НЕСФ 2017, 9. клас — Задача 2. Цилиндри с бутала

Национално есенно състезание по физика, 17 – 19 ноември 2017 г., Варна — Тема за 9. клас (трета състезателна група) · 17 ноември 2017 г. · 10 т.

Условие

Част I

Двете бутала на хидравличната машина.

Хидравличната машина на фигурата вляво е изградена от два хоризонтални цилиндрични участъка с радиуси R1=0,1 mR_1 = 0{,}1\ \mathrm{m} и R2=0,25 mR_2 = 0{,}25\ \mathrm{m}. По-малкото бутало има маса m1=2 kgm_1 = 2\ \mathrm{kg}, а по-голямото бутало е с маса m2=10 kgm_2 = 10\ \mathrm{kg}. Пространството между буталата е запълнено с несвиваем идеален флуид. Върху буталата са приложени външни сили с големини F1=0,15 kNF_1 = 0{,}15\ \mathrm{kN} и F2=0,9 kNF_2 = 0{,}9\ \mathrm{kN}, като посоките на силите са означени на фигурата. Приемете, че налягането pp на флуида не се изменя. Налягането на околната среда е p0=105 Pap_0 = 10^5\ \mathrm{Pa}.

а) Определете големината на ускорението a1a_1 на по-малкото бутало. [4 т.]

б) На колко е равна големината на ускорението a2a_2 на по-голямото бутало? [1 т.]

в) Намерете налягането pp на флуида в хидравличната машина. [1,5 т.]

Част II (3,5 т.)

Цилиндърът с газ и движещото се бутало.

В хоризонтален топлоизолиран цилиндър с напречно сечение S=30 cm2S = 30\ \mathrm{cm^2} и с бутало, което може да се движи без триене, е затворено определено количество идеален газ при атмосферно налягане p0=105 Pap_0 = 10^5\ \mathrm{Pa}. В цилиндъра има електрически нагревател с неизвестна постоянна мощност PP. След включване на нагревателя буталото започва да се движи надясно със скорост v=2 cm/sv = 2\ \mathrm{cm/s}. Вътрешната енергия на газа се дава с израза U=3BT/2U = 3BT/2, където BB е константа, а TT е температурата на газа. Съотношението между обема и температурата на газа преди включване на нагревателя е p0V0=BT0p_0V_0 = BT_0. Намерете мощността PP на нагревателя.

Решение


Оригинал в Архива: esenni_2017_9problems.pdf · официални решения: esenni_2017_9solutions.pdf