Задача по физике — 7992
2018-06-04
Температура окружающей подводную лодку воды равна $+4 С^< circ>$, Ядерный реактор лодки непрерывно выделяет тепловую мощность 0,4 ГВт. Максимальный КПД теплового двигателя подлодки равен 0,4. Оцените величину минимального расхода охлаждающей двигатель забортной воды. На выходе из системы охлаждения вода не должна иметь температуру выше $+40^ < circ>С$.
Удельная теплоёмкость воды равна $4,2 кДж/(кг cdot ^< circ>С)$. Расходом называется масса воды, проходящей за единицу времени через систему охлаждения; расход измеряется в кг/с.
Система охлаждения за 1 с должна отводить количество теплоты, равное
$(1 — 0,4) cdot 0,4 ГВт cdot 1 с = 240 МДж$,
для этого потребуется вода массой
значит, минимальный расход воды $1,6 cdot 10^ кг/с$.
Источник: earthz.ru
Курск — подводная лодка в мутной воде
Внутри теплоизолированного сосуда находится два медных кубика
Температура окружающей подводную лодку воды равна $+4 С^< circ>$, Ядерный реактор лодки непрерывно выделяет тепловую мощность 0,4 ГВт. Максимальный КПД теплового двигателя подлодки равен 0,4. Оцените величину минимального расхода охлаждающей двигатель забортной воды. На выходе из системы охлаждения вода не должна иметь температуру выше $+40^ < circ>С$.
Удельная теплоёмкость воды равна $4,2 кДж/(кг cdot ^< circ>С)$. Расходом называется масса воды, проходящей за единицу времени через систему охлаждения; расход измеряется в кг/с.
Задача по физике – 7997
У школьника Васи есть много одинаковых медных монет с температурой $t_$ и теплоизолированный цилиндрический сосуд с водой, начальная температура которой тоже равна $t_$. Вася по одной опускает монеты в воду, отпуская их без начальной скорости с высоты текущего уровня воды.
Площадь дна сосуда $S$, начальный уровень воды $H$, масса одной монеты $m$, удельная теплоёмкость меди $c$, плотность меди равна $rho$. Плотность и удельная теплоёмкость воды равны $rho_$ и $c_$. До какой максимальной температуры можно нагреть воду таким способом? Сколько нужно бросить в воду монет, чтобы изменение её температуры было вдвое меньше максимально возможного?
При решении задачи считайте, что монеты занимают весь объём ниже определенного уровня, то есть образуют на дне сплошной медный цилиндр (промежутки между монетами можно не учитывать). Теплоемкостью сосуда можно пренебречь.
Задача по физике – 8015
Внутри теплоизолированного сосуда находится два медных кубика с длинами сторон 2 см и 4 см, соответственно, причем мéньший кубик имеет температуру на $90^ < circ>С$ выше, чем больший. Для ускорения процессов теплового обмена школьник залил в сосуд воду комнатной температуры ($25^ < circ>С$). Оказалось, что после установления теплового равновесия вода имела ту же температуру, что и вначале. Каковы были исходные температуры кубиков?
Задача по физике – 8028
Одинаковые цилиндры открыты сверху и соединены тонкой трубкой. В них налита жидкость плотности $rho_$ с общей массой $M$, при этом трубка находится посередине между дном и поверхностью жидкости. Жидкость в правом цилиндре нагрели до такой температуры, что ее плотность стала $rho ( rho
Задача по физике – 8030
Поршень массы $m$ и сечения $S$ в исходном горизонтальном положении цилиндра находится посередине. Слева и справа воздух при атмосферном давлении $P$. Клапан в торце цилиндра открыт только тогда, когда торец обращен строго вниз. Цилиндр поворачивают на $90^< circ>$, приведя его в вертикальное положение. Какая доля воздуха выйдет?
При какой массе поршня он опустится на нижний торец? Трения нет. Температура неизменна. Ускорение свободного падения $g$.
Задача по физике – 8044
Имеется бак, заполненный горячей жидкостью с температурой $T_ =90^ < circ>С$. Для того, чтобы быстро понизить температуру до $T_ = 55^ < circ>С$, в бак дополнительно опускают однородную цепь, которая лежала снаружи бака. Длина цепи $L=12 м$. Температура понизилась, но до $T_ = 60^ < circ>С$. Тогда решили вытащить часть цепи из бака, подождать, пока она остынет до комнатной температуры и опустить обратно.
Какую длину должна иметь эта часть? Считать, что теплообмена между соседними звеньями цепи не происходит. Комнатная температура равна $T_ =20^ < circ>С$, теплообменом бака с окружающей средой пренебречь.
Задача по физике – 8096
Известно, что объем воды в океане равен $1,37 cdot 10^ км^$. Определить, на сколько возрастет масса воды в океане, если температура воды повысится на $Delta t = 1^ < circ>С$. Плотность $rho$ воды в океане принять равной $1,03 cdot 10^ кг/м^$.
Задача по физике – 8099
Наблюдатель, находящийся на расстоянии $l = 800 м$ от источника звука, слышит звук, пришедший по воздуху, на $Delta t = 1,78 с$ позднее, чем звук, пришедший по воде. Найти скорость $v$ звука в воде, если температура $T$ воздуха равна 350 К.
Задача по физике – 8100
Температура $T$ воздуха у поверхности Земли равна 300 К; при увеличении высоты она понижается на $Delta T = 7 мК$ на каждый метр высоты. За какое время звук, распространяясь, достигнет высоты $h=8 км$?
Задача по физике – 8105
Одна треть молекул азота массой $m = 10 г$ распалась на атомы. Определить полное число $N$ частиц, находящихся в газе.
Задача по физике – 8106
Газовый термометр состоит из шара с припаянной к нему горизонтальной стеклянной трубкой. Капелька ртути, помещенная в трубку, отделяет объем шара от внешнего пространства (рис.). Площадь $S$ поперечного сечения трубки равна $0,1 см^$. При температуре $T_ = 273 К$ капелька находилась на расстоянии $l_ = 30 см$ от поверхности шара, при температуре $T_ = 278 К$ — на расстоянии $l_ = 50 см$. Найти вместимость $V$ шара.
Задача по физике – 8107
В большой сосуд с водой был опрокинут цилиндрический сосуд (рис.). Уровни воды внутри и вне цилиндрического сосуда находятся на одинаковой высоте. Расстояние $l$ от уровня воды до дна опрокинутого сосуда равно 40 см. На какую высоту $Delta h$ поднимется вода в цилиндрическом сосуде при понижении температуры от $T_ = 310 К$ до $T_ = 273 К$? Атмосферное давление нормальное.
Задача по физике – 8108
Определить среднюю кинетическую энергию $langle E_ rangle$ поступательного движения и среднее значение $langle E rangle$ полной кинетической энергии молекулы водяного пара при температуре $T=600 К$. Найти также кинетическую энергию $W$ поступательного движения всех молекул пара, содержащего количество вещества $nu = 1 кмоль$.
Задача по физике – 8109
Определить температуру $T$ водорода, при которой средняя кинетическая энергия $langle E_ rangle$ поступательного движения молекул достаточна для их расщепления на атомы, если молярная энергия диссоциации водорода $W_ = 419 кДж/моль$.
Примечание. Молярной энергией диссоциации называется энергия, затрачиваемая на диссоциацию всех молекул газа количеством вещества $nu = 1 моль$.
Задача по физике – 8110
Пылинки, взвешенные в воздухе, имеют массу $m = 10^ г$. Во сколько раз уменьшится их концентрация $n$ при увеличении высоты на $Delta h = 10 м$? Температура воздуха $T = 300 К$.
#хакнем_физика . рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых .
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится.
И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Источник: gorky-art-hotel.ru
Простые вопросы
Теоретически это возможно. К примеру, энергетическая установка АПЛ проекта 949А «Антей» состоит из двух ядерных реакторов и двух паровых турбин. Их мощность составляет около 100 тыс. л. с., или 73 МВт электроэнергии. Этого достаточно, чтобы питать город средних размеров. Практическая реализация этой идеи затруднена из-за того, что реактор АПЛ работает больше напрямую на вращение турбины и винтов корабля, а не на генератор электроэнергии.
Где и как делают хлеб для подводников?
Хлеб на подводной лодке – особенный. Его сначала выпекают на хлебозаводе, потом обезвоживают парами спирта в специальных камерах и упаковывают вакуумом в целлофановые упаковки. Из обычных нарезных батонов и «кирпичиков» черного получаются отдающие спиртом «поленца». Перед подачей хлеб пилят, смачивают водой и греют в духовке. Спирт испаряется, хлеб получается вкусным.
Иногда его выпекают и на корабельном камбузе.
Бывает ли на АПЛ холодно?
Температура океана, окружающего подводную лодку, обычно составляет около 4 °C. Металл субмарины хорошо проводит внутреннее тепло к окружающей воде. Для поддержания комфортной температуры внутри лодки используют электрические нагреватели. Электричество для нагревателей получают от ядерного реактора.
Может ли подводник позвонить домой по мобильнику?
Ответ однозначен – нет. Радиоволны сотовой связи высокой частоты очень хорошо поглощаются соленой морской водой, поэтому не проникают в глубину, где обычно находится подводная лодка. Но даже если субмарина всплывет, матросы на ее палубе вряд ли смогут поговорить по телефону – если только подводная лодка не будет находиться близко от берега. Дело в том, что высокочастотная сотовая связь с длиной волны от 0,1 до 1 м работает стабильно только при наличии поблизости сотовых вышек или станций связи, передающих сигналы. Но даже в таком случае разговоры по мобильному телефону, как правило, запрещены из соображений секретности.
Чем дышат подводники?
Любая атомная подводная лодка похожа на гигантскую рыбу, которая впитывает кислород из воды. Внутренние насосы подлодки закачивают воду в объеме 20 тыс. л в сутки в резервуары, где она дистиллируется – избавляется от примесей металлов и солей. Затем вода перекачивается в отсек очистки, в котором находятся два электролизера.
Здесь дистиллированная вода разделяется на элементы – водород и кислород. Это решает проблему кислорода, которым дышит команда субмарины. Но подводники выдыхают также углекислый газ, что делать с ним? Для этого воздух прогоняется через два химических поглотителя газа. Эти установки впитывают углекислый газ вжидкость, которую затем можно слить в океан.
Как определяют расстояние между подводной лодкой и целью?
Чтобы найти цель, на подводной лодке используется активный и пассивный гидролокаторы. Активный гидролокатор испускает импульсы звуковых волн, которые проходят через воду, отражаются от цели и возвращаются на корабль. Зная скорость звука в воде и время перемещения звуковой волны к цели и обратно, компьютеры могут быстро рассчитать расстояние между подводной лодкой и мишенью.
Киты, дельфины и летучие мыши используют ту же технику для обнаружения добычи (эхолокация). Пассивный гидролокатор включает в себя прослушивание звуков, излучаемых мишенью. Он состоит из комплекта микрофонов, которые «слушают» подводные звуки. Недостаток пассивного способа – невозможность прямо определить дистанцию до цели: он дает скорее направление.
Подготовил: Владимир Поршнев
Художник: Мария Епанина
Источник: sevmash.livejournal.com