Меню

За время пока пузырек воздуха всплывает со дна озера

За время пока пузырек воздуха всплывает со дна озера

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.

ЗАДАЧА 3.

Как изменится объем пузырька воздуха при всплывании его со дна озера глубиной 20 м к поверхности воды? Температура воды у дна озера и у поверхности одинакова. Атмосферное давление принять равным 10 5 Па.

Объем пузырька воздуха при всплывании будет изменяться из-за уменьшения давления. Так как температура воды одинакова у дна озера и у поверхности воды, изменение объема воздуха будет происходить в результате его изотермического расширения.

При изотермическом процессе давление и объем газа связаны соотношением:

Давление у поверхности воды равно внешнему атмосферному давлению. Давление на глубине h складывается из внешнего атмосферного давления и давления водяного столба:

Подставляя численные значения величин, получаем:

Ответ : объем пузырька увеличится в 3 раза.

Источник



За время пока пузырек воздуха всплывает со дна озера

Задание 30. Со дна озера, имеющего глубину Н = 20 м, медленно поднимается пузырёк воздуха. У дна озера пузырёк имел объём V1 = 1 мм3. Определите объём пузырька V2 на расстоянии h = 1 м от поверхности воды. Давление воздуха на уровне поверхности воды равно нормальному атмосферному давлению. Силы поверхностного натяжения не учитывать, температуры воды и воздуха в пузырьке считать постоянными.

1. Давление p1 на глубине Н равно сумме атмосферного и гидростатического давлений: , где ρ — плотность воды, g — ускорение свободного падения, p0 — нормальное атмосферное давление.

2. Аналогичное соотношение запишем для давления на глубине h:

3. Воздух, находящийся в пузырьке, считаем идеальным газом, температура которого не изменяется в процессе подъёма. В соответствии с законом Бойля-Мариотта для изотермического процесса

Подставляя первое и второе соотношения в третье, получаем искомое выражение для объёма пузырька на расстоянии h от поверхности воды:

Подставляя численные значения физических величин, приведённые в условии задачи, а также табличные значения g и p0 получаем:

Ответ: 2,7.

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 32
  • Вариант 1
  • Вариант 1. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 2
  • Вариант 2. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 3
  • Вариант 3. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 4
  • Вариант 4. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 5
  • Вариант 5. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 6
  • Вариант 6. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 7
  • Вариант 7. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 8
  • Вариант 8. Подготовка к ЕГЭ 2020 по физике
  • Решения заданий по номерам
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
  • Вариант 9 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 1)
  • Вариант 1. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 10 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 2)
  • Вариант 2. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 11 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 3)
  • Вариант 3. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 12 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 4)
  • Вариант 4. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 13 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 5)
  • Вариант 5. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 14 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 6)
  • Вариант 6. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 15 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 7)
  • Вариант 7. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 16 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 8)
  • Вариант 8. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 17 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 9)
  • Вариант 9. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 18 (совпадает с ЕГЭ 2019 вариант 10)
  • Вариант 10. Задания ЕГЭ 2019 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
  • Вариант 19 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 1)
  • Вариант 1. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 20 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 2)
  • Вариант 2. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 21 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 3)
  • Вариант 3. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 22 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 4)
  • Вариант 4. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 23 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 5)
  • Вариант 5. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 24 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 6)
  • Вариант 6. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 25 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 7)
  • Вариант 7. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 26 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 8)
  • Вариант 8. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 27 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 9)
  • Вариант 9. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 28 (совпадает с ЕГЭ 2018 вариант 10)
  • Вариант 10. Задания ЕГЭ 2018 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Измененное задание 24
  • Вариант 29 (совпадает с ЕГЭ 2017 вариант 11)
  • Вариант 11. Задания ЕГЭ 2017 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Дополнительное задание 24
  • Вариант 30 (совпадает с ЕГЭ 2017 вариант 12)
  • Вариант 12. Задания ЕГЭ 2017 Физика. Демидова М. Ю. 30 вариантов
    • Дополнительное задание 24
Читайте также:  Обилие мелких озер в западной сибири связано с избыточным увлажнением

Для наших пользователей доступны следующие материалы:

  • Инструменты ЕГЭиста
  • Наш канал

Источник

Объем пузырька воздуха, всплывающего на поверхность со дна озера,увеличился в 3 раза. Оцените глубину озера,если считать, что температура воды в озере на дне и поверхности одинакова. Плотность воды считать известной. Атмосферное давление нормальное.

1. Сопротивление медной проволоки равно R1=8 Ом

для первой проволоки R1= pl/S

для второй проволоки R2= p*4l/(S/2) = 8*pl/S =8R1

сопротивление второй медной проволоки в 8 раза больше R2=8*8=64 Ом

Ответ 64 Ом

2.Из правил сервиса: «Пользователи признают, что задания, которые содержат большое количество задач, требующих решения, должны быть разделены на два или несколько заданий и в таком виде добавлены в Сервис для других Пользователей. То есть в одном задании не может быть несколько задач».

Характеристика ядерного оружия. Виды взрывов. Ядерное оружие — Это один из основных видов оружия массового поражения. Оно способно в короткое время вывести из строя большое количество людей, разрушить здания и сооружения на обширных тереториях. Массовое применение ядерного оружия чревато Катастрофическими последствиями для всего человечества, поэтому Советский Союз настойчиво и неуклонно ведет борьбу за его запрещение. Поражающее действие ядерного оружия основано на энергии, выделяющейся при ядерных реакциях взрывного типа. Мощность взрыва ядерного боеприпаса принято выражать тротиловым эквивалентом, то есть количеством обычного взрывчатого вещества (тротила), при взрыве которого выделяется столько же энергий, сколько её выделяется при взрыве данного ядерного боеприпаса. Тротиловый эквивалент измеряется в (килотоннах, мегатоннах). Средствами доставки ядерных боеприпасов к целям являются ракеты (основное средство нанесения ядерных ударов), авиация и артелерия. Кроме того, могут применяться ядерные фугасы. Ядерные взрывы осуществляются в воздухе на различной высоте, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соотвеветствий с этим их принято разделять на высотные, воздушные, наземные (надводные) и подземные (подводные). Точка, в которой произошел взрыв, называется центром, а её проекция на поверхность земли (воды) — эпицентром ядерного взрыва. Поражающие факторы ядерного взрыва. Поражающими факторами ядерного взрыва является ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс.

Источник

Коткин Г. Всплывающий воздушный пузырек и закон Архимеда// Квант

Коткин Г. Всплывающий воздушный пузырек и закон Архимеда // Квант. – 1976. – № 1. – С. 19-23. (1996. – № 3. – С. 50-51.)

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Читайте также:  Составить пищевую цепь озера примеры

Представьте себе, что вы готовитесь к экзамену по физике, расположившись на лесной опушке на берегу озера. Повторяя второй закон Ньютона, бы хотите применить этот закон к движению всплывающих со дна пузырьков газа. И тут начинается что-то странное.

Сила тяжести, действующая на пузырек, раз в тысячу меньше веса вытесняемой им воды (плотности воздуха и воды отличаются примерно в тысячу раз). Сила сопротивления при жидком трении, пропорциональная скорости пузырька, поначалу мала, поэтому ее учитывать не стоит (О роли силы сопротивления будет сказано дальше.). Таким образом, ускорение определяется, в основном, архимедовой выталкивающей силой:

Здесь m – масса, а – ускорение пузырька, V – его объем, ρ – плотность воды. Пусть плотность газа ρ. Тогда

Итак, ускорение пузырька порядка тысячи g. Это очень большая величина. Вспомним, что ускорение, которое приходится переносить космонавтам к летчикам, достигает нескольких g (скажем, до 10g). Если снаряд будет двигаться в стволе длиной 1 м с таким ускорением, то он сможет взлететь на высоту h = 1 км (проверьте это самостоятельно); если внутрь нашего всплывающего пузырька попадет букашка, она будет раздавлена в таком «лифте»; и т.д. и т.п. Поистине богатые возможности для изобретателей.

Впрочем, сидя на берегу озера, можно увидеть собственными глазами, что на самом деле ускорение пузырька вовсе не так велико.

Вместо того чтобы сразу дать ответ на возникшую загадку, зададим еще одну.

Пусть вы без труда можете поднять пудовую гирю (m = 16 кг) на высоту 1 м. А что если приложить силу, равную весу этой гири, к камешку массы 1 г (или к копеечной монете) на пути тоже в 1 м? Нетрудно сообразить, что камешек после этого взлетит на высоту 16 км. (Сопротивление воздуха не учитываем. Ясно, что дело не в нем.) Что это – еще один фантастический проект? Нет, на этот раз разоблачить автора проекта совсем легко: поднимать придется не только камешек, но и собственную руку! К каждому ее грамму нужно приложить силу порядка 160 Н. Вся рука будет весить несколько тонн, и поднять ее не хватит сил.

Таким образом, неподвижная или движущаяся с небольшим ускорением рука может приложить к грузу силу гораздо большую, чем рука, которая движется с большим ускорением.

Но ведь при движении воздушного пузырька в воде возникает аналогичная картина. Когда пузырек поднимается, некоторая масса воды устремляется вниз, заполняя освобожденное место. Пузырек взаимодействует с движущейся, а не с неподвижной водой. По-видимому, и сила, действующая со стороны воды на пузырек, зависит от ускорения самой воды. Закон Архимеда, записанный в обычном виде , неприменим к пузырьку, движущемуся ускоренно!

Оказывается, задача о пузырьке очень близка к задаче о движении грузиков, связанных переброшенной через неподвижный блок нитью (рис. 1). Нетрудно увидеть аналогию между ними. Действительно, один из грузиков (с массой m) как бы играет роль пузырька, другой (с массой М) – роль воды, а натяжение нити Т – роль выталкивающей силы.

Второй закон Ньютона в применении к грузику массы m можно записать так:

Если грузик массы m удерживать, то натяжение нити Т окажется численно равным весу грузина Mg (весу «вытесненной» воды). Подставив в уравнение (2), получаем:

При оказывается . Этот вывод своей нелепостью похож на вывод об огромном ускорении пузырька (см. (1)). Причина обеих ошибок одна и та же: необходимо учитывать движение грузика массы М и движение «вытесненной» воды. Напомним, что для правильного решения задачи о грузиках нужно записать еще уравнение второго закона Ньютона для грузика массы М

и решить систему уравнений (2) и (4). Отсюда

При оказывается , что вполне соответствует действительности.

Можно решить эту задачу и другим способом – воспользоваться законом сохранения энергии. При смещении грузика массы m вверх (и соответственно, грузика массы М вниз) на расстояние h потенциальная энергия системы уменьшится на величину . Кинетическая энергия станет равной , где υ – скорость грузиков (начальную скорость считаем равной нулю). Приравняв величины

Такая связь скорости и перемещения характерна для движения с постоянным ускорением а. (В данном случае )

Воспользуемся этим для решения задачи о движении тела в жидкости. Правда, привести полное решение задачи о воздушном пузырьке мы не сможем. Дело в том, что распределение скоростей жидкости вокруг пузырька слишком сложно (рис. 2).

Однако мы решим похожую задачу. Рассмотрим движение длинного стержня радиуса r, длины l и массы m вдоль оси заполненной жидкостью плотности с трубки радиуса (рис. 3).

В этом случае движение жидкости легко рассчитать. Вытесняемая верхней частью стержня жидкость смещается вниз и заполняет место, освобождаемое нижней частью стержня. Если исключить небольшие участки вблизи торцов стержняt то скорость жидкости всюду между стержнем и стенками трубки оказывается одной и той же. Обозначим через υ скорость стержня, а через υ1 —скорость воды, движущейся между стержнем и стенками трубки, в тот момент, когда стержень поднялся на высоту h от того уровня, на котором его скорость была равна нулю. Приравняв объем жидкости, вытесненной стержнем за малый промежуток времени Δt, объему жидкости, прошедшей за это же время между стержнем и трубкой, находим

Читайте также:  Тарелка в медвежьих озерах

За то время, пока стержень поднимался на высоту h, масса жидкости, равная ( – объем стержня), опустится тоже на h, тогда уменьшение потенциальной энергии стержня и жидкости равно . Кинетическая энергия системы равна , где m1 – масса движущейся жидкости. Кинетическую энергию жидкости удобно записать в таком виде:

Воспользовавшись законом сохранения энергии, получим

Такой зависимости скорости υ от перемещения h отвечает движение с ускорением (см. (6))

Таким образом, стержень движется так, будто бы его масса увеличилась на величину m‘, а выталкивающая сила осталась равной гидростатической архимедовой силе . Величину m‘ называют присоединенной массой. Это чисто формальное, но удобное толкование равенства (7). Формула (7) получается из неправильной формулы (1) добавлением в знаменателе слагаемого m‘. Отметим, что подобным же образом формула (5) получается из (3) добавлением в знаменателе слагаемого М.

Силу Fвыт, с которой движущаяся жидкость действует на стержень, теперь легко получить из второго закона Ньютона

В частности, если , то ; при выталкивающая сила оказывается порядка веса стержня (и не имеет отношения к весу вытесненной воды). Если же то то есть мы возвращаемся к закону Архимеда в обычном виде.

Для шарика (в частности, для пузырька) расчет дает такой результат: кинетическая энергия жидкости равна где V – объем шарика, υ – его скорость. Тогда присоединенная масса для пузырька т.е. она равна половине массы вытесненной воды. Пузырек всплывает с ускорением

Выталкивающая сила определяется из уравнения (8), она приблизительно равна т.е. тройному весу неподвижного пузырька (и во много раз меньше веса вытесненной воды).

Теперь вспомним о силе сопротивления, Для пузырька газа в жидкости она определяется формулой где r – радиус пузырька, υ – его скорость, η – так называемый коэффициент вязкости среды (Приведенная формула справедлива при если , коэффициент 12πследует заменить на 4π. Дли твердого шарика при коэффициент равен 6π (формула Стокса).). С учетом силы сопротивления уравнение движения пузырька запишется так (см. (7)):

Очевидно, что Fс уменьшает ускорение (а значит, и скорость) пузырька по сравнению с тем случаем, когда мы не учитываем сопротивление жидкости. Однако, если т.е. при силой сопротивления можно пренебречь. Например, если речь идет о пузырьке радиуса r = 3 мм (Пузырек большего радиуса не может сохранить шарообразную форму (подобно падающей дождевой капле, деформируемой силой давления воздуха; см., например, статью И.Ш. Слободецкого «О форме дождевой капли», «Квант», 1970, № 8).), движущемся в воде (ρ = 1 г/см 3 , η = 1,0•10 –2 г/(см•с), то его скорость должна быть много меньше величины Прикинем, на каком пути h, пузырек достигнет такой скорости. Для грубой опенки воспользуемся равенством где

Таким образам, на пути 1,5 м силой сопротивления можно пренебречь. При этом υ = 10 м/с – это предельная скорость, которой может достичь всплывающий пузырек газа в воде.

1. Цилиндрическая труба, состоящая из двух частей с радиусами R1 и R2 (рис. 4), соединенных плавным переходом, заполнена водой. Вдоль осп трубы движется длинный стержень радиуса r и плотности ρ. Скорость стержня а левой части трубы равна υ1. Какой станет его скорость после перехода в правую часть трубы?

2. В жидкости плотности ρ плавает шарик радиуса R с трубкой радиуса . (рис. 5). Масса шарика с трубкой ранка m. Шарик удален от поверхности жидкости, дна и стенок сосуда на расстояние, много большее его радиуса. Шарик слегка приподняли за трубку и отпустили. Определить период возникших колебаний шарика.

3. Вдоль оси трубки с водой всплывает стержень массы m (рис. 6). Определить силу, действующую на дно.

1. Из закона сохранения энергии где (V – объем стержня), (ρ —плотность поды), находим

2. (Решение задачи см., например, в «Кванте», 1974, № 6, с. 36. Только нужно m заменить на

3. Запишем второй закон Ньютона для стержня, для массы воды, движущейся между стержнем и стенками трубки, и для остальной, неподвижной воды массы

Здесь Fвыт1 (Fвыт2) – сила, с которой движущаяся (неподвижная) вода действует на стержень, F1 – сила взаимодействия подвижной и неподвижной воды, F – сила, с которой на неподвижную воду действует дно трубки. Сложив все три уравнения, исключаем силы Fвыт1, Fвыт2 и F1. Заметим, что Тогда после несложных преобразовании получаем:

Отсюда видно, что сила давления воды на дно (численно равная силе F) меньше суммарного веса волы и стержня. Причем это справедливо и когда стержень всплывает , и когда он тонет .

Источник

Adblock
detector