На рисунке изображен термометр, показывающий температуру \(16^\circ\text{C}.\) Цена деления термометра составляет \(1^\circ\text{C},\) что определяет погрешность измерения. Требуется найти абсолютную температуру в кельвинах. Ответ запишите в виде последовательности чисел без пробелов и запятых между ними.

\(1.\) Для перевода температуры из градусов Цельсия в кельвины используем формулу: \(T(K) = T(^\circ\text{C}) + 273.15\) \(2.\) Подставляем измеренное значение температуры: \(T = 16 + 273.15 = 289.15\,\text{K}\) \(3.\) Учитываем погрешность измерения, равную цене деления термометра: \(\Delta T = 1\,\text{K}\) \(4.\) Округляем результат до целых чисел, так как погрешность составляет \(1\,\text{K}{:}\) \(T = (289 \pm 1)\,\text{K}\)

Ученику необходимо экспериментально исследовать зависимость давления газа в сосуде от его объема. В распоряжении имеется пять сосудов с различными газами при разных температурах (массы газов одинаковы). Какие два сосуда следует выбрать для корректного исследования?

Для изучения зависимости давления \(p\) от объема \(V\) (изотермический процесс) необходимо выбрать сосуды, где: Одинаковый газ (молярная масса \(M\) постоянна). Одинаковая температура \(T.\) Разный объем \(V.\) Уравнение состояния идеального газа: \(pV = \frac{m}{M}RT \implies p = \frac{mRT}{MV}\)

Садоводы осенью и весной часто уничтожают опавшие листья, сжигая их на костре. Развели костер, начали сыпать на него сверху листья. В каком случае костер будет лучше гореть и меньше дымить: если листья сухие и бросают их небольшими порциями, или листья сырые и их много? Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, почему это происходит.

\(1)\) Краткий ответ: костер будет лучше гореть и меньше дымить, если бросать сухие листья небольшими порциями. \(2)\) Почему сухие листья горят лучше. Сухие листья содержат мало влаги, поэтому на их нагрев и воспламенение тратится сравнительно мало теплоты. Благодаря малой теплоемкости тонкие сухие листья быстро нагреваются до температуры воспламенения, переходят в горючие газообразные продукты и сгорают с образованием пламени и мало дыма. \(3)\) Роль влажности и теплоты парообразования. При нагреве влажных листьев большая часть подведенной теплоты идет на испарение воды. Удельная теплота парообразования воды велика, поэтому испарение отбирает значительную энергию и охлаждает топливо. В результате температура в зоне горения не достигает режимов полного горения, появляется неполное сгорание и обильное образование сажи и капельных продуктов, дающих густой дым. \(4)\) Конвекция, выталкивание и приток кислорода. Горячие продукты горения имеют меньшую плотность, чем окружающий воздух, поэтому возникают подъемные силы и формируется восходящий конвективный поток, который приносит кислород к месту горения и уносит продукты сгорания. Если листья бросают небольшими порциями и не закрывают поток, конвекция работает эффективно, приток кислорода достаточен, огонь интенсивен и дымность невысока. \(5)\) Что происходит при большом количестве сырых листьев. Много сырых листьев перекрывает доступ воздуха и блокирует восходящий поток горячих газов, уменьшая тягу и приток кислорода. Испаряющаяся вода дополнительно охлаждает топливо, замедляет нагрев и воспламенение, поэтому вместо яркого пламени возникает тление и неполое горение с выделением густого, мало нагретого дыма. В сильном случае кислородный доступ снижается настолько, что огонь может погаснуть. \(6)\) Итоговые физические закономерности, на которые опираемся: теплоемкость и тепловая инерция материалов, удельная теплота парообразования и эффект испарительного охлаждения, закон Архимеда для образования восходящих потоков горячих газов и роль гетерогенного доступа кислорода для поддержания полноценного горения. Ответ: лучше горят и меньше дымят сухие листья, подаваемые небольшими порциями, потому что им требуется меньше теплоты на испарение, они быстрее достигают температуры горения и обеспечивают эффективную конвекцию и приток кислорода; сырые и многочисленные листья приводят к охлаждению, ограничению доступа кислорода, неполному сгоранию и сильному дымообразованию.

Шайбе массой \(m=100\ \text{г}=0.1\ \text{кг},\) находящейся на наклонной плоскости, сообщили скорость \(v=4\ \text{м/с},\) направленную вверх вдоль плоскости. Шайба остановилась на расстоянии \(l=1\ \text{м}\) от начала движения. Угол наклона плоскости \(\alpha=30^\circ.\) Чему равна сила трения шайбы о плоскость?

Будем пользоваться законом сохранения энергии (работа силы трения расходует начальную кинетическую энергию и работу против силы тяжести). Начальная кинетическая энергия шарика равна \(\dfrac{1}{2} m v^2,\) в конце кинетическая энергия равна нулю. Работа, затраченная на подъем против силы тяжести, равна \(m g h,\) где \(h\) — вертикальный подъем, \(h=l\sin\alpha.\) Работа силы трения по модулю равна \(F_{\text{тр}}\,l.\) Запишем баланс энергии: \(\dfrac{1}{2} m v^2 = m g h + F_{\text{тр}}\,l,\) где \(h = l\sin\alpha\) Выразим силу трения: \(F_{\text{тр}}=\dfrac{\dfrac{1}{2} m v^2- m g l \sin\alpha}{l}\) Подставим числовые данные и возьмем приближенно \(g=10\ \text{м/с}^2{:}\) \(\dfrac{1}{2} m v^2 = \dfrac{1}{2}\cdot 0.1\cdot 4^2 = 0.8\ \text{Дж}\) \(m g l \sin\alpha = 0.1\cdot 10\cdot 1\cdot \sin 30^\circ = 0.1\cdot 10\cdot 1\cdot 0.5 = 0.5\ \text{Дж}\) Тогда \(F_{\text{тр}}=\dfrac{0.8-0.5}{1}=0.3\ \text{Н}\) Ответ: сила трения равна \(F_{\text{тр}}=0.3\ \text{Н}.\) Замечание: знак силы трения направлен против направления движения (вниз по плоскости), здесь приведен ее модуль.

На дифракционную решетку, имеющую \(200\) штрихов на \(1 \space \text{мм},\) перпендикулярно ее поверхности падает луч света, длина волны которого \(\lambda = 480 \space \text{нм}.\) Каков максимальный порядок дифракционного максимума, доступного для наблюдения?

\(1)\) Находим период дифракционной решетки: \(d = \dfrac{1 \space \text{мм}}{200} = \dfrac{10^{-3}}{200} = 5 \cdot 10^{-6} \space \text{м}\) \(2)\) Условие максимумов дифракционной решетки:\(d \sin \alpha = k \lambda\) где \(k\) — порядок дифракционного максимума. \(3)\) Максимальное значение синуса угла дифракции:\(\sin \alpha \leq 1\) \(4)\) Из условия максимума получаем ограничение:\(k \leq \dfrac{d}{\lambda}\) \(5)\) Подставляем числовые значения:\(k \leq \dfrac{5 \cdot 10^{-6}}{480 \cdot 10^{-9}} = \dfrac{5 \cdot 10^{-6}}{4.8 \cdot 10^{-7}} = \dfrac{5}{0.48} \approx 10.42\) \(6)\) Поскольку порядок \(k\) должен быть целым числом, наибольший возможный порядок: \(k_{max} = 10\) Ответ: \(10\) максимальный порядок дифракционного максимума.