НЕСФ 2023, 9. клас — Задача 3. Време за удар и сила на удар

Есенно национално състезание по физика 2023, тема за IX клас (Трета възрастова група) · 17 ноември 2023 г. · 10 т.

Условие

Част 1. Време за удар и сила на удар (2 т.)

Твърдо топче с маса mm се хлъзга по пода и се удря със скорост vv перпендикулярно в стена. Стената е покрита с гъвкав материал като желе. При удара си в желето топчето потъва в него до пълно спиране за време t0t_0.

Намерете силата FF, с която топчето действа върху стената.

Част 2. Пътешествията на Гъливер и фалшиви показания на везна

Пясъчният часовник върху везната.

В книгата на Джонатан Суифт – „Пътешествията на Гъливер в страната на лилипутите“ се описва как лилипутите намират пясъчен часовник в джоба на Гъливер. Часовникът се поставя върху везна. Песъчинките започват да падат една след друга през определен интервал от време Δt\Delta t. Везната е много чувствителна и отчита моментално.

Разстоянието между процепа, от който падат песъчинките, и долната основа на часовника е h=5h = 5 cm. В началния момент в горната част на часовника има N=1000N = 1000 на брой песъчинки. Масата на всяка песъчинка е m=1m = 1 mg, земното ускорение е g=10g = 10 m/s2^2. Долното дъно на часовника е покрито с гъвкав материал, като желе, в който песъчинката потъва и напълно спира за време t0=0,005t_0 = 0{,}005 s.

При разглеждането на задачата да не се отчита масата на корпуса на часовника.

А) Намерете показанията на везната P0P_0 преди да е паднала първата песъчинка през отвора. [1 т.]

Б) Намерете времето tt, за което първата песъчинка ще достигне дъното и скоростта vv, с която ще се удари. [2 т.]

В) Как ще се променят показанията на везната с времето, ако пада само една песъчинка. Начертайте примерна графика на показанията на везната с времето. Да се разгледа интервал от време T=t+2t0T = t + 2t_0. Не е необходимо да използвате конкретните стойности, а принципна графика. [2 т.]

Г) Как ще се променят показанията на везната с времето, ако песъчинките падат една след друга през интервал от време t1=t/20t_1 = t/20. Разгледайте интервал от време T=t+3t1T = t + 3t_1. Начертайте графика как ще се променят показанията на везната в този случай. Не е необходимо да използвате конкретните стойности, а принципна графика. [3 т.]

Решение

9. клас

Зад. 2, в) -- Няма дадени размерности в условието, в дадената зависимост пътят е в метри, а времето е в секунди.

Зад. 2, г) -- Намереното k2k_2 в оригиналното решение е минимална стойност за коефициента на триене, а не точната такава. Това е така, защото теглителната сила на локомотива не е
k2⋅mgk_2 \cdot mg, а си е нещо, което зависи от двигателя. Това е само максималната стойност на силата на триене.

Зад. 3, г) -- В даден момент във въздуха има точно 20 песъчинки, а не 19. Когато в момент tt
падне песъчинката с номер 1, тъкмо се отделя тази с номер 21, и винаги във въздуха остават 20.


Оригинал в Архива: esenni_2024_9problems.pdf · официални решения: esenni_2024_9solutions.pdf · допълнителни данни: errata.txt