59
Х Турнир юньых физиков
Науки юньшей питают,
Отраду старым подают,
В счастливой жизни
украшают,
В несчастной — служащей
берегут…
М. В. Ломоносов
Турнир проводится физическим факультетом МГУ им. М. В. Ломоносова с сентября 1987 по февраля 1988 года.
Решения задач заочного коллективного конкурса необходимо оправить не позднее 16 ноября 1987 года по адресу: 119899 Москва ГСП, МГУ, физический факультет, кафедра физики колбаней, Оргкомитет ТЮФ-X. В графе «Кому» написите: заочный конкурс ТЮФ-X и номера задач, решения которых вы посылаете. В конверт выполняте анкеты:
- Почтовый адрес школа.
- Фамилия, имя, отчество руководителя команды.
- Список авторов решений.
В начале решения каждой задачи обязательно укажите город, номер школа, класс, фамилии и имена авторов решения. К экспериментальным задачам приложите подробные описания установки, их схемы, желательно фотографии и экспериментальные данные. Наболее укажите решения задачи и самостоятельно сформулированные проблемы будут отмечены грамотами турира и предложены для публикации в журнале «Квант».
Более подробную информацию о ТЮФ-X можно получить в Оргкомитете ТЮФ поышеказанному адресу.
Задания заочного коллективного конкурса ТЮФ-X
-
Придумай сам. Предложите оригинальные проекты технического и научного использования высокотемпературной сверхпроводимости.
-
«Вечирпемник». Сконструируйте и изготовьте переносной радиоприемник, не использующий источников питания. Зачетный параметр: , где — звуковое давление на расстоянии 1 м от приемника, — максимальный линейный размер приемника, — масса приемника.
-
Camera obscura. Выполните групповой портрет вашей команды с помощью камеры-обскрытия. Обоснуйте физические принципы получения качественного сигнка с помощью такого приспособления.
-
Электрическая цепь. Несколько узлов () соединены между собой батарейками с известными ЭДС и . Составьте программу вычисления на ЭВМ для определения разности потенциаль между первым и вторым узлами. Критерiem качества программы считайте время от начала ввода данных в компьютер (таблицы значений ЭДС и ) до момента выдачи правилного результата.
-
Метrologия. Определяйте пределную точность измерения длины стальной линейкой.
-
Продавец вакуума. Предприниматель звездоплаватель решил поставлять в физическиелаборатории мира вакуум из космического пространства. Каковы шансы на успех его предпрития?
-
Солнце на закате. Видимый диск Солнца на закате сплошен. Экспериментально изменьте и опишите эти искажения. Расчитайте теоретическое отношение горизонтовного и вертикального размеров солнечного диска, касающийся линейно горизонта.
-
Цветное телевидение. Вам надо сконструировать четырехцветный телевизор. Какие цветы вы бы выбрали в качестве основных? Должна ли измениться при этом светочая аппаратура?
-
Девятый вал.
«Перед много волны моря. Их много. Им немыслим счет.»
В. Пастерак Существует ли «Девятый вал»? Внесите ясность в этот вопрос. В качестве отправной точки может использоваться идеи, изложенные в статье «Тройка, семерка, туз …» (Знание — сила, 1987, № 1; с. 97—104). -
Самовозгранение.
«Но и от ветра, когда раскачавшись, деревья ветвями,
Сильно шатаясь, научут налегать одно на другое,
Мощное треное их источает огонь, и порюю,
Вспыхнутши, вдруг
заблескит и взнесется горячее пламя,
Если вззамно они и стволами, и сучьями труется.»
Лукрец Кар.
Так римский фильософ обясляпропскождение лесных пожаров. Оцените вероятность такого возгорания и его место в ряду факторов, вызывающих возникновение пожаров в природа, т. е. не являющихся следствием деятельности человека. -
Лампа накаливания. Утверждают, что две лампочки по 60 Вт дают больше света, чем три лампочки по 40 Вт. Так ли это? Испледуйте, как изменяются светотдания и срок службы лампы накаливания при небольшим изменении напряжения питания.
-
Весна в горode. Весна в горode насупает раньше, чем в сельской местности. Опишите основные факторы, приводящие к этому, и произведите численные оценки. В частности, что будет, если однажды вывезти весь снег из Москвы за горode?
-
Теплопередача. Испледуйте теплопередачу через вертикальный столб воды в двух случаях: и .
1 — водяной столб,
2 — теплопередача труба.
- Мезоскопика. Один из механических эффектов состоит в том, что сопротивление двумерного металлического образца при низких температурах может существенно измениться при изменении по-
60
ложения всего лишь одного атома решетки. Наглядное представление об этом эффиците можно получить, рассматривая следующий малеBNные плоские зеркала с коэффициентом отражения, равным единице. Каждое зеркало может пребивать лишь в двух положениях: с наклоном под углом 45° либо вправо, либо влево.
Состояние зеркала находится изменяется, поэтому лазерный луч, попадающий на узел решетки, с равной вертностью отражается в одну или другую сторону на 90°. Оцените, как изменится световая мощность на выходе системы, если в один из узлов взмест зеркала помещить элемент, полностью поглощащий свет.
-
Медный грош. Монета в 1 копейку «выпала» из костичской ракеты и стала искусственной планетой Солнечной системы. Оцените время существования как планеты, учитывая взаимодействие с солнечным светом.
-
Электроны в ловушке. Неколько электронов (2≤n≤30) могут свободно перемешаться внутри круга радиуса R. Каоое взаимодействие электронов устойчиво?
-
Резистор Калиостро. Для школьного тестера даже человек — это резистор. Используйте с помощью школьного тестера законы последовательного и параллельного соединения таких резисторов (традиционно задача № 17 имеет шуточный оттенок).
Советы дебютантом турина
Как решать туриниру задачу. Условия туриниры задачу часто ставят дебютанта в тупик. Иnorда ему даже не ясно, что, собственно, решать, и совсем не понятно, как решать! В таком случае нужно поступать так, как это делают физики. Задачу нужно максимально употребить, сузить, ограничить в рамках простых и ясных допущений, поставить четкий и ясный вопрос, на который можно ответать. Затем поставляется получить качественный ответ — здесь вам помогут сообщения подобия, метод размерностей и ваша интуция. Но ограничивать эти нелезя. В решении должны быть строгость и полота. Смело экспериментируйте. Помните, что почти все задания туринира допускают проведение экспериментального исследования. Предостерегаем вас от чрезмерного увлечения аппаратом высшей математики. Турир не преследует таких целей. В первую очередь должны быть освещены и именно качественная сторона и физическая суть проблемы.
Как можно работать коллективно. Для этого организуйте работу заседания (встречи). Первая встреча — организационная. На нее пригласите всех, кто интересуется туриниром. Здесь прочитте задания туринира, и пусть желающие выберут себе задания для решения. Не беда, если некоторые задачи захотят решать многое, а часть освещается не выбранной. Главное содержание первого встречи — начало работы. Вряд ли стоит сразу же нахождение капитана и огваривать состав команды, но «координатор» вших встреч совершенню необходим. Он должен знать все состояния дел: когда состояние следующего встреча, какие задачи будут обсуждаться, что уже решено и кем, что в стадии решения, что еще совсем не решается и т. д.
Следующие встречи — рабоче. На них заслуживают решения задачи и после критических замечаний и уточнения принятия или отправляются наоработку. Если какое-то решение принимается, то желательно, не откладывать на завтра, окончательно оформить его и положить в папку готовых решений. На таких встречи складываются творческие коллективы и постепенно определятся состав команды. Скоро выяснить, что один участник встречи могут решить задачу, другие сильны в организациином плане, третьи не решают задачу, но выдвигают свежие и здравые идеи, а неокоторые сильны своим критическим замечанием или же просто умогот создавать атмосферу эмпириального подъема и творческого накаала. Все они на своем месте и необходимы коллективу. В середине октября нужно будет проверить, что же сделано — подвестиитutor. Если okayется, что неокторы задачи не решены или не решались вовсе, то теперь их уже надо распределить по работе группам и назначить сроки исполнения с тем, чтобы выработать совместное решение этих задач (возможно, в упрошенном виде —правила туринира это допускают).
На последней встрече необходимо формировать команда и выбрать капитана.
Кто ваший помошник. В первую очередь — вашучателя физики. Решать за вас задачи они не будут, но посоветовать или покритивать вашей решения могут. В организациюном плане их помощь совершенню необходим. Он должен знать о состоянии дел: когда состояние следующего встреча, какие задачи будут обсуждаться, что уже решено и кем, что в стадии решения, что еще совсем не решается и т. д.
Помочь могут родители. От них вы можете детратионных подходов, помощи в том, что сейчас не может дать вам школа. Это в большинстве степени относится к вашим родственникам и друзьям.
Помочь могут студенты — выпускники вашей школи. Разумное взаимодействие с ними привести вам много полезны. Однако поиск и повышение на них должны поднять ваш самостояльную и активную работу над решением задачи. Если вам удалось «найти» решение задачи, не решая ее, то ценна такому «подвигу» не высказка.
Наконец, книга — ваш главный помошник. Многие проблемы, затронутые в задачах ТЮФ, в какой-то степени, возможно, уже решены. Творческие исследования уже полученные результаты (при этом не забудьте дать ссылку на источник). Книга может многого подсказать и многоому научить.
Желаем вам удачи и творческих успехов.
Т. П. Корнеева, Е. Н. Юносов, Н. В. Аминский
61
Преобразования плоскости в задачах на построение
-
Вершина треугольника переходит в вершину при преобразовании , где — бисектриса угла , .
-
Рассматриваемый отрезок симметричен относительно перпендикуляра к данной прямой, проведенного через центр окружности.
-
Фигуры и — дуги, из точки которых отрезок между маяками виден под данными углами, преобразование — параллельный перенос на вектор, изобразующий перемещение корабля между моментами измерения.
-
Постройте отрезок и найдите геометрическое место точек и ; воспользуйтесь тем, что они симметричный друг друг относительно .
-
Вершина ромба переходит в соседнюю вершину при композиции поворота на вокруг центра и инверсии с центром и коэффициентом , где — площадь ромба.
Избранные школьные задачи
-
. Указание. Если или , то .
-
.
-
Пусть — наибольшая диагональ (рис. 1). Тогда годятся диагонали , и , так как .
-
Положим . Легко видеть, что
Заметив, что , производим выкладку:
-
Не может. Доказательство. Пусть — трапеця, удовлетворяющая условием задачи (рис. 2), и пусть . Тогда у треугольника основание имеет длину , высота (опущенная на основание) — длину 8. Сумма будет наименьшей, если (потому что ), а в этом последнем случае . Таким образом, , что противоречит возможность выполнять в трапецию окружность.
-
Указание: положите , и найдите .
-
Если или , то решений нет; если , то ; если , то .
Решение. Сложим наши уравнения:
Но при , причем только при . Значит, , и если , то . Случай и 1 труда не представляют.
-
Указание. Докажите, что окружности, описанные около треугольников , , и , имеют один и тот же радиус . Выразите , , , через и снулись углов , , (рис. 3) и подставьте эти выражения в правильную доказательство.
-
Построение. Пусть — точка, симметричная точке относительно данной прямой. Проведем окружности с центрами и , касающейся данной прямой, и к каждой из этих окружностей проведем касательные из точки . Точки пересечения этих касательных с данной прямой обозначим через , , , . Условия задачи могут удовлетворять только точки , , , (доказатель!) и каждая из них удовлетворяет или не удовлетворяет им в зависимости от расположения точек и . Если, например, точки и расположены, как показано на рисунке 4, то , , и . Так, скажем, если точка лежит между и , а точка лежит между и , то решений три: , , ; если же точка лежит правее , а точка — между и , то решений нет вовсе.
Заметание. Точка может попасть внутри одного из построенных кругов; тогда из нее нельзя проверить касательной к соответствующей окружности. Если точка попадет на окружность, то к этой окружности проводится одна касательная. Кроме того, проведенная касательная может быть параллельна прямой . Разберете эти случаи самостояльно.
- . Решение. Из условия . Поэтому и . Равенство достигается при .
62
-
Если нечетно, то . Если четно, то , и либо , либо . Доказательство. Пусть нечетно. Если , то , , …, , , , …, . Если , то все больше 1, и ; случай анализчен. Пусть четно. Если , то и . Если , то и . Предложим, что и . Если, скажем, , то , , … и , что противоречит вытекающему из уравнения равенству .
-
Найбольшую площадь имеет прямогольник, вершина которого, противоположная , лежит на границе нашей четверти кругга и среди точек этой границы наиболее удалена от диагонали . Именно, если , то в качестве можно взять точку пересечения границ с диагональю ; прямогольник будет в этом случае квадратом со стороны . Если же , то в качестве можно взять точку пересечения границ четверти кругга со стороны или со стороны ; прямогольник в этом случае будет иметь стороны длиной и . (Таким образом, в случае задача имеет три решения.) Указание. Выведите формулу
где — площадь прямогольника, — длины его стороны. Проведите через точку (лежащую на границе нашей четверти кругга) прямую, параллельную диагонали квадрата, пересекающую прямую в точке . Тогда , так что площадь искомого прямогольника имеет наиболее значение тогда и только тогда, когда расстояние является наиболее близимым. Вычислите для случая, когда точка есть точка пересечения границы четверти кругга со стороны квадрата и с диагональю квадрата. Сравните результаты вычислений. -
Нет, не любой. Расмотрим трехгранный угол с плоскими углами . Предположим, что сечением его некоторый плоскостью служит правильный треугольник (рис. 5). Так как углы и туples, и — это наиболее стороны в треугольнике и соответственно. В таком случае стороны наиболее в треугольнике . Но это не так, либо угол меньше .
-
arccos. Указание. Постройте на лучах равные отрезки . Тогда — правильный треугольр, а точка — его центр тяжестки (делит высоту треугольра в отношении 3:1).
-
- Решение. Из условия следует, что . Значит, и . Так как , то .
Работа, энергия, теплло
- кДж.
- .
- Вт.
Сколько стоит дыня?
Пусть — налог на одну дыню, — цена дыни. Тогда
Отсюда .
Калейдоскоп «Кванта»
(см. «Кванта» № 7)
Редактиция уверена, что читатель успешно справился с заданиями «Калейдоскопа». Однако если сам читатель в этом не уверен, мы советует ему обратиться к книге Я. И. Перельмана «Занимательная физика».
Задачи на разрезание
(см. «Кванта» № 7)
Решения всех задач — на рисунке справа.
«Кванта» для младших школьников
(см. «Кванта» № 7)
- Дяде Алеше 34 года, мне 17 лет.
- Открытие двери в салоне электрички сами закрываются, ставываясь по направляющим под действием силы тяжестки.
- Заметим, что . Кроме того, заметим, что всякое число в пятой степени оканчивается
63
Задачи на разрезание
Две фигуры
Танграм
Квадрирование фигуры
Продырявленный квадрат
Зубчатый квадрат
Откуда взялась нога
Елочка
Из двух – один
Лесенка
Ступеньки
Из трех – один
Мальтийский крест
63
64
на ту же цифру, что и само число. Поэтому, казалось бы, нужно проверить лишь два числа: 17 и 27. Однако уже 26 — воспоминание число. Так что на доске было написано 17=1419857. На самом деле можно былостереть шесть цифр, оставив *****7. А Антон оставил 1987 — ведь карнавал был новогодний!
4. Пусть мы начали шнуровать с правой верхней дырочки. Затем мы можем пропустить шнуров в любую из дырочек, кроме второй верхней дырочки, т. е. 8 разными способами. Следующим шагом продеваем шнурок в дырочку направив, и снова у нас выбор, теперь уже из 6 возможностей, потом, после еще двух пропусканий шнура, у нас остается 4 возможности, потом 2, и наконец, пропускаем шнурок в левую верхнюю дырочку. Все утверждение не могут быть новерными, так как в таком случае последнее утверждение было бы верным, что противоречит нашему предположению. Итак, верно лишь одно утверждение, а именно 99-e, которое утвердает, что неверно 99 утверждений, а верно одно — оно само.
Шахматная страница (см. «Квант» № 5)
Задание 9 (Гилл — Орбах, 1925 г.). 1. Лg1! Ф:g1 2. Кg5+ Ф:g5 (2…Крg7 3. Фe7+ Лf7 4. Ф:f7+ Кph6 5. Фh7×) 3. hg с простым выигрым.
Задание 10 (В. Алайков, 1986 г.). Ход 1. Лf3, перекрывающий слону g4 доступ к полю e2, проверяется путем 1…Л:c4!, а на 1. Cf3 с той же угрозой 2. Ke2× следует 1…C:c3! Правильно 1. b7! Тепергрозит 2. b8K! и 3. K:c6×. После 1…Cb4 уже решает 2. Лf3! (2. b8K Ла6) и 2…Л:c4 невозможно, так как слон перегородил дорогу ладь. На 1…Лb4 решает 2. Cf3! и зачита 2…C:c3 пропала из-за ладь, перекрывший дорогу слону. Изящная трактовка известной в композиции геометрической темы Гришоу. Редкий случай, когда перекрытия в задаче осуществляют и белыми, и черными фигурами.
Редактионный совет:
А. М. Балдин, С. Т. Беллев, Е. П. Велихов, И. Я. Верченko, В. В. Возdvijженский, Г. В. Дорофеев, Н. А. Erмолaeва, А. П. Erшов, Ю. В. Иванов, В. А. Кирилин, Г. Л. Коткин, Р. Н. Кузьмин, А. А. Логунов, В. В. Можаев, В. А. Орлов, Н. А. Патрикеева, Р. З. Сагдеев, С. Л. Соболев, А. Л. Стасенko, И. К. Сурин, Е. Л. Сурков, Л. Д. Фаддеев, В. В. Фирсов, Г. Н. Яковлев
Сдано в набор 17.06.87. Подписано к печати 24.07.87. T-12188. Вумага 70×108/16. Печать офсетная Усл. кр.отт. 23,8. Усл. печ. л. 5,6. Уч.-изд. л. 7,38 Тираж 200 048 экз. Цена 40 коп. Заказ 1633
Ордена Трудового Красного Замени
Чеховский полигraphический комбинат
ВО «Союзполигraphiform»
Государственное комитета СССР
по делам издаемых, полигraphии
и книжной торговли
142300 г. Чехов Московской области
Номер подготовили:
А. Н. Виленкин, А. А. Егоров, И. Н. Клумова,
Т. С. Петрова, А. В. Сосинский, В. А. Тихомирова
Номер оформили:
Ю. А. Ващенко, М. В. Дубах, С. В. Иванов,
Д. А. Крымов, Н. С. Кузьмин, З. В. Назаров,
А. М. Пономарева, И. И. Чернуский, В. В. Юдин
Заведующая редакцией Л. В. Чернова
Редактиор отдела художественного оформления
С. В. Иванов
Художественный редактор Т. М. Макарова
Корректор М. Л. Медведская
103006 Москва К-6, ул. Горького, 32/1, «Квант», тел. 250-33-54