НЕСФ 2023, 9. клас — Задача 1. Сняг, лед и очила

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

Условие

В началото на пролетта Дарко е на гости на баба си. Покривът на къщата ѝ е покрит със сняг, който се топи и непрекъснато капят капки.

Част 1.

Падащата капка и лещата.
Фиг. 1

Бабата на Дарко се оплаква, че има нужда от нови очила. Той решава да измери с подръчни средства фокусното разстояние на очилата на баба си. Поставя едната леща от очилата на разстояние h0=1h_0 = 1 m от покрива на къщата. Капка пада върху лещата. Дарко забелязва, че в момента време t=0,13t = 0{,}13 s преди капката да достигне лещата, образът на капката не може да се проектира върху екран. Капката пада по оптичната ос на лещата.

А) Намерете времето t1t_1, за което падаща капка от покрива ще достигне до лещата. [1 т.]

Б) Определете вида на лещата (събирателна или разсейвателна), като обосновете отговора си. [0,5 т.]

В) Определете фокусното разстояние ff на лещата. [2,5 т.]

Част 2.

Ледената висулка и стълбът.
Фиг. 2

Дарко премахва лещата и наблюдава как започва да се образува ледена висулка от топящия се на капки сняг. От падащите капки от покрива всяка девета замръзва на висулката, а от следващите осем капки само половината замръзват върху земята, като образуват вертикален леден стълб. Висулката и стълба имат правилна цилиндрична форма. Диаметърът на стълба е 3 пъти по-голям от диаметъра на висулката. След t2=1t_2 = 1 час от началото на топене на снега висулката има дължина h=1,2h = 1{,}2 m, а между краищата на висулката и цилиндъра разстоянието е H=80H = 80 cm.

А) Намерете с каква скорост v1v_1 ледената висулка нараства. [1 т.]

Б) Намерете отношението на скоростите на нарастване на стълба v2v_2 и висулката v1v_1 (v2/v1=?v_2/v_1 =?) [2 т.]

В) Намерете скоростта vv, с която се приближават висулката и стълба. [1 т.]

Г) След колко време TxT_x (смятано от момента, когато разстоянието между тях е било HH) висулката и стълбът ще се допрат? [2 т.]

В случай, че Ви потрябва: Лице на кръг S=πr2S = \pi r^2; обем на цилиндър V=πr2.hV = \pi r^2 . h. Земното ускорение е g=10g = 10 m/s2^2.

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