Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком случае вода остынет в большей степени:

1) если подождать 5 минут, а потом долить в стакан холодную воду;

2) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 минут?

Ответ: в первом случае вода остынет в большей степени.

Объяснение: скорость охлаждения уменьшается с уменьшением разности температур нагретого тела и окружающего воздуха. Поэтому если сразу влить в горячую воду холодную, дальнейшее остывание будет проходить медленнее.

22.
На вертикально расположенной доске закреплена электрическая схема (см. рисунок), состоящая из источника тока, лампы, упругой стальной пластины АВ. К одному концу пластины подвесили гирю, из-за чего пластина изогнулась и разомкнула цепь. Что будет наблюдаться в электрической цепи, когда доска начнет свободно падать? Ответ поясните.

Ответ: цепь замкнётся и лампа загорится.

Объяснение: когда доска начнёт свободно падать, то наступит состояние, близкое к состоянию невесомости. Гиря практически станет невесомой и перестанет действовать на пластину, пластина постепенно выпрямится и замкнёт цепь.

23. Лодка плавает в небольшом бассейне. Как изменится уровень воды в бассейне, если из лодки осторожно опустить в бассейн большой камень? Ответ поясните.

Ответ: уровень воды понизится.

Объяснение: камень, лежащий на дне бассейна, вытесняет воду в объёме своего тела. Для камня, плавающего в лодке, вес вытесненной воды равен весу камня в воздухе. Учитывая, что плотность камня больше плотности воды, получаем, что в этом случае объём вытесненной воды будет больше объёма камня.

24. Прямая рейка освещается солнечными лучами. При этом на вертикальной стене видна её тень. Может ли линейный размер тени быть больше, чем линейный размер рейки? Ответ поясните и проиллюстрируйте рисунком.

Ответ: может.

Обоснование: световые лучи распространяются прямолинейно. Поэтому рейка, тень на стене и идущие через концы рейки лучи образуют трапецию. Для того чтобы линейный размер тени был больше, чем линейный размер рейки, нужно, чтобы одна боковая сторона этой трапеции (тень) была больше другой стороны (рейки). Пример расположения рейки, световых лучей и стены, отвечающий этому требованию, показан на рисунке.

25. Может ли при каких-либо условиях двояковыпуклая стеклянная линза рассеивать падающий на неё параллельный световой пучок? Ответ поясните.

Ответ: может.

Обоснование: если показатель преломления среды, в которой находится двояковыпуклая линза, больше, чем показатель преломления материала линзы, то линза будет рассеивать падающий на неё параллельный световой пучок. Поэтому если двояковыпуклую стеклянную линзу погрузить в жидкость с показателем преломления большим, чем у стекла, то такая линза будет рассеивающей.

26. Железный кубик, лежащий на гладкой горизонтальной поверхности, притягивается к северному полюсу постоянного полосового магнита, скользя по этой поверхности. Как движется кубик: равномерно, равноускоренно или с постоянно возрастающим по модулю ускорением? Ответ поясните.

Ответ: кубик движется с постоянно возрастающим по модулю ускорением.

Обоснование: так как сила притяжения со стороны полюса постоянного магнита возрастает по мере приближения железного кубика к полюсу, то согласно второму закону Ньютона ускорение кубика будет возрастать по мере его приближения к этому полюсу.

27. Железный кубик, лежащий на гладкой горизонтальной поверхности, притягивается к южному полюсу постоянного полосового магнита, скользя по этой поверхности. Как движется кубик: равномерно, равноускоренно или с постоянно возрастающим по модулю ускорением? Ответ поясните.

Ответ: кубик движется с постоянно возрастающим по модулю ускорением.

Обоснование: так как сила притяжения со стороны полюса постоянного магнита возрастает по мере приближения железного кубика к полюсу, то согласно второму закону Ньютона ускорение кубика будет возрастать по мере его приближения к этому полюсу.

28. В двух закрытых сосудах одинакового объёма находится одинаковое количество молекул одного и того же газа. Сосуд 1 размещён в тёплом помещении, сосуд 2 — в холодном. В каком из сосудов давление газа больше? Ответ поясните.

Ответ: в сосуде 1.

Обоснование: давление газа зависит от числа соударений молекул газа о стенки сосуда в единицу времени. Число соударений молекул зависит от скорости хаотического движения молекул, которая, в свою очередь, зависит от температуры — с увеличением температуры скорость хаотичного (теплового) движения молекул газа увеличивается. Так как температура газа в тёплом помещении больше температуры газа в холодном помещении, то и скорость молекул, и давление газа в первом сосуде, размещённом в тёплом помещении, будут больше.

29. Два бруска одинаковых размеров имеют одинаковую температуру +300 °С. Удельные теплоёмкости брусков и их плотности также одинаковы. Брусок 1 имеет большую теплопроводность, чем брусок 2. Какой из этих брусков быстрее охладится на воздухе, температура которого равна +20 °С? Ответ поясните.

Ответ: брусок 1.

Обоснование: так как массы, удельные теплоёмкости и начальные температуры брусков одинаковы, в них запасено одинаковое количество теплоты. Теплопроводность бруска 1 больше, чем теплопроводность бруска 2. Значит, брусок 1 быстрее передаёт энергию изнутри к воздуху. Следовательно, он быстрее охладится.

30. Дима рассматривает красные розы через зеленое стекло. Какого цвета будут казаться ему розы? Объясните наблюдаемое явление.

Ответ: розы будут казаться черными.

Объяснение: их цвет зависит от света, который попадает к Диме в глаза. Красные розы поглощают все цвета, кроме красного, а красный цвет отражают. Зеленое стекло поглощает весь свет, кроме зеленого. Но зеленого цвета нет в свете, который отражают розы, – они его поглотили. К Диме в глаза через зеленое стекло не попадет никакого света от красных роз – они покажутся черными.