Пенроуз Р. 4 страница
279. Ответ:
280. Лестница длиной 4 м приставлена к стене без трения под углом к полу 60о. Максимальная сила трения между лестницей и полом 200 Н. На какую высоту может подняться по лестнице человек массой 60 кг, прежде, чем лестница начнет скользить? Массой лестницы пренебречь. Ответ: 2 м.
281. Лестница опирается о вертикальную стену и горизонтальный пол. Коэффициент трения между стеной и лестницей 0, 4, между полом и лестницей 0, 5. Определить наименьший угол наклона лестницы к полу, при котором она может оставаться в равновесии. Ответ: 38, 7о. 282. Однородный стержень АВ опирается о шероховатый пол и о гладкий выступ С. Угол наклона стержня равен 45о, расстояние АС равно 0, 75АВ. При каком коэффициенте трения стержень будет находиться в равновесии? Ответ: m ³ 0, 5.
283. Ответ: 50о.
284. Куб массой 2 кг одним ребром упирается в гладкую стену, другим – в пол. Найти силу трения между кубом и полом, если нижняя грань куба составляет с плоскостью пола угол a = 30о. При каких углах a возможно равновесие куба, если коэффициент трения 0, 35? Ответ: 7, 15 Н, 30, 5о £ a £ 45о.
285. Ответ: 55о.
286. Ответ: 50 Н, 250 Н.
287. Каков должен быть минимальный коэффициент трения между кубом массой m и горизонтальной плоскостью, чтобы его можно было опрокинуть через ребро горизонтальной силой, приложенной к верхней грани? Чему должна быть равна приложенная сила? Ответ: 0, 5; mg/2.
288. Какой минимальной силой можно опрокинуть через ребро куб массой m, находящийся на горизонтальной плоскости? Каков должен быть при этом минимальный коэффициент трения куба о плоскость?
289. Стержень, шарнирно закрепленный в верхней точке, опирается нижним концом на платформу. Какую минимальную силу нужно приложить для того, чтобы сдвинуть платформу с места? Масса стержня 1 кг, коэффициент трения стержня о платформу 0, 2 и угол a, образуемый стержнем с вертикалью, равен 45о. Ответ: Влево: 0, 83 Н; вправо: 1, 25 Н.
290. Ответ: 0, 27. 291. Между двумя одинаковыми досками массы М каждая, шарнирно закрепленными в т. А, удерживается шар массы m. Точка касания доски и шара находится посередине доски. Угол между досками равен 2a. При каком минимальном коэффициенте трения это возможно? Ответ: 292. На высоте 40 см от пола к горизонтальной оси прикреплен стержень длиной 30 см и массой 0, 5 кг. Стержень отклонен от вертикали на угол 30о и касается шара радиусом 10 см, лежащего на полу. Определить силы трения между шаром и полом и между шаром и стержнем, если вся система находится в равновесии. Ответ: Fтр1 = Fтр2 = 0, 735 Н. 293. Рабочие несут бревно длиной 4 м и массой 200 кг, положив его на палки, отстоящие от концов бревна на расстояниях 0, 5 м и 0, 3 м. Какие силы прилагают рабочие? Ответ: 530 Н, 470 Н.
294. Лом массой 16 кг и длиной 2 м лежит на ящике шириной 1 м, выступая за его край на расстояние 40 см. Какую минимальную силу нужно приложить к лому, чтобы приподнять его длинный конец? Ответ: 60 Н.
295. Труба массой 2100 кг имеет длину 16 м. Она лежит на двух подкладках, расположенных на расстояниях 2 м и 4 м от ее концов. Какую минимальную силу надо приложить поочередно к каждому концу трубы, чтобы приподнять ее за тот или другой конец? Ответ: 9 кН, 7 кН.
296. Балку длиной 10 м и массой 900 кг поднимают горизонтально на двух параллельных тросах. Найти силы натяжения тросов, если один укреплен на конце балки, а другой – на расстоянии 1 м от другого конца. Ответ: 4 кН, 5 кН.
297. Автомобиль массой 6 т едет по мостовому пролету длиной 30 м. Определить силы, действующие на опоры моста, если автомобиль находится на расстоянии 10 м от начала пролета. Ответ: 40 кН, 20 кН.
298. К балке массой 200 кг и длиной 5 м подвешен груз массой 350 кг на расстоянии 3 м от одного из ее концов. Балка своими концами лежит на опорах. Каковы силы давления балки на каждую опору? Ответ: 3, 1 кН, 2, 4 кН.
299. Гладкий однородный стержень АС массой 8 кг и длиной 1 м вставлен горизонтально с малым зазором по толщине на глубину ВС = 20 см в вертикальную стенку. К концу А стержня подвешен груз весом 100 Н. Найти силы, с которыми стержень действует на стенку. Ответ: 700 Н, 520 Н.
300. Два человека несут шкаф по лестнице. Длина шкафа в 1, 5 раза больше его высоты. Угол наклона лестницы 30о. Центр тяжести шкафа находится в его геометрическом центре. Во сколько раз нижнему носильщику тяжелее, чем верхнему? Ответ: в 2, 25 раза.
301. При взвешивании на неравноплечих весах масса тела на одной чашке получилась 300 г, на другой – 350 г. Какова истинная масса тела? Ответ: 324 г.
302. У продавца были неравноплечие весы. Он предложил взвесить одну «половину» товара на одной чашке весов, а другую – на другой. Покупатель согласился. Кто выиграл при таком взвешивании? Ответ: покупатель.
303. К концам стержня массой 1 кг и длиной 40 см подвешены грузы массами 4 кг и 1 кг. Определить положение центра масс. Ответ: 10 см от груза массой 4 кг.
304. Бревно длиной 12 м можно уравновесить в горизонтальном положении на подставке, отстоящей от его толстого конца на расстоянии 3 м. Если же подставка находится посередине, то для равновесия бревна нужно положить на его тонкий конец груз массой 60 кг. Определить массу бревна. Ответ: 120 кг.
305. Десять шариков, массы которых соответственно равны 1 г, 2 г, …, 10 г укреплены на невесомом стержне длиной 90 см так, что между центрами соседних шариков расстояние равно 10 см. Найти центр массы системы. Ответ: в месте расположения шарика массой 7 г.
306. Штанга состоит из цилиндра массой 2 кг, длиной 50 см и двух скрепленных с ним с обоих торцов двух шаров радиусами 3 см и 6 см и массами 1, 5 кг и 12 кг соответственно. Найти центр тяжести штанги. Ответ: 9, 7 см от центра шара массой 12 кг.
307. Одна половина цилиндрического стержня состоит из железа, другая половина – из алюминия. Определить положение центра тяжести стержня, если вся его длина 30 см. Ответ: внутри железной части на расстоянии 3, 64 см от середины стержня.
308. Ответ: R/6 от центра пластинки по оси симметрии.
309. Ответ: 3R/22 от центра диска по оси симметрии.
310. Ответ: 12, 5 см от левого края по оси симметрии.
311. Ответ:
312. Ответ: 18, 4о.
313. Однородные стержни АВ и ВС скреплены друг с другом в точке В. Стержень АВ вдвое короче и вдвое легче стержня ВС. Угол АВС прямой. Найти угол a. Ответ: 39о.
314. Проволочная квадратная рамка, от которой отрезана одна сторона, подвешена так, как показано на рисунке. Определить угол j. Ответ: 33, 7о. 315. Найти построением центр тяжести фигур, изображенных на рисунках:
316. В кузове автомобиля стоит бочка. Высота бочки 1 м, а диаметр 60 см. При каком максимальном угле наклона кузова бочка не опрокинется? Ответ: 31о.
317. Однородный цилиндр высотой 8 см и диаметром 6 см стоит на доске, которую медленно поднимают за один конец. Найти предельный угол наклона доски, при котором цилиндр еще будет находиться в равновесии. Коэффициент трения цилиндра о доску 0, 3. Ответ: 17о. 318. Глубина лунки в доске, в которую вставлен шарик, в 2 раза меньше радиуса шара. При каком угле наклона доски к горизонту шарик выскочит из лунки? Ответ: p/3.
Гидроаэростатика Давление жидкостей и газов.
319. В полый куб с ребром 1 м налита доверху вода. Определить силу давления воды на дно и на боковую грань куба. Ответ: на дно: 104 Н, на грань: 5·103 Н.
320. До какой высоты надо налить воду в цилиндрический сосуд, чтобы силы давления на дно и стенки сосуда были равны между собой? Ответ: h = R.
321. Стеклянная трубка с одного конца закрыта пластинкой и опущена этим концом в воду на глубину 68 см. До какой высоты от пластинки нужно налить в трубку керосин, чтобы пластинка отпала? А ртуть? Ответ: h1 = 85 см, h2 = 5 см.
322. В сосуд с водой вставлена трубка сечением 2 см2. В трубку налили 72 г масла. Найти разность уровней масла и воды. Ответ: 4 см.
323. В цилиндрический сосуд налиты равные массы воды и ртути. Общая высота двух слоев жидкостей 29, 2 см. Определить давление на дно сосуда. Ответ: 5440 Па.
324. На какую высоту может подняться вслед за поршнем вода, если атмосферное давление 748 мм рт. ст.? А керосин? Ответ: 10, 17 м, 12, 7 м.
325. Ответ: 1, 4× 105 Па.
326. Ответ: 0, 6× 105 Па.
327. В колена U-образной трубки налиты вода и спирт, разделенные ртутью. Уровень ртути в обоих коленах одинаков. Определить высоту столба спирта, если высота столба воды 32 см. Ответ: 40 см.
328. В нижней части U-образной трубки находится ртуть, причем ее уровень в левом колене на 2 см выше, чем в правом. В левом колене над ртутью находится столбик воды высотой 10 см. В правом колене над ртутью – керосин. Какова его высота? Ответ: 46, 5 см.
329. В нижней части U-образной трубки находится ртуть, причем ее уровень в левом колене на 2 см ниже, чем в правом. В правом колене над ртутью находится столбик керосина высотой 20 см. В левом колене над ртутью – вода. Какова высота столбика воды? Ответ: 43, 2 см.
330. Колена сообщающихся сосудов состоят из одинаковых трубок. Трубки частично заполнены водой. На сколько поднимется уровень воды в левой трубке, если в правую налить керосина столько, что он образует столб высотой 30 см? Ответ: 12 см.
331. Колена сообщающихся сосудов состоят из одинаковых трубок Их концы на 30 см выше уровня воды в них. Левое колено целиком заполнили керосином. Определить высоту столба керосина. Ответ: 50 см.
332. Три одинаковых сообщающихся сосуда частично заполнены водой. На сколько повысится уровень воды в среднем сосуде, если в левый сосуд налить слой керосина высотой 20 см, а в правый – высотой 25 см? Ответ: 12 см.
333. В цилиндрических сообщающихся сосудах находится вода. Площадь поперечного сечения широкого сосуда в 4 раза больше площади сечения узкого сосуда. В узкий сосуд наливают керосин, который образует столб высотой 20 см. На сколько поднимется уровень воды в широком сосуде и на сколько опустится в узком? Ответ: 3, 2 см; 12, 8 см.
334. В цилиндрических сообщающихся сосудах находится ртуть. Площадь поперечного сечения широкого сосуда в 5 раз больше площади сечения узкого сосуда. В узкий сосуд наливают воду, которая образует столб высотой 34 см. На сколько поднимется уровень ртути в широком сосуде и на сколько опустится в узком? Ответ: 0, 4 см; 2 см.
335. Площадь меньшего поршня гидравлического пресса 10 см2. На него действует сила 200 Н. Какая сила действует на больший поршень, если его площадь 200 см2? Ответ: 4 кН.
336. Малый поршень гидравлического пресса под действием силы 500 Н опустился на 15 см. При этом большой поршень поднялся на 5 см. Какая сила действует на большой поршень? Ответ: 1, 5 кН.
337. Гидравлический пресс, заполненный водой, имеет поршни сечениями 100 см2 и 10 см2. На больший поршень встает человек массой 80 кг. На какую высоту поднимется после этого малый поршень? Массой поршней пренебречь. Ответ: 7, 27 м.
338. Два вертикальных сообщающихся цилиндра заполнены водой и закрыты поршнями с массами m1 = 1 кг и m2 = 2 кг. В положении равновесия первый поршень расположен выше второго на 10 см. Когда на первый поршень поместили гирю массой 2 кг, поршни оказались в положении равновесия на одной высоте. Как расположатся поршни, если гирю перенести на второй поршень? Ответ: первый поршень будет выше второго на 25 см.
339. Два вертикальных сообщающихся цилиндра заполнены водой и закрыты поршнями с массами m1 = 2 кг и m2 = 3 кг. Когда гирю массой 1 кг поместили на первый поршень, то в положении равновесия первый поршень оказался ниже второго на 10 см. Когда эту гирю перенесли на второй поршень, то второй поршень оказался ниже первого на 10 см. Как расположатся поршни в отсутствии гири? Ответ: первый поршень будет выше второго на 1, 67 см.
Плавание тел.
340. В море плавает льдина, выдаваясь над водой на 150 м3. Определить объем всей льдины. Ответ: 1188 м3. 341. Сосновый брус квадратного сечения плавает в воде. В каком положении плавает брус? Ответ: в положении «а».
342. В сосуд налита ртуть, а сверх нее - масло. Шар, опущенный в сосуд, плавает так, что он ровно наполовину погружен в ртуть. Определить плотность материала шара. Ответ: 7, 25 г/см3.
343. Полый чугунный шар объемом 10 л плавает в воде, ровно наполовину погрузившись в нее. Определить объем полости. Ответ: 9, 33 л.
344. В сосуде с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды в сосуде, если лед растает? Ответ: Не изменится.
345. В сосуде с водой плавает кусок льда, в котором находится пузырек воздуха. Изменится ли уровень воды в сосуде, когда лед растает? Ответ: Не изменится.
346. В сосуде с водой плавает кусок льда с вмерзшим в него стальным шариком. Изменится ли уровень воды в сосуде, когда лед растает? Ответ: Понизится.
347. Определить подъемную силу аэростата, наполненного водородом, если вес аэростата (корзина, оболочка и т.д.) 16 кН, объем – 2000 м3. Ответ: 8 кН.
348. Кубик из дерева, имеющий сторону 10 см, плавает между маслом и водой, находясь ниже уровня масла на 2, 5 см. Нижняя поверхность кубика на 2, 5 см ниже поверхности раздела. Какова масса кубика, если плотность данного масла 0, 8 г/см3? Определить силы давления на верхнюю и нижнюю грани кубика. Ответ: 0, 85 кг, 2 Н, 10, 5 Н.
349. Сплошное однородное тело, будучи погружено в жидкость плотностью r1, весит Р1, а в жидкости плотностью r2 весит Р2. Определить плотность вещества тела. Ответ:
350. Кусок пробки массой 9, 5 г, обмотанный серебряной проволокой с поперечным сечением 1 мм2, плавает в воде в равновесии (не всплывая и не погружаясь). Найти длину проволоки. Ответ: 3, 17 м.
351. Кусок пробки весит в воздухе 1, 5 Н, а кусок свинца - 11, 3 Н. Если их связать вместе и опустить в керосин, то их общий вес в керосине будет 6, 0 Н. Найти плотность данной пробки, считая плотность керосина и свинца известными. Ответ: 200 кг/см3.
352. Тонкая однородная палочка шарнирно укреплена за верхний конец. Нижняя часть палочки погружена в воду. Равновесие достигается, когда палочка расположена наклонно и погружена в воду ровно на половину своей длины. Какова плотность материала, из которого сделана палочка? Ответ: 750 кг/м3.
353. Один конец пенопластовой рейки длиной 2 м шарнирно закреплен под водой на глубине 1 м. Какая часть рейки выступает из-под воды при равновесии? Ответ: половина.
354. К шару массой 10 кг и диаметром 0, 3 м прикреплена одним концом железная цепь. Другой конец цепи свободен. Длина цепи 3 м, ее масса 9 кг. Шар с цепью находятся в водоеме глубиной 3 м. Определить глубину, на которой будет находиться центр шара. Ответ: 1, 47 м.
Работа, мощность, энергия
355. Тело массой 200 г бросили вертикально вверх и поймали в точке бросания. Тело достигло высоты 5 м. Найти работу силы тяжести при движении тела: а) вверх; б) вниз; в) на всем пути. Ответ: а) -10 Дж, б) 10 Дж, в) 0 Дж.
356. Груз массой 7 кг поднимают на веревке с поверхности земли на высоту 1 м: один раз равномерно, второй – равноускоренно с ускорением 2 м/с2. На сколько работа по подъему груза во втором случае больше, чем в первом? Ответ: 14 Дж.
357. Стальной брусок массой 7, 8 кг находится в воде на глубине 10 м. Какую работу нужно совершить, чтобы равномерно поднять его на 5 м над водой? Ответ: 1070 Дж.
358. Под действием двух взаимно перпендикулярных сил 30 H и 40 Н первоначально неподвижное тело переместилось на 10 м. Найти работу каждой силы и работу равнодействующей силы. Ответ: 180 Дж, 320 Дж, 500 Дж.
359. Тело брошено вертикально вверх со скоростью 20 м/с. На какой высоте от точки бросания кинетическая энергия тела равна его потенциальной энергии? Ответ: 10 м.
360. Динамометр, рассчитанный на 100 Н, имеет пружину жесткостью 500 Н/м. Какую работу надо совершить, чтобы растянуть пружину от середины шкалы до последнего деления? Ответ: 7, 5 Дж.
361. Импульс тела равен 8 кг× м/с, а кинетическая энергия 16 Дж. Найти массу и скорость этого тела? Ответ: 2 кг, 4 м/с.
362. Чему равен КПД гидростанции, если расход воды равен 6 м3/с, напор воды 20 м, а мощность станции 880 кВт? Ответ: 73%.
363. Транспортер поднимает песок в кузов автомобиля. Длина ленты транспортера 3 м, угол наклона ее к горизонту 300. КПД транспортера 85%. Мощность электродвигателя 3, 5 кВт. За какое время будет загружено 6 т песка? Ответ: 30 с.
364. Канат длиной 5 м и массой 8 кг лежит на земле. За один конец его поднимают на высоту, равную его длине. Какую при этом совершают работу? Ответ: 200 Дж.
365. Вычислить минимальную работу, необходимую для кантования ящика массой 1 т, имеющего поперечные размеры 60 см× 80 см, лежащего на широкой стороне. Ответ: 2 кДж.
366. Из колодца глубиной 18 м за 30 с с помощью ворота подняли бадью с глиной массой 36 кг на цепи, каждый метр которой имеет массу 1 кг. При какой мощности была совершена эта работа? Ответ: 270 Вт.
367. Ящик в форме куба с ребром 1 м стоит на площадке из досок так, что ребро его совпадает с краем досок. Продолжением площадки является земляной покров. Какую работу нужно совершить, чтобы переместить ящик на земляной покров, если сила трения между ящиком и досками равна 500 Н, а между ящиком и землей – 800 Н? Ответ: 650 Дж. 368. Плоская льдина площадью поперечного сечения 1 м2 и толщиной 0, 4 м плавает в воде. Какую работу надо совершить, чтобы льдину полностью погрузить в воду? Ответ: 8 Дж. 369. В водоеме укреплена вертикальная труба с поршнем так, что нижний конец ее погружен в воду. Поршень, находящийся вначале на поверхности воды, медленно поднимают на высоту 15 м. Какую при этом совершают работу, если площадь поршня 1 дм2, атмосферное давление - нормальное. Трением и весом поршня пренебречь. Ответ: 104 Дж.
370. Какую работу нужно совершить, чтобы заставить автомобиль массой 1, 5 т увеличить свою скорость: а) от 0 до 36 км/ч; б) от 36 км/ч до 72 км/ч? Сопротивлением пренебречь. Ответ: 75 кДж, 225 кДж.
371. Тормозной путь автомобиля, двигавшегося горизонтально со скоростью 30 км/ч, равен 7, 2 м. Чему будет равен тормозной путь, если скорость автомобиля увеличится до 50 км/ч? Ответ: 20 м.
372. Какую работу совершает сила 30 Н, подняв по наклонной плоскости груз массой 2 кг на высоту 2, 5 м с ускорением 5 м/с2? Сила действует параллельно наклонной плоскости. Трением пренебречь. Ответ: 75 Дж.
373. Автомобиль, двигаясь равноускоренно, на участке пути 100 м набрал скорость 72 км/ч. Определить работу двигателя автомобиля на этом участке, если его масса 1, 8 т, а коэффициент трения 0, 05. Ответ: 450 кДж.
374. Лошадь равномерно везет груженый воз массой 400 кг в гору с уклоном 15о. Определить работу лошади на пути в 200 м, если коэффициент трения 0, 02. Ответ: 220 кДж.
375. Автомобиль массой 2 т трогается в гору с уклоном 0, 1 (sin a = 0, 1), развивая на пути 100 м скорость 10 м/с. Коэффициент трения 0, 05. Найти работу двигателя и развиваемую им мощность. Ответ: 4× 105 Дж; Рср = 2× 104 Вт, Рmaх = 4× 104 Вт.
376. Автомобиль с двигателем мощностью 30 кВт при перевозке груза развивает скорость 15 м/с. Другой автомобиль с двигателем мощностью 20 кВт при тех же условиях развивает скорость 12 м/с. С какой скоростью будут двигаться автомобили, если их соединить тросом? Ответ: 13, 64 м/с.
Законы сохранения 377. Тело массой 0, 2 кг падает с высоты 1 м с ускорением 8 м/с2 без начальной скорости. Найти изменение импульса тела. Ответ: 0, 8 кг× м/с.
378. Тело массой 1 кг равномерно движется по окружности со скоростью 2 м/с. Определить изменение импульса тела после прохождения им четверти окружности и половины окружности. Ответ: 2, 8 кг× м/с; 4 кг× м/с.
379. Снаряд массой 10 кг вылетает из ствола орудия со скоростью 600 м/с. Время движения снаряда внутри ствола 0, 008 с. Определить среднюю силу давления пороховых газов. Ответ: 7, 5× 105 Н.
380. На тело в течение 10 с действует сила 50 Н. Найти массу тела, если скорость тела изменилась на 5 м/с. Ответ: 100 кг.
381. Определить изменение импульса шарика массой 50 г, движущегося со скоростью 2 м/с при упругом ударе о стенку, составляющую с вектором скорости угол a, равный: а) 60о, б) 90о.
|