IAO 2003, Теория — Задача 2
2003 - теоретичен тур:
Внимание: Бележка към темата
Запазен е българският текстов вариант theo.txt. Съпоставен е с четирите оригинални ръкописни български листа и английското условие за група B. Решенията са официалните английски Sketches for solutions; печатните несъответствия са отбелязани. Не е намерена подробна схема за оценяване.
Оригинални групи и дата
Оригиналните български ръкописни листове означават задачи 1–3 като Group A,B и задачи 4–6 като Group B; английското условие съдържа шестте задачи за Group B. Дата на теоретичния кръг: 04.10.2003; VIII Международна олимпиада по астрономия, Стокхолм, Швеция, 2–8.10.2003.
Условие
Оценете по порядък с колко градуса би могла да се повиши температурата на водата в обикновен воден басейн с размери 50м х 20м х 2м, ако се събере всичката енергия, която астрономите, занимаващи се с изследвания на звездите, наблюдавайки през нощта с оптически телескопи, са използвали досега за получаване на знания за строежа на Вселената. Топлинният капацитет на водата е 4200J/(kg.K). Слънчевата константа е 1370kW/m2. Напишете в отделна таблица всички параметри и допускания, които използвате в решението.
Разлика между източниците
В theo.txt е отпечатано 1370 kW/m². Оригиналният български ръкопис bgtheo2.jpg и английското условие дават 1,37 kW/m²; тази стойност използва официалното решение.
Отговори
- Не повече от порядък според отпечатаното решение.
Решение
Official English sketches for solutions — theosol.doc.
Large telescopes began to appear only in the beginning of the 20th century. The working surface of one 5-m telescope is equal to the working surfaces of a hundred 50-cm telescopes. There were built only a dozen large telescopes by the end of the 20th century. As an estimate let us assume that the total area of all professional telescopes is 1000 m², and that they have observed for a period of 30 years, 365 nights a year, 8 hours a night. This is about 300 000 000 seconds. As usual astronomers do not observe bright objects, especially when using large telescopes, so we take an average magnitude of to be an upper limit for our estimate. (N.B. It is important for the solution to understand that only light visible by the eye of a researcher, photographic film or CCDs may be used for obtaining knowledge about the structure of the universe.) For flux from Sun, with magnitude , the Total Solar Irradiation Constant is equal to 1.37 kW/m², so the equivalent Total Irradiation Constant for is equal to . So the total energy accumulated by 1000 m² during 300 000 000 seconds from a star of is of order 3000 J, enough only to heat a glass of tea by a few degrees. (In fact, though this need not be taken into account, only about 10% of this energy may be used, since the efficiency of both photographic film and the today's CCDs is still low, a few percents. So more correctly: of order enough to heat a glass of tea for a tenth part of degree.)
The mass of the water in the swimming pool m is 2 000 000 kg or glasses. So the estimate of how many degrees it would be possible to the raise temperature of the water in that swimming pool is: not more than of order K.
Proposed list of parameters and assumptions used in solution:
- The total square of all professional telescopes is 1000 m².
- Period of observing by them is about 300 000 000 seconds.
- As usual astronomers observe not bright objects, to be upper limit for estimation.
- For an object of the Total Solar Irradiation Constant may be used.
- Not more about 10% of energy may be used due to the low efficiency of CCDs, etc.
Справочна таблица — оригинален лист
Данните са от оригиналния справочен лист data.pdf и могат да се използват за всяка задача. Празните клетки са празни и в източника.
| Body | Distance, au | Distance, million km | Period, tropical years | Period, days | Diameter, km | Mass, kg | Density, g/cm³ | , m/s² | Magnitude | Albedo | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sun | 1392000 | 1989000 | 1.409 | −26.8 | |||||||
| Mercury | 0.387 | 57.9 | 0.241 | 87.97 | 0.206 | 4879 | 0.3302 | 5.43 | 3.70 | −2.2 | 0.06 |
| Venus | 0.723 | 108.2 | 0.615 | 224.70 | 0.007 | 12104 | 4.8690 | 5.24 | 8.87 | −4.7 | 0.78 |
| Earth | 1.000 | 149.6 | 1.000 | 365.26 | 0.017 | 12756 | 5.9742 | 5.515 | 9.81 | 0.36 | |
| Moon | 0.00257 | 0.38440 | 0.0748 | 27.3217 | 0.055 | 3475 | 0.0735 | 3.34 | 1.62 | −12.7 | 0.07 |
| Mars | 1.524 | 227.9 | 1.880 | 686.98 | 0.093 | 6794 | 0.6419 | 3.94 | 3.71 | −2.0 | 0.15 |
| Jupiter | 5.204 | 778.6 | 11.862 | 4332.59 | 0.048 | 142984 | 1899.8 | 1.33 | 24.86 | −2.7 | 0.66 |
Maximum magnitude from Earth: for outer planets and Moon — in mean opposition.
Оригинал в Архива: theo.txt · официални решения: theosol.doc · допълнителни данни: theo.doc · допълнителни данни: data.pdf · допълнителни данни: bgtheo1.jpg · допълнителни данни: bgtheo2.jpg · допълнителни данни: bgtheo3.jpg · допълнителни данни: bgtheo4.jpg