НОФ 2024, II кръг (областен), 7. клас — Задача 2. Околосветско пътешествие с графенов самолет

Национална олимпиада по физика 2024, областен кръг, Първа състезателна група (VII клас) · 18 февруари 2024 г. · 10 т.

Решения

Решенията са примерни! Алтернативни решения се оценяват по критерии на областните комисии, като се спазва максималният брой точки по дадена задача или дадено подусловие.

Условие

Черната следа по листа хартия, останала, след като пишете с молив, се състои от свързани помежду си атоми въглерод, които са се отделили от графита. Минималната възможна дебелина на черния слой върху листа съответства на размера на въглеродния атом d=0,25 nmd = 0{,}25\ \mathrm{nm} (съкращението nm означава нанометър – единица за разстояние, равна на една милиардна част от метъра: 1 nm=10−9 m1\ \mathrm{nm} = 10^{-9}\ \mathrm{m}). Ако покриете листа с толкова тънък слой, и след това успеете да го отделите от хартията, бихте получили така наречения графен – нов материал, който за първи път беше отделен успешно в лабораторни условия през 2010 г. За откриването на графена беше присъдена Нобелова награда за физика.

А) Определете масата на слоя графен, който може да се получи от графита на един молив. Плътността на графита е 2300 kg/m32300\ \mathrm{kg/m^3}, дължината на молива е L=17 cmL = 17\ \mathrm{cm}, а площта на напречното сечение на графита в молива е S=4 mm2S = 4\ \mathrm{mm^2}. [1,5 т.]

Б) Каква най-голяма площ би заемало „платно” графен, изработено от този молив. [1,5 т.]

Част 2.

Земното кълбо със земната ос, екватора и самолет, летящ по екватора в посока от изток на запад; означени са „запад“, „изток“ и „Екватор“.

Учени разработват много лек самолет, чийто корпус е на графенова основа. Самолетът излита от точка на Екватора и обикаля Земята по Екватора от изток на запад. Той лети само през светлата част на денонощието. Излита точно, когато Слънцето изгрява, и каца за почивка, когато пилотът забелязва, че Слънцето залязва.

В) След първото кацане пилотът се свързал с летището, от което излетял, и разбрал, че там вече е нощ. Като имате предвид, че на Екватора продължителността на деня и нощта са равни, определете общо колко часа са минали от първото излитане до последното кацане. [3 т.]

Г) Колко е скоростта vv на самолета, ако той се завръща в точката на излитане в момента на осмия залез, забелязан от пилота? [4 т.]

Дължината на екватора е L=40 000L = 40\ 000 км и самолетът лети с постоянна скорост.

Решение


Оригинал в Архива: NOF2_2024_7problems.pdf · официални решения: NOF2_2024_7solutions.pdf