Задания и решения 2-го финального тура I конкурса «Этот прекрасный удивительный и загадочный мир»
7 класс
Задание №1: Ученик должен написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).
«Обед холостяка»
Война – войной, а обед по расписанию. До получки как до Москвы далеко. Какие у меня есть запасы? Да-а-а, не густо… В холодильнике пара замороженных шницелей, в шкафчике полпачки спагетти, куча бульонных кубиков и всякая малосъедобная мелочь. Хорошо, что сахару навалом – целых 2 кило, да и чая достаточно. Неделю до получки протяну – не привыкать. А если шабашка какая – то подвернется, то и совсем хорошо.
Кастрюлю с водой на плиту, сковородку на соседнюю конфорку. На сковородку маргарин, а в кастрюлю щепотку соли. Для чего в воду добавляют соль?
Сковородка хорошо прогрелась, маргарин растаял и растекся по её поверхности. Пора на сковородку класть шницеля. Почему шницеля кладут только тогда, когда масло растечется по всей сковороде, а не раньше, на сухую сковороду? Накрою сковородку крышкой, а то … Почему сковородку на которой жарятся шницеля целесообразно закрывать крышкой?
Наконец то вода в кастрюле закипела. Над ней поднимаются белесые клубы. Что это за клубы? Дайте объяснение. Опускаю туда спагетти. Спагетти длинные, хрупкие и в кастрюльку не помещаются, торчат из неё, а ломать их жалко. Подождем несколько минут. Через пару минут нижние концы спагетти, опущенные в кипящую воду, подогнулись и спагетти погрузились в кипящую воду. Ещё пара минут и вся спагетти станет гибкой и скользкой. Почему твердые и хрупкие спагетти, опущенные в воду, становятся гибкими и скользкими? Почему для этого лучше всего подходит кипящая вода?
Запах по всей кухне от шницелей и не только по кухне, но и по всей квартире такой, что слюнки текут. Что такое запах и как он распространяется по всей квартире? Откроем крышку и взглянем на содержимое сковородки. Замороженные шницеля были плоскими и широкими, а сейчас они стали выпуклыми и уменьшились в объеме. Когда шницелей много они даже поначалу не умещаются на сковородке, а к концу жарки всех их можно разместить в центре сковороды. В чем причина наблюдаемой метаморфозы? Перевернули шницеля и закрыли снова крышкой. Зачем шницеля при жарке нужно время от времени переворачивать?
Нарежем лук. Почему запах нарезанного лука сильнее, чем от целой луковицы? Даже слезы из глаз пошли. Почему очень часто, когда режут лук, у человека текут слезы? Опытные повара советуют во время резки лука вести разговоры, а если разговаривать не с кем, то напевать или посвистывать. В чем физический смысл данного совета? Лук на сковороду – пусть подрумянится.
Спагетти стали мягкими и солоноватыми на вкус. Почему? Теперь выливаем воду со спагетти в дуршлаг и суем его со всем содержимым под струю холодной водой. Почему вареные макаронные изделия, после того как они сварились в кипятке, необходимо обязательно промыть ещё холодной водой?
Промытые спагетти вываливаю на разогретую сковороду, чтобы не есть их холодными. Пока возился со спагетти, шницеля немного подгорели. Теперь сковороду придется долго отмывать. Но чтобы долго не мучиться, сковороду надо залить водой и через пару часов вся гарь отмокнет. Какой водой, холодной или горячей, нужно залить сковороду, чтобы гарь отмокла как можно быстрее?
Осталось чаек разогреть и можно приступать к трапезе. Люблю я поработать – особенно поспать, люблю повеселиться – особенно поесть!
Приятного мне аппетита!
Ответ на задание Борисова Ивана
(ученик МОУ «СОШ №8» г. Краснокамска)
Каменских Александра
(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Война – войной, а обед по расписанию. До получки как до Москвы далеко, а кушать очень хочется. Заглянем в холодильник. Мда-а-а, не густо… На полке лежат: 2 мороженных шницеля, полпачки спагетти, куча бульонных кубиков и всякая малосъедобная мелочёвка. Хорошо, что сахара 2 кило, да и чай имеется. Так, нужно что-нибудь приготовить, а то в желудке гром и взрывы.
Кастрюлю с водой на плиту, рядом ставим сковородку. Включаем конфорки и добавляем в воду соль. Соль нужно чтобы блюдо получилось вкуснее. В кипятке молекулы соли быстрее перемешаются с молекулами жидкости (произойдет диффузия) и придадут ей солоноватый вкус.
Кидаем маргарин на сковородку. Сковородка хорошо прогрелась, маргарин растекся по всей её поверхности. Вот теперь можно класть шницели. Если положить мясо на сухую сковороду, она мгновенно прилипнет к ней из-за взаимного притяжения молекул металла сковороды и молекул шницеля. Но если на сковороде есть маргарин или масло, то шницель будет плавать в нём и не соприкасается со сковородой, раскалённой огнём.
Так, мясо достигает готовности, а пока накроем его крышкой. Если этого не сделать, то вода испарится, а маргарин забрызгает всю кухню, так как сковорода раскалена, а мясо будет дольше жариться, ведь больше половины жара будет уходить наружу.
Запах от шницелей сбивает с ног. Так и хочется всё бросить и съесть его. Это произошло из-за того, что молекулы запаха распространяются во всем предложенном им пространстве. Они распространяются не мгновенно, а спустя некоторое время, ведь им мешают беспорядочно движущиеся молекулы воздуха.
Заглянем на сковороду, шницеля стали толстенькими, а ведь 5 минут назад это были плоские, тонкие блины. Если сковородка не была закрыта крышкой, то вся вода, которая связывает притяжением молекулы шницеля, испарилась бы и шницели просто бы рассыпались. Но вода не испарилась, поэтому вода притяжением своих молекул стянула шницеля, придав им округлую выпуклую форму, меньше, но толще.
Пора перевернуть шницеля, а то они пригорят. Слой масла при большой температуре проникает сквозь молекулы нашего мясного деликатеса, то есть происходит диффузия масла и шницеля. Если не перевернуть шницель, то он будет контактировать с раскаленной сковородкой и может к ней прилипнуть. Когда мы переворачиваем его, масло заполняет район и всё повторяется вновь. И к тому же не вкусно есть мясо, когда с одной стороны оно сгорело, а с другой сырое.
Пора нарезать лук. После того как мы разрезаем лук, его сок через поврежденные ткани устремляется наружу. Появляется едкий запах, это говорит о том, что сок лука испарился. Площадь испарения в результате того что лук нарезан увеличилась, поэтому запах нарезанного лука намного сильнее, чем целого.
Опытные повара советуют беседовать с кем-либо, а если собеседника нет, то напевать песню. Так как во время разговора мы создаем воздушный поток, под действием которого молекулы лука не будут подходить к нам слишком быстро. Некоторые люди не любят резать лук, так как его молекулы попадая, на наши слезные железы вблизи глазного яблока, раздражают его и вызывают слёзы, которые текут ручьями.
Ладно, лук румянится на сковороде, а нужно ещё позаботиться о гарнире. Вода в кастрюле закипела. Опускаем в неё спагетти, но вот беда, спагетти слишком длинные, они торчат из воды. Подождем немного, и спустя 2 минуты спагетти размягчатся, и спагетти полностью окажутся в воде. Это происходит из-за того что происходит диффузия молекул воды и спагетти. Молекулы воды проникают в промежутки между молекулами спагетти, отодвигая их друг от друга, тем самым спагетти разбухают. Но при увеличении расстояния между молекулами спагетти силы притяжения между ними ослабевают, и поэтому слои молекул спагетти начинают скользить по молекулам воды, которые теперь играют роль смазки. Пока спагетти варились, молекулы соли проникли в них, и произошла диффузия соли и спагетти. Чтобы спагетти быстрее размокли, нужно опустить их в кипяток, так как чем выше температура, тем быстрее идёт процесс.
Открываем крышку. Из под неё вырываются белесые клубы. Эти клубы – туман. Когда вода закипает и интенсивно испаряется, под крышкой кастрюли образуется водяной пар, когда он поднимается выше, то охлаждается и конденсируется в мелкие капельки воды и становится видимым. Перекладываем спагетти из кастрюли в дуршлаг и кладём их под холодную струю воды. При высокой температуре диффузия происходит быстрее. Обливая спагетти холодной водой, мы замедляем диффузию между спагетти, чтобы они не слиплись.
Помытые спагетти выкладываем на сковородку, не буду же я их есть холодными. Пока возился со спагетти, мясо чуточку пригорело. Придется отмывать. Если сковорода горячая, то нужно залить её холодной водой, чтобы при резком сжатии поверхности металлической сковороды, пригоревшие участки отслоились. Если сковорода холодная, то нужно залить её горячей водой, тогда произойдет то же самое, только за счет резкого расширения металла сковороды.
Осталось чаёк разогреть, да сервировочку провести. Прекрасно поработали. Приятного мне аппетита!
Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.
Работа над ошибками
Для чего при постройке бетонных дорог, между бетонными плитами оставляют небольшие зазоры?
Правильный ответ: Между бетонными плитами оставляют зазоры, потому что в теплую погоду плиты от нагрева расширяются, а при охлаждении сжимаются. Это зазор не дает плитам, при расширении, наезжать друг на друга, что может привести к их разрушению.
1. При постройке бетонных дорог оставляют небольшие зазоры для того, чтобы между ними нужно положить какое-то склеивающее вещество (например, цемент). Когда все плиты соединятся между собой, это будет дорога, а так это просто плиты, выложенные в ряд. Их соединят, и они, поэтому, скрепляются и держат (получается дорога).
1 вариант не верен, потому что заполнение зазоров бетоном будет препятствовать их расширению при нагревании.
2. Для того чтобы между плитами не происходило диффузии, а если они будут лежать рядом друг с другом, то молекулы одной плиты перейдут в молекулы другой плиты и через некоторое время дорога сломается.
2 вариант не верен, потому что плиты из одного вещества, поэтому это не есть защита от диффузии (диффузия – проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества).
3. Между плитами оставляют зазоры, потому что со временем молекулы плит «выпадывают» из плит и попадают в эти зазоры, а не друг на друга, не образуя комков и кочек на дорогах.
3 вариант не верен, потому что изнашивание поверхности плит столь незначительное и обломки стол микроскопические, что их уносит ветер или потоки дождевой воды.
4. При постройке дороги между бетонными плитами оставляют зазоры, чтобы вода стекала в них, т. к. бетонная плита имеет смачиваемую поверхность.
4 вариант не верен, потому что для удаления воды с проезжей части, полотно дороги делаю несколько выпуклым к центральной оси, а по бокам кюветы, в которые должна стекать вода.
Задание №3: Путешественники наблюдают в различных частях земли «камни-грибы» (рис. 1 - 4). Что является их питательной силой?
Правильный ответ: Причиной возникновения каменных грибов является водная и воздушная эрозия. Камень, лежащий на почве или на более мягкой каменной породе, препятствует разрушению мягкой породы находящейся под ним, защищая её от дождя и солнца как зонтик.
8 класс
Задание №1: Ученик должен написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).
«Вечер на даче у камина»
Наконец-то приехали на дачу. Снегу намело – пропасть! Но это потом, первым делом нужно чтобы дом ожил. Давай сын за дровами. Не бери сын сосновые дрова, а бери для начала лучше березовые. Они жарче горят. Да не спорь ты… Я знаю, что удельная теплота сгорания сосновых дров больше, чем березовых. Но поверь моему опыту, если мы будем топить березовыми дровами, в избе станет тепло гораздо быстрее. Почему выгодно заготавливать березовые дрова, а не сосновые?
Нарвем бересты с поленьев и затопим печь. А спички забыли. Пошарь в буфете. Нашел? Давай их сюда. Зачем, для того чтобы зажечь спичку, нужно её чиркнуть о коробок? Почему для того, чтобы растопить печь, лучше поджигать не сами поленья, а лучину или бересту?
Что за беда? Чиркаю – чиркаю о коробок, а спички не загораются. Видимо спички отсырели. Почему отсыревшие спички не загораются?
Ну, наконец, загорелось! Можно немного и отдохнуть. А вы замечали, что в то время, когда начинает топиться камин или печь в помещении становится еще холоднее? Но это не страшно. Немного можно и потерпеть. Закутаюсь потеплее и холод не страшен. Объясните в чем причина согревающего действия так называемой «теплой» одежды.
Пламя человека завораживает. Он может часами смотреть на непрерывную игру языков пламени, то ленивых, то жадно лижущих подбрасываемые в камин поленья, прежде того, как с веселым треском их поглотить. Почему от горящих поленьев с треском отскакивают искры?
Припекать стало. Та часть тела, которой я повернут к камину, сильно нагрелась, а остальная все еще холодная. Почему?
Как незаметно летит время. Вот уже в камине сплошные угли. Где кочерга? Почему, когда помешивают кочергой угли, то рукой, которой её держат, ощущают, как кочерга нагревается от них, а если угли помешивать деревянной палкой, то нагревания палки не наблюдается?
Ой, как я не осторожно. Несколько углей выкатилось из камина. Почему раскаленный уголь, упавший на металлический лист, лежащий у камина, гаснет быстро, а лежащий на деревянном полу продолжает тлеть?
Пора немного подбросить дровишек в камин. Ты откуда их сын принес? Там больше не бери. Они там ещё сырые и от них мало толку. Откуда я это взял? А ты прислушайся. Почему сырые дрова «шипят» в камине и дают мало тепла?
Я уже согрелся. Наведу-ка я на даче порядок. Сколько пыли от веника поднялось! Обрати сын внимание на интересное явление. Почему легкие предметы – пушинки, клочки бумаги, ваты и т.п. – втягиваются в отверстие камина, когда он топится?
Окна запотели. Значит, на самом деле в доме стало тепло. Почему в теплом помещении запотевают окна?
Хорошо, расслабились. Но некогда отдыхать. Пора сын за работу.
Ответы на задание Гагариной Алены
(ученица МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Вот мы и приехали на дачу. Холодно. Чтобы разогреть камин, надо использовать берёзовые дрова, а не сосновые. Мы знаем, что ноша березовых дров тяжелее такой же ноши сосновых дров, потому что их плотность выше. А количество теплоты выделяемой при сгорании зависит от массы (Q = qm). Несмотря на то, что удельная теплота сгорания сосновых дров немного выше удельной теплоты сгорания березовых дров, сосновых дров надо сжечь больше чем березовых, чтобы получить такое же количество тепла.
Возьмем спички. Внутренняя энергия тела увеличивается, когда мы совершаем над ним работу. Поэтому чтобы зажечь спички мы совершаем работу по преодолению силы трения между спичкой и специальной поверхности спичечного коробка. При растопке печи мы должны поджечь лучину или бересту, т. к. их масса меньше, следовательно, для их возгорания потребуется меньшее количество теплоты, чем для целого полена.
Со спичками может случиться одна проблемка. Они могут промокнуть. Зажечь их станет труднее, ведь нам для зажигания потребуется большее количество энергии, так как придется тратить ещё часть энергии на нагрев и испарение воды. Кроме того, вода препятствует доступу кислорода к легко воспламеняющемуся веществу спичечной головки.
При топке камина в помещении становится холоднее, потому что нагретый воздух уходит через трубу камина. Из щелей идёт воздух, который тоже уходит через трубу в камине, получается сквозняк. Чтобы было не холодно, мы носим теплую одежду. Теплая одежда сохраняет наше тепло, нашу энергию. Теплая одежда чаще всего шерстяная. У неё имеются ворсинки, между которыми находится воздух, а мы знаем, что у воздуха очень плохая теплопроводность.
Огонь горит. Мы слышим треск. Это маленькие кусочки отрываются от самих дров. Между волокнами древесины находится воздух, а в костре очень высокая температура. При нагревании давление воздуха возрастает, что приводит к разрыву древесины.
Мы греемся у камина. Часть нашего тела, повернутая к камину, нагрелась, а другая нет. Есть 3 вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. В данном случае тепло к нам поступает посредством излучения.
Надо помешать угли. Если мы помешаем кочергой, то кочерга быстро нагреется, потому что она сделана из металла, а у металла высокая теплопроводность. А вот деревянная палка не нагреется, потому что у неё низкая теплопроводность.
Несколько углей выкатились из камина. Уголь, упавший на металлический лист, гаснет, т. к. он быстро отдает свою энергию металлу, потому что у них высокая теплопроводность. А уголь, лежащий на деревянном полу, медленно отдает свою энергию, так как у дерева плохая теплопроводность.
Ох, принесли сырые дрова. В камине они начинают шипеть, потому что вода выступающая на концах поленьев закипает и интенсивно испаряется. Эти дрова невыгодно использовать для о, они дают мало тепла, т. к. для их разогрева затрачивается много энергии (тепла), потому что большое количества энергии тратится на нагрев и испарение воды.
Надо прибраться. Сколько пыли поднялось! Лёгкие предметы втягиваются в отверстие камина из-за возникшей тяги. Из щелей идет холодный воздух, который увлекает за собой легкие предметы и втягивается в отверстие камина.
В доме стало тепло. Верным признаком этого служат запотевшие окна. Теплый воздух, содержащий влагу, прикасаясь к окну, охлаждается. Влага конденсируется и осаждается на оконных стеклах.
Как прекрасен и удивителен этот загадочный мир, но наука делает его простым и понятным.
Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.
Работа над ошибками
Почему притертую стеклянную пробку легче вынуть из флакона, если потереть его горлышко сухой тряпкой или бумагой?
Ответы на задание Алёхина Семена
(ученик МОУ «СОШ №30» г. Березники)
Правильный ответ: Я думаю, что если мы будем натирать тряпочкой горлышко, то мы над горлышком совершаем работу. Значит, горлышко будет от нагревания расширяться, следовательно, пробка не так будет плотно прикасаться к стеклянной стенке горлышка и её можно будет легко достать.
1. Потому что сухая тряпка при трении о пробку заставляет свои молекулы и молекулы пробки двигаться быстрее, и за счет это они потихоньку выталкивают пробку (возникает внутренняя энергия) и за счет этого её легче открыть.
1 вариант не верен, потому что при увеличении внутренней энергии стеклянной бутылки за счет совершения над ней работы, молекулы начнут двигаться быстрее, но это молекул все равно будет беспорядочным, а не упорядоченным.
2. Потому что горлышко будет нагреваться, т. к. будет сильное давление на него. Стеклянная пробка будет испытывать на себе эту теплоту, это давление, и т. к. она будет уменьшаться и отойдет от горлышка, и её можно будет легко достать.
2 вариант не верен, потому что при нагревании тела расширяются, а не сжимаются.
3. Я думаю, что если потереть горлышко, то бутылка запасёт некоторую энергию, соответственно бутылка увеличится в энергии и будет легче вынуть пробку.
3 вариант не верен, потому что увеличение внутренней энергии идет за счет увеличения средней кинетической энергии беспорядочного движения молекул.
4. Потому что если потереть горлышко чем-то, молекулы начнут двигаться быстрее, а затем если пробку дергать на себя, молекулы будут колебаться ещё сильнее и пробка вылетит.
4 вариант не верен, потому что колебания молекул будут хаотичными, а не упорядоченными.
5. Стеклянную пробку легче вынуть из флакона, если её протереть сухой тряпкой, потому что если попробовать достать пробку рукой без тряпки произойдет скольжение. А у сухой тряпки поверхность не гладкая (не происходит скольжения), и с помощью неё спокойно можно достать пробку из флакона.
5 вариант не верен, потому что притирание пробки к стеклянному флакону осуществляется за счет полировки поверхности стекла, что приводит к увеличению трения между пробкой и стеклянным флаконом за счет притяжения между молекулами соприкасающихся тел, поэтому сила трения между сухой тряпочкой и флаконом незначительна.
Задание №3: 8. Здесь фотографии ледниковых столов (рис. 1 - 5) на одном из ледников Кавказа. Кто и зачем установил их на поверхности ледника? Можно ли с помощью них определить стороны горизонта?
Правильный ответ: Камни захватываются спускающимся с гор ледником и опускаются на такую высоту, где температура воздуха достаточно высока, чтобы лед начал таять. Камень плохой проводник тепла, поэтому камень предохраняет снег под ним от таяния, несмотря на то, что его поверхность темная, и он хорошо поглощает излучение, идущее от Солнца. С южной стороны подтаивание льда под камнем идет более интенсивно, поэтому он часто, оказывается, наклонен в южную сторону.
9 класс
Задание №1: Ученик должен написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).
«Люди и тени»
Солнечный свет разлит в пространстве. В природе праздник. Все сверкает и блистает. Виновник торжества – Солнце. А случалось ли вам видеть лучи света?
В любой бочке меда, всегда найдется ложка дегтя. В данном случае, это тень. Тень, нашего вечного спутника, вы, конечно, видели. Что такое тень?
Размеры нашей тени в течение дня непостоянны. В какое время суток тень человека минимальна, а в какое время максимальна? Может ли размер тени человека быть бесконечно большим?
А все ли предметы отбрасывают тень? Над дорогой, по которой мы идем, пролетают птицы, мелкие насекомые (мухи, комары, шмели, пчелы). Почему их тень не видна или видна очень слабо?
Набежали облака и закрыли солнце. Куда исчезла наша тень? Что больше: облако или его полная тень?
Тень все время с нами в солнечную погоду. Мы побежали – побежала наша тень. Какова скорость нашей тени в любой момент времени? Может ли человек обогнать свою тень?
Человек неповторим и единственен. А тень? Может ли у человека быть несколько теней? А полутеней?
Мы и, наш антипод, тень живем одной и все же различной жизнью. Движение нашей тени не менее выразительно, чем наше собственное движение. Человек создал театр теней, завораживающий и загадочный. В нем на полупрозрачный экран проецируются четкие тени персонажей театрального действа. Как удается избежать отбрасывания на экран тени от рук кукловодов и получать на экране только тени кукол?
В жару все живое стремится спрятаться в тени. Почему в тени прохладнее, чем на освещенных участках? Каким путем передает Солнце тепло Земле и другим планетам?
Тени бывают гигантских размеров. Назовите тела, отбрасывающие на Землю самые грандиозные по размерам тени.
Тень наш след на Земле. В большинстве случаев эфемерный и практически не обнаруживаемый. Во время взрыва атомной бомбы в Нагасаки на асфальте остались только тени людей, а тела людей испарились от чудовищного жара ядерной вспышки. Жаль, что тени не могут ничего рассказать о людях их отбрасывающих. Может, мы просто не научились их читать?
Игра света и тени создает весь видимый мир. Черно-белая фотография, фиксируя свет и тень, создает свой неповторимый мир, не менее сложный и прекрасный, чем реальный.
Стремясь к свету, не пренебрегайте тенью. Только познав тень, можно познать свет.
Ответы на задание Плюснина Антона
(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Я видел не лучи света, а свет, который отражали миллионы пылинок. Я считаю, что это можно назвать лучом света. Тень – это участок какой-либо поверхности, на который не попадают прямые солнечные лучи, т. к. они попадают на тела, которое и закрывает участок поверхности.
Тень человека минимальна во время, когда солнце стоит перпендикулярно поверхности земли. Тень максимальна, когда солнце заходит за горизонт и его еле видно. Гипотетически, тень человека может быт бесконечно большой, если будет существовать бесконечно длинная прямая поверхность, а свет будет направлен перпендикулярно человеку в лицо (яркость света должна быть бесконечно большой). Но это лишь при выполнении этих фантастических условий, а в реальности тень не может быть бесконечно большой, потому что нет таких бесконечно больших пространств во Вселенной, куда никогда не попадает свет.
Нам не видны тени насекомых, так как тень любого предмета, который по размерам меньше источника света, представляет собой конус, в том числе и от Солнца. Если предмет расположен далеко от поверхности Земли, то конус его тени не касается поверхности Земли. Так как размеры насекомых очень малы, то и размеры конуса отбрасываемой ими тени невелики, что и служит причиной того, что мы не видим их тени. Размеры птиц достаточно велики, чтобы при небольшой высоте полета их тень была бы заметна, если бы не их большая скорость перемещения, что не позволяет человеческому глазу уловить столь малые и быстродвижущиеся тени.
Когда облако закрывает солнце, наша тень пропадает, т. к. источник света закрыт. Мы оказались в области тени облака, а так как мы не освещены, то и нет нашей тени. Облако всегда больше тени, так как тень облака имеет форму конуса, вершина которого направлена в сторону Земли.
Скорость тени, при неизменном положении источника света относительно человека, совпадает со скоростью человека. Если же человек перемещается относительно неподвижного источника света, то скорость тени во столько раз больше или меньше скорости человека, во сколько раз высота конуса отбрасываемой человеком тени больше или меньше высоты человека. Человек обгонит свою тень только в том случае, если сам источник света обгонит человека, и тогда тень человека окажется позади человека.
У человека освещенного одним источником света может быть только одна тень. Если источников света два, то тень тоже будет одна или её вообще не будет, а вот полутеней будет уже две. Увеличение источников света приводит только к одному - уменьшению области тени и увеличению числа полутеней. Другими словами, тень может быть только одна или её вообще может не быть, а полутеней может быть столько, сколько есть источников света.
Чтобы во время представления театра теней, тени рук не попали на экран, руки кукловодов должны быть расположены дальше от экрана, чем сами куклы. Во-вторых, размеры источника света должны быть больше размера человеческих рук. Только при выполнении этих условий конус отбрасываемой тени не коснется экрана.
В тени прохладнее из-за того, что всю энергию излучения поглощает тело, которое создало тень. Излучение, как вид теплопередачи, идущее от солнца несет энергию. При попадании на тела оно их нагревает. Предмет, находящийся в тени, получает энергию от других тел и отдает энергию другим телам, в том числе и посредством излучения, но он не получает энергию от Солнца, поэтому он нагрет до меньшей температуры.
Самое большое тело, которое когда-либо отбрасывало тень на Землю, – это Луна во время солнечного затмения. Не меньшие тени отбрасывают облака пепла и дыма во время вулканического извержения и других стихийных бедствий. А также облака циклона.
Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.
Работа над ошибками
Как космонавту, находящемуся в открытом космосе, вернуться на космический корабль без посторонней помощи?
Правильный ответ: Для того чтобы космонавту вернуться на космический корабль, необходимо отбросить от себя предмет (выпустить часть воздуха из скафандра) в сторону противоположную направлению на космический корабль, тогда по закону сохранения импульса космонавт начнет двигаться в сторону космического корабля.
1. Космонавту, находящемуся в космосе, надо, чтобы передвинуться вперед, толкнуть вакуум в обратном направлении.
1 и 7 ответ неверен, потому что вакуум – это та часть пространства, в которой нет никакого вещества, поэтому человек не может ни с чем вступить во взаимодействие.
2. Чтобы космонавту вернуться на корабль, ему должен передаться импульс от какого-нибудь летящего объекта в космосе направленного в сторону корабля.
2 и 8 ответ неверен, потому что надежда на счастливый случай, это надежда на чудо, которое может и не случиться. Человек, если он разумен, не может надеяться на чудо, а должен найти решение здесь и сейчас.
3. Так как в открытом космосе действует невесомость, то космонавт может управлять своим телом и двигаться в любом направлении, отталкиваясь руками и ногами от невесомости.
3 ответ неверен, потому что невесомость – это отсутствие взаимодействия с каким-либо телом, на которое можно было бы опереться или с которым можно быть соединенным, а если нет взаимодействия, то нет возможности начать движение в сторону космического корабля.
4. Космонавту нужно обвязать себя тросом, перед тем как выйти в открытый космос. А затем, подтягивая себя, вернуться на корабль. Также существуют перила, по которым космонавт проходит от корабля до нужного места и обратно. А без этого космонавт не сможет вернуться обратно на корабль.
4 ответ неверен, так как он не соответствует условиям задачи.
5. Космонавту нужно вытянуть руки назад и импульс, который был у рук, передастся по закону сохранения импульса к космонавту, и он начнет двигаться.
5 и 6 ответ неверен, потому что в космосе возможно лишь реактивное движение, а в этом случае от тела должна отделяться какая-либо его часть.
6. Поскольку в космическом пространстве нет каких-либо сил взаимодействующих с телами, то тело начавшее движение будет двигаться по инерции до тех пор, пока не встретит препятствие. Из этого следует, что если космонавт начнет двигаться в сторону корабля, то в дальнейшем при отсутствии силы тяжести его по инерции вынесет до корабля. Или же он может согнуть ногу, а затем быстро выпрямить её в нужном направлении, когда нога выпрямится, она по инерции, будет продолжать движение и потянет за собой космонавта.
7. Я считаю, что космонавт может двигать, отталкиваясь, руками и ногами, так как будто он плывёт и с помощью этого космонавт может плавно вернуться в космический корабль.
8. Космонавт не сможет вернуться на космический корабль, т. к. на него не действуют силы, и он будет просто болтаться в космосе, не сможет вернуться на корабль без посторонней помощи.
Задание №3: Крестьяне во многих местах испокон веков убеждены, что у них на полях сами собой «растут камни»: поле очищено, камни убраны, а через год-два они появляются снова. С течением времени, эти камни, складываемые на границах обрабатываемых участков, сами стали этими границами (Рис. 1-5). Почему камни, находящиеся в почве, поднимаются к поверхности, хотя их плотность выше, чем плотность почвы?
Правильный ответ: Камни «прорастают» на поверхность в результате чередующихся процессов замерзания и подтаивания земли зимой. Когда земля промерзает, граница льда в почве опускается. Если на границе промерзания оказывается камень, из-за более высокой теплопроводности в этом месте земля промерзнет быстрее. Поэтому нижняя часть камня, охлаждаясь, покрывается льдом, который и подталкивает камень вверх, так как вода при замерзании расширяется. Когда земля оттаивает, почва подсыпается под камень, и его положение закрепляется. Этому способствуют сотрясения почвы от проходящих людей и животных и проезжающих машин, от порывов ветра и ударов капель дождя. Повторные циклы замерзания и оттаивания и приводят к «прорастанию» камней.
10 класс
Задание №1: Ученик должен написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).
Сага о комарах
Мы не боги. Мы звено в мировой пищевой цепи. Обыкновенный маленький комар нам может доставить немало беспокойства.
Есть шуточный вопрос: «Появление какого насекомого люди встречают аплодисментами?» Нет, эти хлопки не от восхищения людьми комаром, а от желания уничтожить его. Почему люди убивают комаров?
Присутствие в комнате комара (рис. №1) мы можем определить даже в темноте. Каким образом? Как комар издает звук? Почему звук, издаваемый комаром легко отличить от звука мухи или шмеля?
Если наступила тишина, то вполне вероятно, что комар достиг своей цели. Этой жертвой можете оказаться вы. Каким образом комар в темноте находит свою жертву?
Чтобы не быть искусанным комарами современный человек использует особые средства либо отпугивающие, либо привлекающие комаров-кровопийц. Каким образом они защищают человека от комаров? Есть и другие способы защиты от комаров. Американские индейцы с этой целью мазали лицо и руки глиной. Почему комары в этом случае не кусали людей?
Нападает на человека и животных лишь самка комара. Она тонким непрочным хоботком протыкает кожу животного или человека (рис. №2 и №3). Как ей удается прикладывая очень малую силу протыкать даже толстую шкуру животных?
Нападает только та самка, которая оплодотворена. Она сосет кровь, чтобы иметь возможность отложить личинки (рис. №3 и №4). Каков механизм всасывания комаром крови?
Если заветная цель комариной самки, насосаться крови, удается и она остается живой, то после этого она откладывает яйца в воду. Через некоторое время из них появляются личинки (рис. №5). В ходе длительной эволюции у личинок перистого комара сложился любопытный защитный механизм. Они не видимы в воде для рыб из-за их прозрачности. Но глаза у невидимок хорошо заметны в виде черных точек. Почему эти существа не видны в воде? Могут ли они видеть окружающий мир? Останутся ли они невидимыми и в воздухе?
Рис. №4 Рис. №5 Рис. №6
Стрижи и ласточки, также непрерывно охотятся за комарами, но в дневное время. Почему перед дождем стрижи и ласточки охотятся за комарами вблизи поверхности земли?
Часто незадолго до захода солнца над вершинами деревьев, кустами или большими камнями можно видеть плотные рои насекомых, чаще всего комаров. Эти рои похожи на темные вытянутые резко очерченные облака дыма. Почему комары собираются в такие тучи?
Иногда можно услышать мнение: «Неужели современные техника и наука не могут найти средств для уничтожения комаров? От них столько неприятностей людям и животным!» Представим что такое средство найдено. Правильно ли поступит человек, если воспользуется им? Почему?
Жизнь обыкновенного комара – цепь превращений и опасностей, которые его постоянно подстерегают. Лишь некоторым из них удается выполнить свою главную миссию на Земле – воспроизвести потомство. Обладают ли комары разумом? Конечно, нет. Но исчезни комары – мир сильно бы изменился. Погибли бы живые существа, для которых комары пища и испытывали бы серьезные трудности, те живые существа, которые в свою очередь питаются пожирателями комаров.
Удали самое маленькое звено из окружающего мира и существование этого мира окажется под угрозой. Малое не значит незначительное.
Ответы на задание Ужегова Владимира
(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Суворова Алексея
(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Комары всегда кусали людей, а люди всегда их убивали. Люди убивают их не потому, что хотят причинить мучения насекомым, а потому что хотят избавить себя любимых от мучений.
Укус комара неприятен, после него место укуса краснеет и начинает чесаться. Также некоторые комары являются переносчиками разных болезней, например, малярии. Поэтому люди и стараются их убить. Сигналом к началу охоты за комаром служит противный, действующий на нервы писк, издаваемый крыльями, по которому мы можем определить его присутствие даже в темноте. Интересная биологическая особенность – частота колебаний крылышек комара на порядок больше, чем у шмеля или мухи, в среднем – 500-600 Гц. Но есть среди комаров и рекордсмен: частота колебаний составляет 2000 Гц. Чем больше колебаний в секунду совершает насекомое, тем выше звук, поэтому мы легко можем отличить звук, издаваемый комаром, от звука, издаваемого мухой или шмелем, примерно, 130-150 колебаний в секунду. Из-за этого звук, издаваемый шмелем или мухой, более низкий и жужжащий, чем комара.
В темноте, комаров мы только слышим, но не видим, но они видят нас прекрасно. Большую часть головы комара занимают глаза, которые видят ещё и в инфракрасном диапазоне спектра, что позволяет комару видеть тепловое излучение, идущее от человека. Также комар обладает чувством обоняния. Он очень хорошо ощущает запах молочной кислоты, который образуется, когда человек потеет. С помощью этих органов чувств комар легко находит свою жертву.
Практически любые живые биологические виды чего-нибудь да боятся. Комары инстинктивно «обходят стороной» то, что пахнет как растение или животное, сулящее ему смерть, или пахнет тем, что не привлекает их как пища.
Американские индейцы вышли из ситуации, просто «лишив» комара преимуществ его зрения и обоняния. Как известно, глина не пропускает влагу и является очень плохим теплопроводником. Обмазываясь глиной, индейцы переставали «излучать» тепло в инфракрасном спектре, и не давали молекулам своего пота разлететься в окружающей среде.
Но если комариха настигала жертву, то укуса не миновать. Даже толстая шкура животных не спасает их от насекомых. Как мы помним, давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади, на которую действует сила (P = F/S). Т. е. чем площадь меньше, при той же силе, давление больше. Площадь острия хоботка настолько мала, что даже при небольшом усилии, на поверхность производится огромное давление.
При укусе, комариха впрыскивает в кровь жертвы свою слюну, содержащие вещества, обезболивающие первоначальные ощущения от укуса. Далее, язычком, который находится внутри трубочки хоботка, комариха направляет кровь в хоботок, откуда кровь поступает внутрь брюха, где создается разрежение. Разрежение в брюхе комарихи создается таким же образом, как его создаем мы, когда всасываем жидкость из стакана с помощью трубочки.
Только после этого оплодотворенная самка сможет отложить яйца в воду, где из них вылупятся личинки, совершенно невидимые в воде. Невидимы они потому, что всё их маленькое тельце неспособно отражать свет, так как скорость света в воде и в их теле одинакова, поэтому они пропускают излучение сквозь себя. Единственная часть, видимая в воде – глазки. Если бы их глазки были также невидимы, как и тельце, то личинки неспособны были бы видеть, так как отраженные от предметов фотоны проходили сквозь глаз и не поглощались. В этом случае невозможны были бы те химические реакции, происходящие в глазах под действие света, и создающие ощущения, позволяющие видеть окружающий мир. Но в воздухе эти личинки были бы видимыми, несмотря на свою прозрачность, так как скорость света в воздухе и в их теле различна.
Летучие мыши охотятся на комаров ночью, но, в отличие от комаров, летучие мыши находят с помощью ультразвука. Летучие мыши испускают ультразвуковой сигнал, который, отражаясь от насекомых, возвращается обратно в уши летучих мышей, тем самым позволяя летучим мышам определять положение комара или другого насекомого.
При приближении дождя влажность воздуха становится повышенной и крылышки всех насекомых, в том числе и комаров, намокают и поэтому они не могут подняться высоко и начинают летать на небольшой высоте над землей. Ласточкам и стрижам приходится опускаться за своей добычей также ближе к поверхности земли.
В конце дня комары собираются в плотные рои над большими камнями или кустами, чтобы погреться в струях теплого воздуха поднимающегося от них. Причина этого – все насекомые, как и комары, холоднокровные, поэтому, чем выше температура воздуха, тем выше их активность.
При всей нелюбви людей к комарам, полностью уничтожать их опасно, да и, наверное, невозможно. Гибель комаров привела бы к разрывам в пищевой цепи, что может привести к непоправимым и печальным последствиям для всего живого, в том числе и для человека.
Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.
Работа над ошибками
Ответы на задание Ужегова Владимира
(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Лошадь тянет груженую телегу. По третьему закону Ньютона сила, с которой лошадь тянет телегу, равна силе, с которой телега тянет лошадь. Почему же всё-таки телега движется за лошадью?
Правильный ответ: Из перечисленных ответов учеников больше всего подходит ответ №6, но он недостаточно объяснен. Мой же ответ таков: в момент начала движения на лошадь действует сила тяжести, сила реакции опоры и сила трения покоя, которая направлена в сторону движения лошади. На телегу действует сила тяжести, сила реакции опоры и сила трения качения, которая направлена в сторону противоположную направлению движения телеги. По третьему закону Ньютона (F1 = -F2), лошадь и телега действует друг на друга с равными по модулю, но противоположными по направлению силами. Однако сила трения покоя (максимальная), которая увеличивается специально с помощью подков, всегда больше силы трения скольжения, а сила трения скольжения, в свою очередь, всегда больше силы трения скольжения. В результате, равнодействующая силы трения покоя и силы трения качения, в момент начала движения, направлена в ту же сторону, куда начинает свое движение лошадь. Другими словами, телега всегда следует за лошадью, а не наоборот.
1. По третьему закону Ньютона, F1 = - F2. Лошадь не движется за телегой, потому что телега меняет силу, если лошадь поменяет свою. Лошадь тянет телегу с определенной силой и телега, принимая эту силу, действует ей на лошадь (действие начинает совершать лошадь).
1, 5, 6 и 8 ответы неверны, потому что здесь не дано объяснение того, почему равнодействующая сил, приложенных к телу в момент начала движения, сонаправлена с направлением скорости движения лошади.
2. Лошадь совершает работу над телегой, а телега в свою очередь не может совершить работу над лошадью, поэтому телега движется за лошадью. А также сила работы лошади должна быть больше силы трения.
Ответ неверен, потому что если лошадь совершает работу над телегой, то и телега совершает работу над лошадью, по третьему закону Ньютона.
3. При прямом и равномерном движении телега сама ехать не может надо, чтобы её кто-то тянул. В данном случае – это лошадь.
3 ответ неверен, потому что для того чтобы тело двигалось необходимо чтобы на тело не действовали никакие силы или равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна нулю. Для того чтобы тело начало движение, равнодействующая сил приложенных к телу не должна быть равна нулю.
4. Если силы скомпенсированы (равны), но всё же телега движется за лошадью, то, скорее всего, что лошадь спускается с горки.
4 и 7 ответ неверны, потому что здесь происходит подмена условия задачи: не лошадь двигает телегу, а сила тяжести, действующая на телегу и на лошадь. Но в этом случае телега и лошадь могут двигаться в любом направлении. Во-вторых, если лошадь спускается с горки, то силы, действующие на телегу, не будут скомпенсированы, в отличие от лошади, и тогда телега обгонит лошадь, а не будет двигаться за ней, что может привести к катастрофе. Поэтому при спуске телеги прилагают дополнительные усилия для торможения груженой телеги.
5. Телега движется за лошадью, потому что лошадь имеет большую силу и движется вперёд. Она тянет за собой телегу. Телега не имея силы, по ровной поверхности двигаться не сможет. Сила лошади тянет телегу вперёд, а телега движется за счет передаваемой силы лошади.
6. Потому что лошадь, когда тянет телегу, она идет и передвигает ногами и у неё есть точка опоры (Земля), и сцепление с землёй. А у телеги колеса круглые и сцепление с поверхностью минимальное.
7. Лошадь тянет груженую телегу с большей силой, чем с силой, которой телега тянет лошадь. И потому что они движутся сонаправленно. А, может быть, лошадь и телега движутся со склона и движутся вниз под силой притяжения.
8. Телега с лошадью стоит. Лошадь делает рывок и начинает движение, у неё появляется начальная скорость. Лошадь передает свою скорость телеге. Телега теперь имеет начальную скорость. Далее телега и лошадь уравновешивают силы по 3 закону Ньютона. Телега начинает двигаться в сторону лошади с собственной скоростью. Поэтому телега едет за лошадью.
Задание №3: «Долина Смерти» - один из самых популярных в Калифорнии национальных заповедников, и во многом причина этого – загадочное движение камней по дну высохшего озера Рестрек-плайя. Эти знаменитые камни преодолевают немалые расстояния по твердой поверхности бывшего озера, причем кажется, будто делают это они по собственному желанию. Камни отличаются друг от друга по размеру – от мелких булыжников (рис. 1-3) до валунов в полтонны весом, и оставляемые ими следы соответственно разнятся по форме и длине. Что их заставляет двигаться?
Правильный ответ: Движение камней можно объяснить периодически возникающими подходящими для этого погодными условиями: состояние почвы после дождей и появлением сильных ветров, следующих за дождями. Ветер может поднять булыжник и заставить его двигаться, и это действительно возможно, если камни покрывает лед, нечто вроде ледяной оболочки; низкий коэффициент льда снижает сопротивлению движению, естественное для шероховатой и зубчатой поверхности.
11 класс
Задание №1: Ученик должен написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).
«Плачет девушка в автомате…»
Изобретение телефона позволило увеличить скорость передачи информации на большие расстояния многократно, тем самым автоматически уменьшив размеры нашего мира в наших глазах. То, что доступно, то всегда рядом. Мы можем в любой момент времени поговорить с другом или коллегой в любой точке земного шара и не только поговорить, но и увидеть. Все события мира становятся известны практически в тот же момент, каждому человеку на планете.
Решая одни проблемы, мы создаем новые. Почему по телефону может быть слышен телефонный разговор, происходящий по соседней линии? Почему провода телефона не следует подвешивать на одних и тех же столбах с проводами переменного тока для освещения? Почему для уменьшения помех телефонную линию делают двухпроводной? Для чего провода телефонной линии перекрещивают (см. рисунок)? Почему подземный телефонный кабель, не разрешается прокладывать вблизи газовых, водопроводных и теплофикационных труб?
С электричеством шутки плохи. Если взяться голыми руками за телефонные неизолированные провода, то тока не почувствуешь. Если же по этой цепи идет сигнал вызова (телефонный звонок), то руки будут ощущать резкие толчки. Почему?
Все более популярными становятся сотовые телефоны (радиотелефоны). Даже уже анекдот есть: «Домашний телефон нужен хотя бы для того, чтобы можно было найти мобильный…» В чем принципиально отличается способ передачи информации по сотовому телефону от стационарного? Почему во время разговора по радиотелефону могут возникать искажения изображения на экране телевизора?
Владение информацией делает человека более сильным и уверенным. Для того чтобы победить конкурентов, необходимо знать, что они замышляют. Иногда ради этого переступают через закон. Не так уж редки попытки подслушивания телефонных разговоров с помощью специальных электронных устройств, называемых «жучками». Объясните принцип их действия.
Поэтому перед любым человеком встает проблема защититься от вторжения в частную жизнь. Предложите способы защиты от прослушивания телефонных разговоров. Дайте объяснение каждому из этих способов.
Мир не становится проще и безопаснее с развитием нашего общества. Решая одни проблемы мы создаем другие, чтобы с ещё большим усердием искать ответы на те вопросы, которые нам задает жизнь. Хотя, порой, мне кажется, что все проблемы человечества от самих людей. Но это, наверно, не справедливо по отношению ко всему человечеству.
Ответы на задание Расторгуевой Ольги
(ученица МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Гуляева Татьяна
(ученица МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Без телефона в наше время никуда. Это изобретение очень продвинуло науку. Но почему по телефону может быть слышен телефонный разговор, происходящий по соседней линии? Это происходит потому, что телефон преобразовывает звук (звуковые колебания) в переменный электрический ток, меняющийся со звуковой частотой (электрические сигналы). Магнитное поле переменного тока, меняющееся со звуковой частотой, порождает переменные индукционные токи звуковой частоты в параллельных телефонных проводах, расположенных в одном кабеле. Поэтому по второму проводу будет передаваться та же информация, тот же разговор, что и по первой линии.
Провода телефона не следует подвешивать на одних и тех же столбах с проводами переменного тока для освещения. Магнитное поле переменного тока, меняющееся с частотой 50 Гц, возбуждает переменные токи (паразитные) звуковой частоты в телефонных проводах. В телефоне будет слышен характерный «фон», что будет мешать передаче информации в них.
Телефонную линию делают двухпроводной, чтобы в прямом и обратном проводах телефонной линии наводились ЭДС противоположного знака. Это приведет к их взаимному гашению и уменьшению помех во время разговора. Телефонные провода при этом перекрещивают, чтобы оба провода оказались в одинаковых условиях по отношению к индуцирующему проводу. Так как, в случае двухпроводной линии, по одному проводу будет передаваться информация, источником которой являемся мы, а по другому проводу информацию передают нам. Поэтому индуцирующим проводом является попеременно каждый из этих двух проводов.
Телефонный кабель нельзя располагать рядом с газовой или теплофикационной трубой из-за больших в этом случае потерь электроэнергии. Переменное магнитное поле, окружающее кабель, будет возбуждать в металлических трубах токи Фуко, следствием которых является выделение большого количества тепла. Кроме того, наличие индукционных токов снижает срок службы труб из-за электролитической диссоциации водных растворов, текущих по трубам, что может привести к возникновению дыр в этих трубах.
Во время грозы в сельской местности не рекомендуется разговаривать по телефону. Разряд молнии – это появление и исчезновение тока очень большой силы (от 20 до 110 кА). В результате вблизи молнии создается сильнейшее переменное магнитное поле, которое в свою очередь, индуцирует в работающих приборах (в том числе и в телефоне) индукционный ток очень большой силы.
Когда мы берем неизолированные телефонные провода, то не чувствуем ток, но если идёт сигнал вызова, то руки будут ощущать резкие толчки. Во время работы звонка цепь периодически размыкается и в его электромагните возникает ЭДС самоиндукции, довольно большая вследствие большого количества витков в электромагните и быстроты разрыва (ξ = -ΔLN/Δt). Она и порождает ощущение резких толчков.
Главное отличие стационарного телефона от сотового телефона в том, что стационарный телефон передает информацию на расстояние с помощью электромагнитных сигналов по проводам, а радиотелефонная (сотовая) связь осуществляется с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.
Во время разговора по радиотелефону могут возникать искажения изображения на экране лишь в том случае, если он неисправен. Потому что диапазон частот, используемый для радиосвязи, не совпадает с диапазоном частот, на котором работает телеканал. Электромагнитные волны, создаваемые неисправным телефоном, возбуждают в антенне электромагнитные колебания той же частоты, что и принимаемый телевизионный сигнал. Это и приводит к возникновению помех и появлению «ряби» на экране телевизора.
Подслушивающие устройства – «жучки» способны улавливать сигнал, идущий по телефонной линии. За счет электромагнитной индукции в подслушивающем устройстве создается переменный ток звуковой частоты, которые передается затем посредством модулированных электромагнитных волн на принимающую радиостанцию.
Чтобы избежать утечки секретной информации, для защиты телефонных разговоров кабели и корпуса телефонов секретной связи покрывают металлической оболочкой. Кабели секретной связи для предотвращения несанкционированного подключения покрывают специальной оболочкой, которую накачивают газом. При попытке повредить оболочку кабеля в кабельной сети происходит резкое падение давления газа, что регистрируется специальными приборами. Также можно кодировать информацию, что не позволит преступникам воспользоваться информацией в своих личных корыстных целях. Можно во всех важных помещениях установить специальные приборы для обнаружения «жучков» - сканеры («антижучки»). Они фиксируют и распознают сигналы, которые исходят от жучков и подавляют их деятельность, посредством создания электромагнитных волн всех возможных радиочастот.
Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.
Работа над ошибками
Почему электрические лампочки часто перегорают в момент замыкания цепи и очень редко в момент размыкания?
Ответы на задание Кашаповой Екатерины
(ученицы МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)
Правильный ответ: Электрические лампочки перегорают часто в момент замыкания цепи и гораздо реже в момент размыкания цепи. Это происходит из-за того, что когда мы замыкаем цепь, по цепи распространяется электромагнитное и возникает электрический ток. В момент замыкания цепи сопротивление цепи невелико, так как проводники холодные. При расчетном напряжении сила тока в цепи становится очень велика, поэтому количество выделяемой в единицу времени теплоты будет значительно больше обычного, что приводит очень часто к перегоранию нити лампы накаливания. Когда спираль нагреется, то сопротивление цепи увеличится, и сила тока при неизменном напряжении в цепи уменьшится. Во время размыкания цепи этого не происходит, так как сопротивление цепи высоко из нагрева проводов, по которым проходил электрический ток. Поэтому возникающая ЭДС самоиндукции недостаточна для того чтобы произошло разрушение спирали электрической лампочки накаливания в момент размыкания цепи.
1. В момент замыкания в цепи возникает огромное напряжение и резко увеличивается температура спирали лампочки, в результате чего и происходит перегорание. Когда же цепь размыкают, спираль начинает медленно остывать, и ей нет вреда.
2. Потому что в момент замыкания мощность возрастает, а это зависит от силы тока. А так как сила тока большая, сопротивление становится меньше, да и вдобавок у электрической лампы нет резистора.
3. Потому что в момент замыкания цепи резко возрастает напряжение и сила тока от 0 до нужных величин. Поэтому от неготовности лампочки к данной ситуации она может перегореть. Следовательно, из-за резких неожиданных перепадов и подскоков напряжения и силы тока.
1, 2 и 3 ответы неверны, потому что напряжение при включении возрастает не резко, а, вследствие индуктивности спирали лампочки, в течение определенного промежутка времени от нуля до номинального значения. Возрастание напряжения соответственно приводит к возрастанию силы тока. А это приводит к увеличению выделяемой мощности. Но не это приводит к перегоранию, а, то, что в начальный момент сила тока при том же напряжении очень велика из-за малого сопротивления холодной спирали лампы.
4. В момент замыкания все электроны начинают двигаться и, ударяясь об ионы, разрывают нить, а в момент размыкания они больше не движутся упорядоченно и только в редких случаях (когда электроны даже без тока движутся в одном направлении) разрушают нить.
4 ответ неверен, потому что причина разрушения спирали не механическая, а тепловая.
5. Лампочки чаще перегорают в момент замыкания цепи, т. к. светящийся элемент или элемент накаливания – является никель (никелевый провод). Т. к. удельное сопротивление никеля очень большое, следовательно, когда мы замыкаем цепь, появляется электрический ток. Следовательно, электроны ударяются о частицы проводника. А так как этих частиц очень много, следовательно, никель нагревается до высоких температур. Следовательно, есть вероятность, что никель может расплавиться. Следовательно, лампочка перегорит.
5 ответ неверен, потому что ток не может быть большим в данном проводнике при номинальном напряжении, если его удельное сопротивление велико.
6. После использования лампочки некоторое время и затем, выключив её, т. е. разомкнув цепь, на концах участков цепи, которые рассоединились, накапливаются заряды, или на одном конце с отрицательным зарядом, т. к. по инерции на него будет поступать ещё некоторое время электроны. При этом, при дальнейшем включении лампочки, сначала заряд будет немного больше обычного, на который рассчитана цепь, и поэтому проводник, в данном случае лампочка, не выдержит напряжения и придет в негодность, т. е. перегорит. А при выключении лампочки, заряд стабилен, просто его прерывают, и поэтому лампочка выключается, сохраняя работоспособность.
6 ответ не верен, потому что заряды в проводнике нигде не накапливаются, а равномерно распределяется по всему проводнику. К тому же суммарный заряд в проводнике равен нулю.
7. Лампочки часто перегорают в момент замыкания цепи, т. к. при замыкании цепи резко увеличится температура нити накаливания, при чем, изменение температуры при замыкании больше чем при размыкании цепи. Следовательно, изменение длины проводника больше. Следовательно, проводник становится более хрупким. Следовательно, проводник ломается чаще.
7 ответ не верен, потому что при нагревании металла, наоборот, увеличивается его пластичность, то есть увеличивается возможная предельная величина деформации металла без его разрушения.
8. Т. к. резко возрастает сопротивление, и нить накаливания рвется.
8 ответ не верен, потому что электрическое сопротивление не подобно сопротивлению механическому.
Задание №3: Этот камень, покачивающийся под действием даже совсем небольшой силы, приложенной человеком, с плоским основанием, покоится на круглом выступе громадной скалы, опираясь на неё весьма немногими точками. Если смотреть на него сбоку (рис. 1-4), то временами кажется, что эта каменная глыба вот-вот сорвется со скалы и с грохотом полетит вниз. Но этого не случалось и, вероятно, долго ещё не случится. Не может ли вы сказать почему?
Ответ на задание Калугина Игоря
(ученик МОУ «Яринская СОШ» Карагайского района Пермского края)
Правильный ответ: Схожее явление наблюдается у Пизанской башни. Она не падает лишь потому, что линия силы тяжести, проходящая через центр масс камня, находится в плоскости основания.
По этой же причине и не падают эти камни. Дело в том, что камень, благодаря стремлению его центра тяжести занять наиболее низкое положение, находится в колебательном движении, и, дойдя во время своего качания до определенного крайнего положения, он на мгновение останавливается, а затем начинает плавно переваливаться в противоположную сторону. Так как эти колебания по своему размаху незначительны, то это явление легко может быть объяснено, если припомнить, что для сохранения равновесия тела необходимо только, чтобы отвесная линия, идущая из центра тяжести камня, не выходила за пределы опорной поверхности. Самое же колебание камня объясняется тем, что эта отвесная линия, отклоняясь влево, заставляет падать в ту же сторону и камень. Кроме того, необходимо иметь в виду, что благодаря громадному весу камня в точках соприкосновения его со скалой развивается значительная сила трения, способствующая сохранению равновесия камня в таком странном и неестественном положении.
Литература
1. Гаряев А. В. «Развитие теоретического мышления на уроках физики»: Учебно-методическое пособие. В 2-х частях. Ч. 1. Пермь: ПКИПКРО, 2010. 96 с.
2. Гаряев А. В. «Развитие теоретического мышления на уроках физики»: Учебно-методическое пособие. В 2-х частях. Ч. 2. Пермь: ПКИПКРО, 2010. 100 с.
3. Гаряев А. В., Калинин И. Ю. «Развитие критического мышления учащихся на учебных занятиях по физике»: Методические рекомендации. Пермь: ПКИПКРО, 2010. 72 с.
4. Гивишвили Г. В. «Единство мира в реальности и в восприятии». Сборник статей первых педагогических чтений имени Э. Б. Финкельштейна «Проектная и исследовательская деятельность в школе». – М.: ОАО «ТОТ», 2007. – 12-19 с.
