Kvant 1972, số 10 · Trang
KVANM
10
THÁNG 10
1972
Tạp chí VẬT LÝ VÀ TOÁN HỌC PHỔ BIẾN
HỌC VIỆN KHOA HỌC LIÊN XÔ và VIỆN KHOA HỌC SƯ VỤ LIÊN XÔ
Tổng biên tập - Viện sĩ I. K. Kikoin
Phó Tổng biên tập thứ nhất - Viện sĩ A. N. Kolmogorov
Tuyển tập biên soạn:
L. A. Artsimovich, M. I. Bashmkov, S. T. Belyaev, V. G. Boltyansky, I. N. Broshtein, N. V. Vasilyev, I. F. Ginzburg, Yu. N. Efremov, V. G. Zubov, P. L. Kapitsa, V. A. Kirillin, A. I. Klimanov (nghệ sĩ trưởng), S. M. Kozel, V. A. Leshkovtsev, (phó tổng biên tập), L. G. Makar-Limanov, A. I. Markushevich, M. D. Millionshchikov, N. A. Patrikeeva, I. S. Petrkov, N. H. Rozov, A. P. Savin, I. Sh. Slobodetsky, M. L. Smolyansky (phó tổng biên tập), Ya. A. Smorodinsky, V. A. Fabrikant, A. T. Tsvetkov, M. P. Shaskolskaya, S. I. Schwartzburg, A. I. Shirshov.
Như có thể thấy từ hình ảnh ở trang đầu tiên của trang bìa, một hình vuông (và bất kỳ hình chữ nhật nào nói chung) có thể được chia thành bất kỳ số hình tam giác giống nhau nào. Nếu chúng ta yêu cầu tất cả các hình của phân vùng nhất thiết phải bằng nhau, thì hình chữ nhật (và bất kỳ hình bình hành nào) sẽ chỉ được chia thành một số hình tam giác chẵn (xem hình bên trái). Bài viết “Sàn gỗ hữu hạn” (tr. 25) nói chi tiết về các mô hình chi phối loại “sàn gỗ” này, đồng thời đưa ra các ví dụ thú vị về các hình được cắt thành bất kỳ số lượng tam giác bằng nhau nào.
Trưởng ban biên tập L. V. Chernova. Nghệ sĩ trưởng A. I. Klimanov. Biên tập viên nghệ thuật O. N. Ykovleva. Người hiệu đính V. P. Sorokina. Nhà xuất bản “Khoa học”. Tòa soạn chính của văn học vật lý và toán học. 117071, Moscow, V-71, Leninsky Prospekt, 15, «Kvant»; điện thoại. 234-08-11, 234-07-93
Nộp vào bộ ngày 15/VII 1972. Ký in ngày 6/IX 1972. Giấy 70×100¹/₁₆. Vật lý. lò nướng l. 5. Lò nướng có điều kiện l. 6.5. Biên tập học thuật. tôi. 7.23 Số phát hành 313.135 bản. T-03378. Giá 30 kopecks. Zach. 1236. Nhà máy in Chekhov Glavpoligraphproma Ủy ban Nhà nước của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô về Xuất bản, In ấn và Kinh doanh Sách, Chekhov, Vùng Moscow.
BẢN BẢN KHÔNG ĐƯỢC TRẢ LẠI
1
10
THÁNG 10
1972
Tạp chí VẬT LÝ VÀ TOÁN HỌC PHỔ BIẾN
VIỆN KHOA HỌC LIÊN XÔ VÀ VIỆN KHOA HỌC SƯ PHÁP LIÊN XÔ
NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC
PHÒNG BIÊN TẬP CHÍNH VĂN HỌC VẬT LÝ VÀ TOÁN HỌC
TRONG PHÒNG:
2 Định lý nhỏ Fermat S. G. Gindikin
10 Định luật Joule-Lenz V. A. Fabrikatm
17 Tích phân trong hình học và vật lý Yu. I. Ionin
22 Độ cao của núi và các điều kiện vật lý cơ bản V. Weiskopf
VÒNG TRÒN TOÁN HỌC
25 Sàn gỗ đã hoàn thiện V. I. Kaplin, V. G. Leibovich, E. L. Papernov
PHÒNG THÍ NGHIỆM “QUANTA”
31 Boomerang F. Hess
VẤN ĐỀ “Lượng tử”
38 Bài toán M166—M170, F180—F184
40 Lời giải bài toán M126—M128, F142—F147
ỨNG DỤNG THỰC HÀNH
47 Phương pháp lời giải bài toán “từ cuối” Ya. I. Grudenov
52 Công, năng lượng, công suất I. A. Zaitsev
59 Phương án thi tuyển sinh vật lý tại Viện Vật lý và Công nghệ Mátxcơva năm 1972
61 Môn Toán Lựa Chọn Tuyển Sinh Năm 1972
ĐÁNH GIÁ, THƯ VIỆN
62 cuốn sách mới của M. L. Smolyansky
THÔNG TIN
64 VI Olympic Toán học toàn năng Shkolnikov L. G. Limanov
69 VI Olympic Vật lý toàn thế giới Shkolnikov T. S. Petrova
71 Trận chiến toán học V. P. Fedomov
75 Lênin thủ tướng 1972 V. A. Leykovtsev
GÓC SƯU TẬP
77 Con tem được buộc bởi người phát minh ra “ánh sáng Nga”
78 ĐÁP ÁN, HƯỚNG DẪN, GIẢI PHÁP “Lượng Tử” CHO HỌC SINH THI
(trang bìa thứ 3)
HỖN HỢP (trang 16, 24, 30)
4
Hãy chọn tất cả các thẻ. Vì chính xác thẻ được chọn ở mỗi bước nên chúng tôi thấy rằng số thẻ ban đầu () phải chia hết cho .
Bài 1. Chứng minh rằng độ dài tối thiểu l của chu kỳ của phân số trùng với số mũ nhỏ nhất mà chia hết cho .
Dấu hiệu của sự phân chia
Các kết quả thu được về phép chia lũy thừa của 10 cho có một ứng dụng thú vị khác. Hóa ra là đối với bất kỳ số nguyên tố nào cũng có một phép kiểm tra tính chia hết giúp tổng quát hóa phép kiểm tra tính chia hết cho 3. Chúng ta hãy nhớ lại lý do áp dụng cho . Cho là một số tự nhiên, các chữ số của nó được đánh số từ phải sang trái. Sau đó . Vì với mọi khi chia cho 3 thì dư 1, nên cho cùng số dư khi chia cho 3 là . Cụ thể, sẽ chia hết cho 3 khi và chỉ khi chia hết cho 3.
Hãy để bây giờ . Khi đó, như chúng ta đã thấy, và tất cả khi chia cho 11 đều có số dư là 1. Chữ số được chia thành các cặp từ phải sang trái, chỉ có một chữ số rơi vào nhóm cuối cùng nếu số chữ số là số lẻ: . Số phải được ký hiệu là . Rõ ràng rằng khi chia cho 11 sẽ cho số dư bằng tổng của các số có hai chữ số .
Nói chung, nếu là số nguyên tố và chia hết cho , chúng ta chia thành các khối chữ số từ phải sang trái (khối đầu tiên từ bên trái có thể có ít chữ số hơn) sao cho , .
Khi đó khi chia cho cho cùng số dư bằng tổng của các số có chữ số ; một phần, được chia thành moeda và molko moeda, khi ema tổng được chia thành . Dấu hiệu này rất đơn giản ở mức ; Chúng ta đã thấy rằng ở chúng ta phải chia thành các khối có hai chữ số, ở thành các khối có ba chữ số, nhưng ở thành các khối có sáu chữ số và nói chung, chúng ta chỉ có thể đảm bảo rằng việc chia thành các khối có độ dài sẽ dẫn đến một mục tiêu.
Bài toán 2. Chứng minh rằng nếu với một số nguyên tố , thì ; nếu , thì ; nếu , thì .
Định lý nhỏ Fermat
Nếu bạn xem lại cuộc thảo luận của chúng ta về tính chia hết của lũy thừa 10 cho , bạn sẽ tin rằng chúng ta chỉ sử dụng thực tế là 10 không chia hết cho . Thật vậy, ta đã chứng minh được mệnh đề tổng quát sau.
Định lý nhỏ Fermat (1601-1665) không có bằng chứng trong một bức thư gửi Frenicles de Bessy đề ngày 18 tháng 10 năm 1640. Fermat rất ấn tượng với quy luật mà ông đã khám phá ra. “Tôi được chiếu sáng bởi một ánh sáng rực rỡ,” anh viết khi tường thuật lại điều đó.
Bài toán 3. Chứng minh rằng nếu là số nguyên tố thì chia hết cho .
bài toán này là một phiên bản của định lý nhỏ Fermat trong đó bội số của không bị loại trừ.
Lý thuyết so sánh
Khi nghiên cứu tính chia hết của các số nguyên, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng ngôn ngữ của lý thuyết so sánh do Gauss đưa ra. Các số nguyên và được cho là có thể so sánh theo modulo (m là số tự nhiên) nếu chia hết cho . Nó có nghĩa là thế này:
(1)
*) Nó được gọi như vậy trái ngược với Định lý lớn của Fermat, vẫn chưa được chứng minh (xem «Kvant» số 8, 1972).
Một phần, nếu chia hết cho thì (mod ). Tính nhất quán (1) tương đương với thực tế là và có cùng số dư khi chia cho . Chúng ta hãy nhớ lại rằng phần còn lại của phép chia cho , chúng ta muốn nói , sao cho , trong đó là một số nguyên. Điều kiện này được xác định duy nhất. Dư lượng còn được gọi là dư lượng modulo . Chúng tôi biểu thị tổng của chúng bằng .
Có thể thu được so sánh theo một modulo bằng cách thêm và biến, nếu (mod ), (mod ), thì (mod ), (mod ). Điều này rất dễ dàng để kiểm tra trực tiếp. Nếu và chia hết cho thì tổng của chúng chia hết cho , cũng như biểu thức
Trong ngôn ngữ của số dư, điều này có nghĩa là phần còn lại của tổng chỉ phụ thuộc vào số dư và và trùng với phần còn lại của số ; tương tự, số dư chỉ phụ thuộc vào và và bằng số dư . Kết quả là, các phép toán phát sinh trong tập hợp sẽ được gọi là modulo cộng và nhân tương ứng (hoặc phép cộng và nhân trong -arthmetic).
Vì vậy, để thực hiện một trong các thao tác này trên , bạn cần thực hiện các thao tác này theo nghĩa thông thường và lấy phần dư khi chia kết quả cho . Phép trừ trong (phần còn lại của chênh lệch thông thường) được định nghĩa theo cách tương tự. Người ta ngay lập tức xác minh rằng trong phép trừ -phép thuật là tác dụng nghịch đảo của phép cộng, nghĩa là
(bằng chứng).
Lưu ý rằng
Bài toán 4. Lập bảng cộng, nhân và trừ trong -phù hợp, lấy bảng 2 làm ví dụ.
Trong lý thuyết so sánh, một modulo đơn giản chiếm một vị trí đặc biệt. Một trong những sự thật có thể thay thế nhất cho trường hợp này là trong phép chia -phép thuật ( là số nguyên tố) cho luôn là duy nhất. Hãy thể hiện nó.
Chúng tôi định nghĩa phép chia là nghịch đảo của phép nhân, nghĩa là trong nếu .
6
Rõ ràng là trường hợp phải được loại trừ, vì cho mọi . Hãy để . Khoảng cách giữa tất cả các phần tử của biểu mẫu , . Hãy để chúng tôi chỉ ra rằng đối với các khác nhau thì các phần tử này là khác nhau, nghĩa là nếu thì không chia hết cho . Thật vậy, cả và đều không chia hết cho . Điều này có nghĩa là tập hợp chứa phần tử khác nhau và do đó trùng với .
Do đó, với mỗi cũng có một giá trị duy nhất mà .
Kết quả thu được có thể được định dạng lại như sau: so sánh (mod ) với (mod ) có lời giải và tất cả lời giải đều có thể so sánh được theo modulo .
Bài toán 5. Lập bảng chia theo số học 5.
Bài toán 6. Chứng minh rằng nếu tất cả các phần tử của đều chia hết cho thì và là nguyên tố cùng nhau (có thể ước chung nhất của chúng là ). Cụ thể, nếu luôn chia hết cho các phần tử khác 0 thì là số nguyên tố.
Bài toán 7. Đặt chữ số cuối cùng là số âm của 0, 2 và 5. Sau đó, với bất kỳ chữ số nào , bạn có thể chỉ định một số được tạo trên và có chữ số đã cho là chữ số cuối cùng.
Theo Định lý nhỏ Fermat, trong cho , tương đương với phép so sánh (mod ) cho , không chia hết cho . Euler lưu ý rằng định lý Fermat có thể được khái quát hóa cho trường hợp hợp số . Cho nguyên tố cùng nhau với . Cũng giống như đối với đơn giản, nó cho thấy rằng đối với mới chia hết cho . Đặt là số mũ nhỏ nhất có các tính chất này; người ta thường nói rằng thuộc về số mũ modulo .
Định lý Fermat-Euler. Giả sử nguyên tố cùng nhau với . Sau đó (mod ), (2)
thực phẩm là số phần tử trong nguyên tố cùng nhau đến .
Đại lượng được gọi là hàm Euler (Bảng 3).
Bằng chứng lặp lại chính xác cách suy luận về số nguyên tố . Chúng ta cần viết lên các thẻ các số nguyên tố cùng nhau với và nhỏ hơn , sau đó ở mỗi bước, cùng với một trong các thẻ còn lại có số , chúng ta sẽ chọn các thẻ ghi phần dư của phép chia cho . Trong trường hợp này, ở mỗi bước, chính xác thẻ sẽ được chọn và kết quả là phải được chia cho .
Hãy xem xét những gì bạn có thể nói dựa trên định lý Fermat-Euler về chu kỳ của phân số và về tiêu chí chia hết cho , trong đó là hợp số.
Tính toán hàm Euler
Hãy phân tích thành thừa số nguyên tố: . Khi đó là số số tự nhiên không chia hết cho một trong các số nguyên tố . Sẽ thuận tiện hơn cho chúng ta khi đánh giá một biểu thức tổng quát hơn . Cho và là ước nguyên tố cùng nhau của và thì số chia hết cho nhưng cùng nguyên tố với . Sau đó .
Nếu thì (tại sao?). Rõ ràng hơn nữa rằng là số lượng các số
Bảng 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1 1 2 2 4 2 6 4 6 4 10 4 12
8
hợp lệ cho đa thức bậc nhiều nhất . Hãy để thêm thỏa mãn sự so sánh . Hãy biểu thị dưới dạng , trong đó là đa thức bậc và chia hết cho . Khi đó, vì chia hết cho , nên chia hết cho khi . Vì không thể chia cho , nên chia hết cho , và khi đó, theo giả thuyết quy nạp, sẽ chia hết cho với mọi . Do đó, chia hết cho với mọi .
Kết quả. Việc so sánh được đáp ứng bởi tối đa phần tử .
Theo bổ đề, chỉ cần tìm ít nhất một không thỏa mãn phép so sánh là đủ. Bạn có thể lấy .
Định lý Gauss. Hãy để . Khi đó số mũ thuộc về phần tử .
Kết quả. Đối với mọi phép chiếu của nghiệm nguyên thủy (xem Bảng 4).
Chứng minh định lý Gauss. Đặt số mũ thuộc về một số . Chúng ta hãy nhìn vào các số và số dư của chúng . Người ta đã chứng minh rằng tất cả đều khác nhau. Rõ ràng là với mọi ta có:
nghĩa là, lời giải so sánh , và theo hệ quả tất yếu từ bổ đề của lời giải kia thì không có so sánh. Đặc biệt, trong có tất cả các thặng dư thuộc số mũ . Rõ ràng, nếu và có ước chung thì , do đó không thể thuộc số mũ , và do đó số mũ có thể thuộc nhiều nhất phần tử của .
Mỗi phần tử trong số khác 0 thuộc về số mũ nào đó , là ước số của . Giả sử là ước của và số mũ thuộc phần tử của . Sau đó và cho tất cả . Theo công thức của Gauss, , do đó và, vì , phải với mọi . Định lý đã được chứng minh.
Bảng 4
| | | | | | | | | |
| :—: | :—: | :—: | :—: | :—: | :—: | :—: | :—: | :—: |
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
9
Chứng minh được đưa ra là một chứng minh tồn tại điển hình. Nó chứng minh sự tồn tại của phần tử thuộc chứng minh , cụ thể là, nghiệm dạng dương vật, nhưng không thực hiện một cấu trúc rõ ràng.
Các nghiệm nguyên hàm không chỉ tồn tại ở số nguyên tố. Có thể chứng minh rằng chúng tồn tại đối với các số 2, 4, , , trong đó là số nguyên tố lẻ và chỉ dành cho chúng.
Chỉ mục
Việc sử dụng rễ dương vật dựa trên thực tế sau đây. Đặt là một modulo gốc hoàn chỉnh ; là số dư khi chia các số 1, cho . Khi đó tất cả đều khác biệt và tất cả đều khác 0: do đó đều là các phần tử khác 0 của . Kết quả là mọi phần tử khác 0 tương ứng với một duy nhất, trong đó (mod ); được gọi là chỉ số so với và được ký hiệu là (Bảng 5). Rõ ràng là ; , trong đó hai thao tác sau được thực hiện trong và ở bên phải trong . Vì lý do này, các chỉ số trong số học đóng vai trò tương tự như logarit; với sự trợ giúp của chúng, phép nhân và phép chia có các tính chất như phép cộng và phép nhân. Sách giáo khoa về lý thuyết số cung cấp các bảng chi tiết về chỉ số, và giống như trong bảng logarit, cả hai bảng xác định chỉ số theo phần tử và bảng xác định phần tử theo chỉ số đều được đưa ra.
Bài 9. Tạo bảng chỉ số trong số học 5.
Chúng ta sẽ giới hạn ở một ví dụ về việc sử dụng chỉ mục. Hãy xem xét so sánh (mod ), . Câu hỏi về khả năng giải quyết của nó có thể được nghiên cứu trực tiếp, nhưng nếu chúng ta đi đến các chỉ số, chúng ta sẽ có được sự so sánh ở cấp độ đầu tiên đối với : (mod ), . Vì có sự tương ứng một-một giữa phần dư và chỉ số khác 0, nên sự tương ứng tương tự tồn tại giữa nghiệm khác 0 của phép so sánh đầu tiên và nghiệm của phép so sánh thứ hai.
Nhiệm vụ 10. Chứng minh rằng phép so sánh (mod ), là chế độ giải được duy nhất và chế độ molko khi và nguyên tố cùng nhau.
Gợi ý. Sử dụng nhiệm vụ 6.
Các chỉ số trong số học phụ thuộc vào việc chọn căn thức dương vật . Tuy nhiên, ước số tổng quát nhất không phụ thuộc vào , như sau trong gendinia sau đây.
Bài tập 11. Chứng minh rằng chúng ta có sự tương ứng , trong đó là số mũ đảm nhận ( ≡ 1 (mod )).
Sự tương ứng thu được giúp bạn dễ dàng tìm thấy theo chỉ mục . Đặc biệt, khi biết chỉ số 10, trong số học người ta có thể tìm thấy dấu chấm mà không cần viết rõ ràng phần thập phân.
10
LUẬT JOULE-LENZ
V. A. Fabricant
Sự nóng lên của dây dẫn khi có dòng điện chạy qua là một trong những hiệu ứng có liên quan nhất. Tuy nhiên, phân tích kỹ hơn về cơ chế xuất hiện của cơ thể Joule cho thấy ở đây không phải mọi thứ đều đơn giản như vậy.
Bài viết bàn về hiện tượng liên quan đến hiệu ứng Joule-Lenz. Trong plasma phóng điện ở dạng khí, hai nhiệt độ có thể tồn tại trong cùng một thể tích, được xác định rõ ràng hàng trăm lần. Plasma như vậy là hỗn hợp của hai loại khí có nhiệt độ khác nhau rõ rệt. Những nhiệt độ này không thể bằng nhau do điện trường chỉ làm nóng một trong các chất khí và có một “lớp áo lông thú” đáng tin cậy giữa các chất khí.
Kỹ sư tính toán truyền tải điện tuyến tính đường dài và kỹ sư tạo ra lò điện mạnh có quan điểm hoàn toàn trái ngược nhau về thân Joule được giải phóng trong dây dẫn khi dòng điện chạy qua. Đầu tiên, điều này có tác hại, buộc bạn phải tăng điện áp và mơ về một sợi cáp siêu dẫn; thứ hai, đó là một tác dụng hữu ích cho phép người ta giải quyết các vấn đề kỹ thuật khó khăn. Tuy nhiên, họ đồng ý rằng hiệu ứng mùa xuân này là quan trọng.
Định luật làm nóng dây dẫn bằng dòng điện lần đầu tiên được thiết lập bằng thực nghiệm vào năm 1841-42. của nhà vật lý người Anh James Joule và, độc lập với ông, muộn hơn một chút (năm 1842-43), nhưng với độ chính xác cao hơn nhiều, bởi học giả St. Petersburg Emilius Christanovich Lenz.
Bắt đầu nghiên cứu sự giải phóng của một vật thể khi có dòng điện chạy qua, Joule bắt đầu quan tâm đến một vấn đề tổng quát hơn - sự biến đổi năng lượng. Đặc biệt, ông đã tiến hành chuyển đổi công việc thành Tello, sử dụng dòng điện làm liên kết trung gian *).
Trong những thí nghiệm đầu tiên của mình, Joule đã chế tạo một thiết bị khá đơn giản, bao gồm một bình thủy tinh chứa đầy nước, trong đó một ống thủy tinh có dây dẫn quấn quanh và hạ nhiệt kế đo nhiệt độ của nước xuống. Nguồn năng lượng điện là pin của các tế bào điện. Sự gia tăng nhiệt độ nước trong một khoảng thời gian nhất định trong quá trình dòng điện đi qua đã được đo.
Sau khi thiết lập các định luật cơ bản về làm nóng dây dẫn trong quá trình dòng điện chạy qua, Joule đi đến kết luận rằng hiệu ứng này sẽ phát sinh do tính dẫn nhiệt. Theo giả thuyết của ông, vật thể được giải phóng trong pin điện, hệ quả của tính dẫn nhiệt, sẽ lan dọc theo dây dẫn và làm nóng nó.
*) Trên đường đi, Joule đã đi đến kết luận rằng động cơ điện sẽ không thể cạnh tranh với động cơ hơi nước do chi phí tạo ra dòng điện cao! Kết luận vào giữa thế kỷ 19 là khá hợp lý.
11
Để kiểm tra giả thuyết này, Joule đã chế tạo một thiết bị phức tạp hơn cho thành phố. Thay vì sử dụng pin điện, thiết bị này sử dụng một máy phát điện cảm ứng có bộ trạng thái dưới dạng nam châm điện cực mạnh để tạo ra dòng điện, giữa các cực của nó có một rôto quay ở trạng thái nước. Độ nóng của nước được đo khi cuộn dây rôto đóng và mở. Sự chênh lệch nhiệt độ rất cao này là do hiệu ứng nhiệt của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rôto. Joule bị thuyết phục về sự sai lầm trong giả thuyết của ông về vai trò của tính dẫn nhiệt và khi SEL tìm ra nguồn chính xác của hiện tượng này là sự nóng lên của dây dẫn *).
Thiết lập định luật giải phóng nhiệt chính xác trong quá trình dòng điện chạy qua không phải là một nhiệm vụ thực nghiệm đơn giản đối với một nhà vật lý vào nửa đầu thế kỷ 19. E. H. Lenz đã tiếp cận lời giải điều này bài toán một cách hết sức cẩn thận với tư cách là một nhà thí nghiệm hạng nhất. Ông bắt đầu bằng việc tạo ra các dụng cụ đo lường mới và hiệu chỉnh chúng, việc này đòi hỏi rất nhiều công sức.
Đặc biệt, để đo dòng điện, ông đã chế tạo cái gọi là máy đa điểm - một thiết bị trong đó dòng điện đo được đi qua một cuộn dây đứng yên gồm nhiều vòng dây. Một kim nam châm được treo ở giữa cuộn dây. Sự quay của mũi tên gắn liền với cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây. Trước khi có bộ ghép hình, các thiết bị có cuộn dây gồm một vòng đã được sử dụng. Rõ ràng là độ nhạy của nhiều loại cao hơn nhiều.
Một đặc tính khó chịu của nhiều loại là kim nam châm ở gần vị trí cân bằng
*) Việc làm nóng nước khi rôto quay với cuộn dây hở rõ ràng đã thúc đẩy Joule nảy ra ý tưởng về thiết bị nổi tiếng của mình để xác định nhiệt lượng cơ học tương đương. Kinh nghiệm của Joule với thiết bị này đóng một vai trò lớn trong việc chứng minh định luật bảo toàn năng lượng. Vì vậy, đơn vị sóng năng lượng xứng đáng mang tên ông.
13
Vai trò của định luật bảo toàn
Trong cách suy diễn có vẻ trơn tru của công thức Joule-Lenz, có một chỗ không rõ ràng lắm. Tại sao một electron khi va chạm lại tỏa ra năng lượng cho nguyên tử đúng bằng năng lượng tăng thêm thu được trong điện trường?
Chúng ta hãy xem xét câu hỏi này kỹ hơn.
Đối với lời giải bất kỳ bài toán vật lý nào, chúng ta phải nhớ các định luật bảo toàn cấu trúc. Theo định luật bảo toàn động lượng và năng lượng, một electron trong quá trình va chạm phải nhường một phần động năng nhất định cho sóng nguyên tử. Người ta không rõ tại sao phần động năng tổng cộng này của electron lại đúng bằng năng lượng bổ sung của electron thu được trong điện trường.
Chúng ta sẽ giả sử rằng các electron và nguyên tử va chạm nhau như những quả bóng đàn hồi.
Hãy tính phần tổng động năng mà một electron sẽ cung cấp cho nguyên tử ở giai đoạn trung tâm (Hình 2, a).
Để electron chuyển động với tốc độ trước khi va chạm và để nguyên tử kết thúc. Chúng ta hãy biểu thị tốc độ của electron sau va chạm là và tốc độ của nguyên tử là . Khi đó, theo định luật bảo toàn động lượng:
(6)
Trước lễ kỷ niệm Sau lễ kỷ niệm
Cơm. 2.
và theo định luật bảo toàn năng lượng:
(7)
Từ hai phương trình này ta có:
(8)
Vì , có thể bị bỏ qua làm mẫu số so với . Sau đó:
(9)
Với các tác động không tập trung (Hình 2, b), nguyên tử sẽ nhận được một phần năng lượng điện tử ban đầu nhỏ hơn. Khi một electron bay tiếp tuyến với nguyên tử “bề mặt” (Hình 2, c), năng lượng truyền đi sẽ bằng không. Phần năng lượng trung bình được định nghĩa bằng một nửa phần tối đa và bằng 0, nói cách khác, nó bằng một nửa phần tối đa. Vì vậy, năng lượng trung bình mà nguyên tử nhận được từ electron trong mỗi va chạm bằng
(10)
Vì có thứ tự - , nên electron chỉ có thể tạo ra một phần không đáng kể tác động của nó lên nguyên tử. Điều này tạo ra một loại “áo khoác lông” gắn liền với sự trao đổi năng lượng giữa các electron và nguyên tử.
Từ tính thuận nghịch của các va chạm đàn hồi theo thời gian, suy ra rằng một nguyên tử va chạm với một electron chỉ có thể truyền cho electron một phần nhỏ động năng ban đầu của nó. Không khó để kiểm chứng điều này bằng một phép tính đơn giản.
Một cách khác để tính jun của một vật
Không chỉ các electron tự do chuyển động trong chất dẫn điện mà cả các nguyên tử cũng thực hiện dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng.
14
Sự va chạm phải được xem xét giữa hai nhóm hạt chuyển động.
Trong một số va chạm, các electron tách một phần năng lượng của chúng ra khỏi nguyên tử; ngược lại, ở những nơi khác, các nguyên tử tách một phần năng lượng của chúng khỏi các electron. Nhờ tác động của điện trường, các electron liên tục được “làm nóng”, nhận thêm năng lượng. Kết quả là khí electron có nhiệt độ cao hơn một chút so với nhiệt độ của nguyên tử . Trung bình, các electron giải phóng nhiều năng lượng từ các nguyên tử hơn mức chúng nhận được từ chúng.
Như đã chỉ ra, với mỗi va chạm, electron có thể tách động năng của nó. Điều tương tự cũng áp dụng cho các nguyên tử.
Chúng ta hãy sử dụng biểu thức thông thường cho năng lượng trung bình của hạt theo nhiệt độ. Sau đó
Dòng năng lượng quyết định sự nóng lên của các nguyên tử bằng hiệu giữa hai dòng năng lượng - dòng năng lượng từ electron sang nguyên tử và dòng từ nguyên tử sang electron. Rõ ràng là dòng năng lượng tổng hợp này phải tỷ lệ thuận với số lượng electron va chạm với nguyên tử , hệ số truyền năng lượng và độ chênh lệch năng lượng trung bình của electron và nguyên tử .
Tính toán chặt chẽ cho thấy rằng không cần nhập bất kỳ hệ số số nào vào biểu thức cuối cùng cho dòng năng lượng thu được, nghĩa là
Trong công thức (11) là nhiệt Joule, nhưng ở đây nó được biểu thị khác với công thức (3).
Khi không có điện trường ngoài thì tồn tại giữa các electron và nguyên tử. Nhiệt độ của electron bằng nhiệt độ của nguyên tử.
Ở trạng thái cân bằng nhiệt (), dòng năng lượng thu được sẽ bằng không. Tác dụng của điện trường lên các electron gây ra sự vi phạm trạng thái cân bằng nhiệt này.
Bằng cách đánh đồng vế phải của các đẳng thức (3) và (11) (chúng ta có thể làm điều này vì chúng biểu thị cùng một đại lượng):
Từ đây, về sự khác biệt giữa nhiệt độ electron và nguyên tử, chúng ta thu được:
Do đó, do tác động của điện trường, một sự chênh lệch nhiệt độ nhất định được thiết lập. Chúng ta thấy rằng sự khác biệt này tỷ lệ thuận với tỷ lệ khối lượng .
Trường hợp này bù cho tỷ lệ nghịch đảo khối lượng trong công thức (10) và làm cho đạo hàm ban đầu của công thức Joule-Lenz, trong đó hoàn toàn không xuất hiện, trở thành một định luật.
Cần lưu ý rằng trong thời điểm đầu tiên sau khi đặt một điện trường vào dây dẫn, đẳng thức (12) không được thỏa mãn. Năng lượng mà các electron nhận được từ điện trường đôi khi vượt quá năng lượng mà các electron cung cấp cho nguyên tử. Kết quả là, phát triển cực kỳ nhanh chóng, từ đó dẫn đến sự gia tăng năng lượng do các electron tỏa ra cho nguyên tử. Điều này sẽ tiếp tục, rất nhiều, cho đến khi năng lượng mà các electron nhận được từ trường và năng lượng do nguyên tử cung cấp cho chúng bằng nhau. Sau đó, các electron va chạm với nguyên tử sẽ cung cấp năng lượng cho chúng,
15
bằng động năng bổ sung thu được trong điện trường trong khoảng thời gian t giữa hai lần va chạm. Nhiệt độ điện tử ổn định đến mức xác định bằng đẳng thức (13).
Nó tạo ra hiệu ứng gần như tương tự khi sưởi ấm một ngôi nhà vào mùa đông. Tất cả nhiệt lượng tỏa ra từ hệ thống sưởi vào các phòng đều đi qua các bức tường của ngôi nhà ra đường. Nếu không, nhiệt độ trong phòng sẽ tăng lên liên tục. Hệ thống sưởi là cần thiết để duy trì sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phòng và đường phố. Độ dẫn nhiệt của tường càng thấp, nhiệt thoát ra khỏi phòng càng chậm thì càng dễ duy trì chênh lệch nhiệt độ.
Khí điện tử và các nguyên tử trong dây dẫn đại diện cho hai vật thể có nhiệt độ khác nhau, nhưng chuyển động trong cùng một thể tích, và một trong những vật thể “nói” được làm nóng bởi điện trường. Tello, như mọi khi, chuyển từ vật thể nóng hơn (electron) sang vật thể lạnh hơn (nguyên tử).
Độ dẫn điện của “bức tường” ngăn cách hai “điểm báo” này được xác định bằng hệ số đứng trước chênh lệch nhiệt độ trong công thức (11).
Chúng ta hãy ước tính sự khác biệt giữa nhiệt độ điện tử và nhiệt độ nguyên tử đối với một dây dẫn kim loại.
Thời gian t có bậc s, có bậc b/cm. Đối với chênh lệch nhiệt độ , chúng tôi thu được các giá trị theo thứ tự ° C!
Sự chênh lệch nhiệt độ không đáng kể như vậy là đủ để cung cấp dòng năng lượng thu được cần thiết, mặc dù hệ số truyền năng lượng bằng phẳng ở mỗi va chạm giữa electron và nguyên tử. Điều này được giải thích là do số lượng va chạm khổng lồ giữa các electron và nguyên tử: cỡ s.
Trong chất bán dẫn và đặc biệt là trong plasma khí, mọi thứ có thể hoàn toàn khác.
Huyết tương thần kinh
Nói đúng ra, các electron biểu diễn cổ điển mà chúng tôi sử dụng không áp dụng cho dây dẫn kim loại. Hành vi của các electron trong các dây dẫn như vậy có tính chất lượng tử thuần túy). Các khái niệm cổ điển có giá trị trong điều kiện dòng điện truyền qua chất khí (plasma khí), nhưng trong chất khí, các mối quan hệ hoàn toàn khác nhau có thể diễn ra và các định luật Ohm và Joule-Lenz thường mất đi giá trị.
Khi một dòng điện đi qua một chất khí loãng, do độ dài phân rã của electron tự do lớn nên thời gian phân rã t có thể dài hơn vài bậc độ lớn so với trong kim loại. cũng tăng theo vài bậc độ lớn.
Kết quả là nhiệt độ điện tử có thể đạt tới mười nghìn độ trong khi nhiệt độ của bản thân khí (nguyên tử) là vài trăm độ (ví dụ, trong đèn huỳnh quang hoặc đèn quảng cáo). Kết quả là hỗn hợp hai loại khí có nhiệt độ khác nhau gấp mười, thậm chí hàng trăm lần. Không thể nói về bất kỳ trạng thái cân bằng nhiệt nào trong những điều kiện như vậy. Huyết tương như vậy được gọi là không cân bằng.
Rõ ràng là độ nhỏ của tỷ lệ tạo điều kiện cho việc thiết lập chênh lệch nhiệt độ lớn hơn giữa các electron và nguyên tử của plasma không cân bằng.
Trong điều kiện phóng điện khí ở áp suất thấp, định luật Ohm bị vi phạm, vì m và phụ thuộc vào . Do năng lượng của electron cao hơn, không chỉ có thể xảy ra va chạm đàn hồi mà còn có thể xảy ra va chạm không đàn hồi của electron với nguyên tử. Trong va chạm không đàn hồi, động năng của electron được chuyển hóa thành nội năng của nguyên tử.
Xem bài viết của D. A. Frank·Kamenetsky “Điện trở là một hiện tượng lượng tử” («Kvant» Số 9, 1970).
Cơm. 3.
Các nguyên tử trở nên bị kích thích và bắt đầu phát ra ánh sáng, điều này giải thích sự phát sáng của đèn phóng điện trong khí. Thậm chí có thể đánh bật các electron bên trong (sự không hóa của các nguyên tử), dẫn đến sự gia tăng . Trong mỗi va chạm không đàn hồi, electron mất năng lượng nhiều hơn so với va chạm đàn hồi. Nhiệt Joule chỉ là một phần của tổng công suất hiện tại. Đôi khi nhiệt Joule thậm chí còn nhỏ không đáng kể so với .
Rõ ràng là trong những trường hợp như vậy, công thức Joule-Lenz không thể áp dụng được và đẳng thức (12) không được thỏa mãn.
Cuối cùng, trong một số thiết bị phóng điện dòng điện cao được tạo ra nhằm mục đích thu được các phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát, mối quan hệ nhiệt độ nghịch đảo xảy ra (Hình 3). Nhiệt độ của nguyên tử (chính xác hơn là các ion) hóa ra cao hơn nhiệt độ của electron. Dòng năng lượng thu được chảy theo hướng ngược lại - từ nguyên tử đến electron. Trong những điều kiện này, các electron không làm nóng mà làm nguội các nguyên tử.
TRẬN CHIẾN TOÁN HỌC
Dưới đây là bài toán, được đề xuất tại một cuộc thi toán học được tổ chức trong một cuộc tập hợp sinh viên từ một trường vật lý và toán học ở Leningrad vào ngày 7 tháng 1 năm 1972 (các quy tắc của nó được mô tả trong bài viết ở trang 71.)
-
Tìm các số nguyên và sao cho .
-
Chứng minh rằng từ 1972 số nguyên bất kỳ có thể chọn đúng 972 có tổng chia hết cho 972.
-
Có thể tô màu các điểm trong không gian ba chiều bằng ba màu sao cho không có một đoạn nào được sơn hoàn toàn bằng một màu không?
-
Chứng minh rằng tích của tất cả các số từ đến chia hết cho và không chia hết cho .
-
Xây dựng một đường tròn chia ba đường tròn đã cho thành hai phần bằng nhau.
-
Trong số các lượng giác của một diện tích cho trước, hãy tìm tam giác có tổng trung bình tương đối lớn nhất của các đường phân giác tương ứng.
-
Vé có một số có sáu chữ số. Một vé được gọi là vé Polingrad thường xuyên nếu tổng của ba chữ số đầu tiên bằng tổng của ba chữ số cuối. Một vé được gọi là chasty ở Vyshbor nếu số của nó chia hết cho 11. Vé nào lớn hơn: chasty ở Leningrad hay ở Vyshbor?
-
Có thể xếp mặt phẳng của một hình tứ giác bằng hình đã cho không?
-
Có thể thu được một hình ngũ giác đều bằng cách sử dụng mặt phẳng của hình lập phương không?
18
Vô thời hạn, từ định nghĩa của tích phân, suy ra rằng hàm tích là tích phân của hàm số . Cụ thể, diện tích toàn bộ đồ thị con của hàm bằng . Công thức dẫn xuất cho đồ thị con cho thấy ý nghĩa hình học của tích phân: tích phân của hàm không âm là diện tích đồ thị con của hàm này. Đây là cơ sở để sử dụng tích phân để tính diện tích.
Ví dụ: chúng ta hãy tìm diện tích của hàm số bị cắt khỏi các parabol của đường thẳng .
Parabol và đường thẳng cắt nhau tại các điểm có tọa độ (0, 1) và (2, 5) được tìm thấy dưới dạng lời giải hệ phương trình , .
Diện tích yêu cầu (Hình 6) bằng hiệu giữa diện tích của các đồ thị con của hàm và , được xác định trên khoảng [0, 2]:
Nói chung, nếu đồ thị của hàm và cắt nhau tại các điểm có hoành độ và và với tất cả các số của đoạn thì bất đẳng thức được thỏa mãn, thì diện tích của hàm nằm giữa các đồ thị con này (Hình 7) bằng .
Bài tập 1. a) Tính diện tích đồ thị con của hàm trên đoạn [0,1].
b) Tính diện tích giới hạn bởi vòm xoang và trục hoành (Hình 8).
- Khối lượng cơ thể quay
Giả sử rằng đồ thị con của hàm không âm , xác định trên đoạn , quay quanh trục x. Chúng ta hãy liên kết từng đoạn chứa trong đoạn với số —thể tích của phần vật thể quay được bao bọc giữa các mặt phẳng và (Hình 9).
Chúng ta thu được hàm khoảng cộng .
Từ Hình 9, rõ ràng phần được chọn của vật quay chứa một hình trụ tròn thẳng, chiều cao của nó là đoạn , bán kính đáy là và được chứa trong một hình trụ có cùng chiều cao và bán kính đáy . Vì thể tích của các hình trụ này lần lượt bằng và nên
Nhưng là giá trị nhỏ nhất của hàm trên đoạn và là giá trị lớn nhất của hàm trên đoạn này. Do đó, là tích phân của hàm này nên thể tích của toàn bộ vật quay bằng
Ví dụ: hãy tính thể tích của hình nón tròn bên phải và thể tích của hình cầu.
Một hình nón tròn nguyên thủy có chiều cao có thể được coi là kết quả của phép quay đồ thị con của hàm tuyến tính được xác định trên đoạn (Hình 10). Nếu bán kính đáy của hình nón là thì
Ở đâu
Cơm. 9.
Cơm. 10.
20
§ 2. ỨNG DỤNG VẬT LÝ
TÍCH HỢP
Để kết luận, chúng tôi đưa ra một số ví dụ về ứng dụng tích phân trong các bài toán vật lý.
Bài 1. Hãy tìm tương tác tĩnh giữa một chất điểm có khối lượng m nằm trên cùng một đường thẳng với một thanh đồng chất có chiều dài l và khối lượng M. Khoảng cách từ điểm đó đến đầu gần nhất của thanh là c.
Tất nhiên, bạn biết định luật vạn vật hấp dẫn, trong đó phát biểu rằng lực tương tác hấp dẫn giữa hai khối lượng chính xác tỷ lệ thuận với tích của các khối lượng này và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Tuy nhiên, trong trường hợp của chúng tôi, một trong những tương tác khối lượng là không chính xác.
Nếu thanh được chia thành nhiều phần thì tổng lực tương tác của các phần này với khối lượng m bằng lực tương tác của toàn bộ thanh với khối lượng này. Nói chung, các nhà vật lý viết thêm: “chia thanh thành những đoạn rất nhỏ có chiều dài Δx. Một lực tác dụng lên một đoạn nằm cách điểm m một khoảng x thì tổng các lực này bằng…”
Hãy để chúng tôi chỉ ra cách người ta có thể xây dựng cách giải tích chặt chẽ như vậy và sử dụng định nghĩa của chúng tôi về tích phân.
Chúng ta hãy biến đường thẳng mà thanh và điểm nằm trên đó thành một tham chiếu số bằng cách chọn điểm bắt đầu là điểm mà tại đó khối lượng m được đặt và hướng trục sao cho thanh nằm trên dải dương. Khi đó thanh sẽ đi vào đoạn của trục này. Đối với mỗi đoạn chứa trong đoạn , chúng ta gán một số F —độ lớn của lực tương tác giữa đoạn này của thanh và khối lượng m. Rõ ràng F là hàm cộng của khoảng. Rõ ràng lực này sẽ tăng nếu tổng khối lượng của đoạn , bằng , tập trung ở đầu a của đoạn này gần với khối lượng m, và sẽ giảm nếu khối lượng này tập trung tại điểm b. Nhưng trong mọi trường hợp, chúng ta sẽ đi đến sự tương tác của hai khối lượng chính xác. Trong trường hợp đầu tiên, lực tương tác bằng , trong trường hợp thứ hai . Vì vậy, .
Nhưng .
Do đó, hàm cộng của khoảng là tích phân của hàm . Toàn bộ lực hấp dẫn giữa thanh và điểm bằng
Bạn biết rằng lực hấp dẫn cũng được tính theo định luật vạn vật hấp dẫn. Bằng chứng có giá trị đối với khối lượng cầu có cùng công thức với khối lượng chính xác, tiếp theo đối với Newton là một trong những điểm hướng tới việc tạo ra số nguyên.
Bài 2. Tìm động năng của một đĩa đồng chất có bán kính R và khối lượng M đang chuyển động với vận tốc góc w không đổi với các vận tốc, đi qua tâm đĩa và vuông góc với mặt phẳng của nó.
Động năng của một điểm chuyển động phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ. Mặc dù đĩa được xử lý liên tục
22
ĐỘ CAO NÚI
VÀ CƠ BẢN
hằng số vật lý
Đoạn trích này được lấy từ bài giảng của nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng W. Weisskopf tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) vào năm 1969. Bài giảng có tên “Vật lý hiện đại trong cách trình bày cơ bản”. Nó đã được xuất bản đầy đủ trên tạp chí “Những tiến bộ trong khoa học vật lý”, tập 103, số 1. 1, 1971.
Bản dịch của V. I. Rydnik.
Chúng ta biết rằng trên Trái đất có cả núi cao và núi thấp. Nhưng tại sao ngọn núi cao nhất (Chomolungma) chỉ cao khoảng 10 km? Tại sao không, nói, năm mươi lần nữa?
Trong quá trình hình thành núi và phong hóa, các ngọn núi bị phá hủy và nhiều ngọn núi “mất đi” chiều cao. Tuy nhiên, điều đó có nghĩa là gì khi có một “giới hạn” trên đối với chiều cao của chúng ở mức 10 km = 10⁶ cm? Hóa ra giá trị này được xác định bởi chính sự tồn tại vật lý của chất rắn trong đá. Nó cũng liên quan đến những đại lượng như gia tốc trọng trường và số lượng proton và neutron trong vật chất của Trái đất, xấp xỉ 3·10⁵¹.
Vậy tại sao núi không thể mọc cao như ý muốn? Nếu một ngọn núi trở nên quá cao, nó sẽ bắt đầu “chìm” vào lớp vỏ trái đất bên dưới nó, vì các chất tạo nên lớp vỏ trái đất - đá granit, thạch anh, silicon dioxide - không đủ mạnh để “giữ” một ngọn núi có chiều cao lớn hơn giới hạn xác định. Sức nặng của một ngọn núi như vậy hóa ra lại lớn đến mức nó sẽ làm gián đoạn hướng liên lạc giữa
với các nguyên tử của đá, do đó đá sẽ tan chảy, trở thành chất lỏng và có thể lan sang hai bên. Điều này khiến ngọn núi bị chìm xuống. Khi ngọn núi chìm vào vỏ trái đất, một phần thế năng của ngọn núi được giải phóng vào trường hấp dẫn của trái đất. Sự dư thừa này biến thành năng lượng “đốt cháy” tảng đá.
Gọi chiều cao ban đầu của ngọn núi là h và ngọn núi giảm xuống độ cao x (xem Hình 1; các đường nét liền và nét đứt thể hiện vị trí ban đầu và cuối cùng của ngọn núi). Ta lấy khối lượng của ngọn núi là M.
Như đã đề cập, sự giảm thế năng của một ngọn núi trong trường hấp dẫn của trái đất bằng với năng lượng “đốt cháy” khối lượng của ngọn núi chứa trong thể tích chiều cao x, tức là.
hoặc
Trong đó n là số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích của ngọn núi, S là diện tích chân núi, là năng lượng “cháy” (tức là ẩn nhiệt của phản ứng tổng hợp) trên một phân tử, là gia tốc trọng trường.
24
khối lượng theo giờ trên bề mặt Trái đất và khối lượng Trái đất bằng
trong đó là bán kính Trái đất, là ranh giới không đổi. Từ đây
Nếu không yêu cầu độ chính xác cao thì các giá trị và có thể được biểu thị thông qua số lượng nucleon trong thành phần của Trái đất. Lớp vỏ Trái đất được cấu tạo chủ yếu từ SiO () và lõi của nó được cấu tạo chủ yếu từ sắt (). Hai chất này có trọng lượng nguyên tử xấp xỉ nhau nên có cùng kích thước nguyên tử. Nếu coi bán kính nguyên tử bằng thì thể tích Trái Đất sẽ bằng
Ở đâu
Thay thế điều này vào biểu thức (5), chúng ta nhận được
Bán kính nguyên tử của chất rắn gần đúng bằng , trong đó là bán kính của nguyên tử hydro và giá trị của hệ số nằm trong khoảng 1–4. Như vậy,
Trong biểu thức này, hằng số không phổ quát là số nucleon trong thành phần của Trái đất *).
*) Khi đánh giá chiều cao của các ngọn núi trên các hành tinh khác, các giá trị và không thể được coi là phổ quát, vì thành phần của các nguyên tố trong đá hình thành nên các hành tinh này có thể khác với thành phần của Trái đất. (Lời khuyên của người dịch.)
BÀI TOÁN HÌNH HỌC
Chứng minh rằng tổng các khoảng cách (trong hình CE + CF) từ một đỉnh (C) bất kỳ của tam giác đến các điểm tiếp xúc của các đường tròn ngoại hình tính từ cạnh bên,
đi qua đỉnh này bằng tam giác ().
S. N. Fedin
VỀ ĐIỆN
Ở Glasgow (Scotland) và Moscow có một giai thoại mà người Anh cho là của nhà vật lý nổi tiếng người Anh Lord Kelvin, còn người Moscow thì cho là của giáo sư Nikolai Alekseevich Umov của Đại học Moscow.
Trong kỳ thi, Umov, Jacob hỏi học sinh: “Điện là gì?” Suy nghĩ hồi lâu, cậu sinh viên trả lời: “Xin lỗi giáo sư, em quên mất. Sáng nay em làm rồi, bây giờ em quên mất.”
“Đây, các quý ông,” Umov nói với các sinh viên khác, “là bi kịch lớn nhất của vật lý thế kỷ 19: người duy nhất trên thế giới biết điện là gì, và thậm chí anh ta còn quên mất!”
25
SỰ KẾT THÚC
V. I. Kaplun, V. G. Leibovich, E. L. Papernov
Đo bảy lần - cắt một lần
Hãy tưởng tượng rằng bạn muốn lát sàn phòng tắm bằng gạch hoặc lát sàn gỗ chung trong phòng. Trong trường hợp này, điều kiện duy nhất được đặt ra: gạch (sàn gỗ) phải giống nhau. Điều đầu tiên bạn nghĩ đến là cố gắng làm sàn gỗ từ các hình đa giác thông thường. Bạn có thể đọc về những tấm sàn như vậy trong bài viết của A. N. Kolmogorov “Sàn gỗ từ các đa giác thông thường” *, trong đó các tấm sàn vô tận được xem xét, tức là các viên gạch bao phủ toàn bộ mặt phẳng. Việc di chuyển đến những khu vực hạn chế (chẳng hạn như một căn phòng) sẽ dẫn đến những biến chứng đáng kể.
Bài toán 1. Chứng minh rằng không thể lát một căn phòng hình chữ nhật bằng những hình tam giác hoặc hình lục giác đều.
Bài 2. Lấy ví dụ về một căn phòng hình chữ nhật, tủ có ngăn kéo không thể thay thế bằng bất kỳ viên gạch hình vuông nào.
Như bạn có thể thấy, chúng ta không thể làm gì nếu không có số liệu “sai”. Họ thường làm bài toán khá đơn giản. Ví dụ: không khó để chọn một viên gạch hình chữ nhật có thể được sử dụng để lát một căn phòng hình chữ nhật nhất định (Hình 1). Sau này chúng tôi đã học được cách đóng băng
*) Xem «Kvant», số 3, 1970.
lắp đặt sàn gỗ ở nhiều khu vực khác nhau. Đồng thời, chúng tôi sẽ chỉ sử dụng sàn gỗ đa giác và luôn yêu cầu rằng trong từng trường hợp cụ thể, chúng đều giống nhau. Lưu ý rằng nếu chúng tôi phủ một hình nhất định bằng sàn gỗ, chúng tôi đồng thời chia nó thành các đa giác—các ô—với các đoạn thẳng. Vì vậy, sau này chúng ta sẽ thường xuyên sử dụng từ “phá” và “cắt”. Để thuận tiện cho việc trình bày, chúng tôi sẽ đưa ra một ý nghĩa đặc biệt cho từ “cắt”: đây là một cách phân chia trong đó ranh giới của các viên gạch tạo thành các đoạn cắt khu vực của chúng ta “xuyên suốt”. Hình 2 hiển thị ví dụ về phân vùng không phải là phần cắt và Hình 3 hiển thị ví dụ về phần cắt.
Bây giờ chúng ta hãy xem cách bạn có thể cắt một hình chữ nhật thành các hình tam giác bằng nhau. Đây sẽ là một trong những bài toán chính của chúng tôi. Ví dụ, bằng cách vẽ một đường chéo, chúng ta cắt hình chữ nhật thành hai hình tam giác bằng nhau.
Bài 3. Chứng minh rằng một hình chữ nhật tùy ý có thể cắt thành số nguyên hình tam giác bất kỳ.
Một câu hỏi tự nhiên được đặt ra: có thể cắt một hình chữ nhật thành một số lẻ các hình tam giác bằng nhau không? Đáp số câu hỏi này sẽ dựa trên các kết quả tổng quát hơn mà chúng tôi
26
Chúng ta hãy chứng minh một định lý về việc cắt các vùng vô hạn thành các tam giác bằng nhau.
Để xây dựng nó, chúng ta cần một khái niệm quan trọng.
Giả sử có một số họ đường trên mặt phẳng. Chúng ta sẽ nói rằng họ này có một hệ hướng và nếu có thể phân biệt được một số hữu hạn đường thẳng trên mặt phẳng thì mỗi đường thẳng trong tập hợp này sẽ song song với một trong số chúng. Ví dụ: các hướng được đánh dấu màu đỏ trong Hình 4 là hướng dẫn cho tập hợp các đường thẳng được hiển thị trong hình này.
Cơm. 1.
Cơm. 2.
Cơm. 3.
Định lý chính. Cắt mặt phẳng thành các hình tam giác bằng nhau; mô hình có thể xảy ra các trường hợp sau:
-
nếu các tam giác cắt là hình chữ nhật có góc 30° thì hệ dẫn hướng thuộc họ đường thẳng cắt gồm 3, 4 hoặc 6 phần tử;
-
nếu các hình tam giác cắt là hình chữ nhật nhưng không phải là hình tam giác trong trường hợp 1 thì hệ thống dẫn hướng chỉ có thể bao gồm 3 hoặc 4 phần tử;
-
cuối cùng, nếu các hình tam giác cắt không thẳng thì chỉ có 3 thanh dẫn hướng.
Chúng ta hãy lưu ý một tính chất của các vết cắt sẽ đóng một vai trò quan trọng trong các cuộc thảo luận tiếp theo.
Giả sử có một hình tam giác tùy ý nằm trong phần cắt (ΔABC trong Hình 5). thì mỗi cạnh của tam giác này xác định một trong các đường cắt. Mỗi đường thẳng này có thêm các hình tam giác gắn liền với nó ở phía bên kia. Ví dụ, hãy xem xét cạnh AC của tam giác ABC trong Hình 5 và đường thẳng l tương ứng (nơi nó nằm trên đó). Ta xét một trong các tam giác kề AC có điểm chung với AC, khác điểm A và C (tam giác như vậy rất rộng). thì tam giác này - hãy ký hiệu là A’B’C’ - chỉ có thể chiếm hai vị trí so với ΔABC (Hình 5, a và b). Chứng minh điều này (dựa trên sự bằng nhau của các tam giác ABC và A’B’C’ và việc phân hoạch của chúng ta là
Cơm. 4.
Cơm. 5, A.
Cơm. 5, b.
Cơm. 6.
27
cắt) chúng tôi gửi đến người đọc như một bài tập dễ dàng, một sự khởi động cho những nhiệm vụ khó khăn hơn sẽ sớm diễn ra.
Bây giờ chúng ta có thể tiến hành trực tiếp đến việc chứng minh định lý. Trước tiên chúng ta hãy xem xét trường hợp 3. Đặt là một tam giác tùy ý của sàn gỗ của chúng ta (Hình 6). Với mục đích định nghĩa, hãy đặt góc của nó là lớn nhất (trong trường hợp tam giác đều hoặc tam giác đều, người ta có thể, như sẽ rõ ràng sau đây, lấy một góc tùy ý từ các góc tương ứng). Ta hãy chứng minh rằng tam giác thứ hai áp dụng cho cạnh chứa đỉnh chỉ có thể tạo thành cấu hình như ở Hình 5, (sau đây chúng ta sẽ viết đơn giản là “đính kèm như “6”). Thật vậy, vì góc lớn nhất nên . Do đó, nếu tam giác được gắn theo kiểu “a” thì không thể gắn a tam giác với cạnh bên chứa đỉnh . Chúng ta để lại chứng minh của sự kiện đơn giản này cho độc giả. Chúng ta hãy xem xét trường hợp riêng biệt.
Từ đó (đây cũng là bài toán) sàn gỗ chỉ có thể trông giống như trong Hình 7 (một số hình tam giác trên đó được sơn phủ lên để tạo độ mịn).
Hãy chuyển sang trường hợp 2. Rõ ràng, ở đây bạn có thể xây dựng sàn gỗ giống như trong trường hợp 3. Nhưng trong trường hợp này, bạn có thể xây dựng chính xác một sàn gỗ nữa (nhiệm vụ!) (xem Hình 8).
Tất nhiên, trong trường hợp 1, cả hai sàn gỗ, trường hợp 2 và một sàn gỗ khác (lại là một vấn đề!), như được hiển thị trong Hình 9, đều có thể được triển khai.
Bây giờ, khi đã có trong tay định lý về ván sàn vô hạn, chúng ta có thể xét việc cắt các hình hữu hạn.
Định lý 1. Nếu một hình vuông được cắt thành các hình tam giác bằng nhau thì các tam giác này nhất thiết phải thẳng hàng và số cent của chúng bằng nhau.
Thật vậy, một sàn gỗ hữu hạn hoặc là một phần của một trong những sàn gỗ vô hạn được mô tả trong Hình 7-9, hoặc có dạng -giác thông thường (đây là một vấn đề) (Hình 10).
Trong một căn phòng rất vuông, sàn gỗ hình tam giác chỉ có thể trông giống như trong Hình 7-9. Nhưng bản thân các cạnh của hình vuông phải là những đường thẳng cắt nên trường hợp 3 biến mất. Do đó, phân vùng bao gồm các hình tam giác vuông. (Lưu ý rằng khi các hình tam giác trong Hình 8 đều bằng nhau, chúng ta sẽ có được sàn gỗ như Hình 10.). Nếu sàn gỗ trông giống như trong Hình 7 thì trong số các đường sinh có hướng chỉ có hai đường sinh vuông góc với nhau. Chúng phải trùng với hướng của cạnh hình vuông. Trong trường hợp này, mỗi loại của tam giác cắt phải được đặt một số nguyên lần trên cạnh hình vuông. Đặt cạnh của hình vuông bằng và các loại nằm trong đó hai cặp hướng dẫn vuông góc lẫn nhau tương ứng.
Cuối cùng, chúng tôi lưu ý rằng loại sàn gỗ Hình 9 không thể được thực hiện trên một hình vuông. Điều này có thể được xác minh như sau. Cho độ dài cạnh huyền của tam giác cắt bằng thì các loại tương ứng bằng và . Nhưng nếu một số sàn gỗ thẳng như Hình 9, thì (chứng minh!) một trong các cạnh của nó bằng , và cạnh kia là , trong đó và là số nguyên. Nhưng sau đó
28
Các cạnh của hình chữ nhật không thể đo được nên không thể thu được hình vuông.
Định lý 2. Nếu một hình chữ nhật được cắt thành các hình tam giác bằng nhau thì tất cả các hình tam giác này đều là hình chữ nhật và có số phần trăm của chúng.
Chứng minh định lý này không khác gì chứng minh Định lý 1. Bạn hãy tự chứng minh nhé.
Sau khi chắc chắn rằng sàn lát gỗ cho các cột hình chữ nhật không đa dạng lắm, họ tự nhiên đặt câu hỏi: tình huống với các hình khác, chẳng hạn như hình tam giác, là gì? Rõ ràng là một tam giác đều có thể cắt thành hai tam giác bằng nhau. Còn những người khác thì sao?
Bài 4. Chứng minh nếu cắt một tam giác thành hai tam giác bằng nhau thì tam giác đó là tam giác đều.
Bài 5. Cho một tam giác tùy ý; Có thể cắt nó thành bao nhiêu hình tam giác bằng nhau?
Tuy nhiên, hình tam giác, như bạn thấy, có thể bị cắt. Bạn có thể nghĩ rằng đây là trường hợp của tất cả các đa giác.
Tuy nhiên, điều này không đúng. Bây giờ chúng ta sẽ giải quyết ví dụ đơn giản nhất về một fugue chưa cắt.
Hãy xem xét vấn đề cắt hình thang. Hình 11 cho thấy một ví dụ về hình thang có thể cắt thành các hình tam giác bằng nhau. Tuy nhiên, chúng ta hãy chứng minh rằng có những hình thang không những không thể cắt mà còn có thể chia thành các hình tam giác bằng nhau. Sự tồn tại của những hình thang như vậy dựa trên sự tồn tại của vô số đoạn thẳng. Hãy nhớ rằng các đoạn và là vô lượng nếu tỷ lệ độ dài của chúng là một số vô tỷ *). Chúng ta gọi các phân số là vô lượng lẫn nhau nếu không có nào có thể biểu diễn dưới dạng , trong đó là các số hữu tỉ ().
Chúng ta hãy lấy một hình thang có các cạnh (Hình 12), trong đó các đoạn không thể đo được lẫn nhau. Giả sử rằng nó có thể được chia thành các hình tam giác bằng nhau. Chúng ta hãy nhìn vào bên . Phân vùng của chúng tôi sẽ chia nó thành nhiều phần, mỗi phần là một trong các cạnh của tam giác phân vùng (Hình 13). Do đó, , trong đó là số nguyên không âm. Lập luận tương tự cho các cạnh còn lại của hình thang cho hệ đẳng thức
trong đó là số nguyên không âm. Chúng tôi giả định rằng việc phân vùng là khả thi. Điều này có nghĩa là, với , những đẳng thức này có thể được coi là một hệ phương trình cho và .
Bài 6. Chứng minh rằng trong trường hợp tổng quát, tính không đo được theo cặp của các số không hàm ý tính không đo được lẫn nhau của chúng.
Bài 7. Chứng minh giao điểm của ba phương trình có dạng
trong đó là số hữu tỉ.
Thay các giá trị và vào bốn phương trình, ta được
*) Trong phần tiếp theo, một đoạn và độ dài của nó được ký hiệu theo cùng một cách.
29
Bài toán 8. Chứng minh rằng đường biên có cạnh không thể chia thành các tam giác bằng nhau.
Bây giờ lấy một mảnh hình chữ nhật và dán hình trụ ra khỏi nó (Hình 14). Nếu chúng ta cắt hình trụ thu được ở một góc bất kỳ so với đáy, chúng ta sẽ có được một hình bình hành (Hình 15). Như vậy, bài toán cắt một hình trụ theo đường thẳng tương đương với việc cắt một hình bình hành. Nhưng ở đây, tình huống ở đây giống với hình chữ nhật về nhiều mặt: có thể dễ dàng cắt hình bình hành thành số chẵn, không thể cắt hình bình hành thành số lẻ các tam giác bằng nhau, và liệu nó có thể chia thành số lẻ hay không thì chưa biết. Chúng ta đã thấy rằng đối với một hình thang, khả năng phân chia có thể có liên quan đến khả năng giải được một hệ phương trình nhất định. Đối với hình bình hành, chúng ta chỉ có ba phương trình độc lập tương ứng với các đại lượng được xác định bởi hình bình hành, đó là hai cạnh và góc ở đáy. Vì vậy bài toán là có điều kiện. Điều quan trọng cần lưu ý là góc ở chân đế hoàn toàn phụ thuộc vào chúng ta và chúng ta có thể chọn nó sao cho thuận tiện cho mình.
Một hình khác có thể được dán lại với nhau từ một hình chữ nhật, dải Mobius, có những đặc tính thú vị liên quan đến việc cắt. Dải Möbius thu được nếu chúng ta dán hình chữ nhật (Hình 16) như sau: dán vào sao cho được dán vào và đến , tức là “lật lại”. Dải Mobius có một số tính chất đáng chú ý.
(Ví dụ, xem “Bách khoa toàn thư về toán tiểu học”, M., 1966, tập 5, trang 500).
Nếu chúng ta cắt một góc nhọn so với mép của bề mặt, chúng ta sẽ có được một hình thang đều (Hình 17). Trong đó góc là tùy ý và . Không khó để chọn sao cho , khi đó thực hiện sáu lần cắt chúng ta sẽ được 7 hình tam giác bằng nhau.
Bài toán 9. Chứng minh rằng dải Mobius có thể cắt thành nhiều hình tam giác bằng nhau bất kỳ.
Bây giờ người đọc đã quen với một số ý tưởng và phương pháp cắt, chúng tôi để anh ta tự mình khám phá các lý thuyết về cắt và phân vùng. Hãy để chúng tôi trình bày một số bài toán có thể có từ khu vực này.
Bài toán 10. Chứng minh rằng mọi tam giác vuông đều có thể cắt thành số lượng tam giác bất kỳ, bắt đầu từ hai, tương tự như tam giác ban đầu.
30
Cơm. 17.
Bài toán 11. Chứng minh rằng mọi tam giác đều có thể cắt thành nhiều tam giác đồng dạng bất kỳ, bắt đầu từ hai.
Câu 12. Điều này có thể được chấp nhận để cắt thành các hình tam giác tương tự như hình ban đầu không?
Bài toán 13. Chứng minh rằng có thể cắt một tam giác bất kỳ thành bốn tam giác đồng dạng với tam giác ban đầu.
Bài toán 14. Chứng minh rằng một tam giác bất kỳ có thể chia thành bao nhiêu tam giác giống với tam giác ban đầu, bắt đầu bằng sáu.
Bài toán 15. Chứng minh rằng nếu một tam giác được chia thành ba tam giác đồng dạng thì đó là tam giác nguyên thủy hoặc tam giác đều.
Câu 16. Điều này có thể được chấp nhận để cắt thành năm hình tam giác giống nhau không?
Bài 17. Chứng minh rằng nếu mỗi hình được chia thành n tam giác đồng dạng thì có thể chỉ ra số m bất kỳ rằng nó sẽ được chia thành số tam giác đồng dạng bất kỳ lớn hơn m.
Bài toán 18. Chứng minh rằng có một số tam giác cực mỏng không thể chia thành các tam giác đồng dạng.
Để kết luận, chúng ta hãy đề cập đến một số vấn đề đã được giải quyết.
Câu 1: Có thể chia một hình chữ nhật thành số lẻ các hình tam giác không?
Bài 2. Câu hỏi tương tự cho hình bình hành tùy ý. (Chúng tôi giả định rằng đáp số là tượng trưng cho cả hai câu hỏi này.)
Bài 3. Có ranh giới nào không thể chia thành các tam giác đồng dạng không?
(Sẽ rất thú vị nếu đạt được một số tiến bộ về lời giải vấn đề này bằng cách cải thiện phương pháp mà chúng tôi sử dụng cho lời giải bài toán về việc cắt ranh giới thành các hình tam giác bằng nhau)
Bài toán 4: Khám phá các phần cắt của các “vùng đa giác” khác. Hãy tìm điều kiện cần và đủ để tồn tại một mặt cắt.
Bài 5: Khảo sát việc cắt đa giác thành paramid.
31
PHÒNG THÍ NGHIỆM LƯỢNG TƯ
BOOMERANG
F. Hess
Rõ ràng, rất khó để tìm thấy một người không ngạc nhiên trước quỹ đạo được mô tả bởi boomerang. Và tất nhiên, nhiều người thực sự muốn tạo ra một chiếc boomerang và tìm hiểu lý do tại sao nó quay trở lại. Nhưng boomerang không chỉ là một món đồ chơi. Một chiếc boomerang nặng khá nguy hiểm. Vì vậy, chúng tôi mời độc giả làm một chiếc boomerang từ những vật liệu nhẹ, chẳng hạn như bìa cứng.
DƯỚI ĐÂY, chúng tôi xuất bản phiên bản rút gọn của bài báo đăng trên tạp chí Scientific American số tháng 11 năm 1968. Bài viết đã được V. I. Bakhmin dịch và chuẩn bị xuất bản.
Hãy tưởng tượng mảnh gỗ bạn ném bay theo đường tròn rồi quay trở lại và nằm yên dưới chân bạn. Vô lý! Tuy nhiên, tất nhiên đây chính xác là cách hoạt động của boomerang nếu bạn thực hiện đúng và ném đúng.
Boomerang lần đầu tiên được chế tạo bởi cư dân bản địa ở Úc. Người đọc có lẽ sẽ hơi thất vọng khi biết rằng hầu hết các boomerang của Úc đều không quay trở lại. Boomerang có thể được chia đại khái thành hai loại: quân sự và trở về. Boomerang loại đầu tiên được sử dụng làm vũ khí cho chiến tranh hoặc săn bắn. Một chiếc boomerang quân sự tốt có thể bay rất xa nhưng không quay trở lại. Những chiếc boomerang quay trở lại hầu như chỉ được sử dụng để chơi game.
Trên thực tế, việc tìm hiểu tất cả các loại boomerang hiện có không hề dễ dàng như bạn tưởng. Có rất nhiều loại vũ khí bản địa ở Úc. Các bộ lạc khác nhau có hình dạng boomerang khác nhau (Hình 1).
Không dễ để xác định từ vẻ ngoài của nó liệu một chiếc boomerang nhất định có đang quay trở lại hay không. Theo quy luật, boomerang quay trở lại ít nặng hơn và góc giữa hai vai của nó nhọn hơn. Nhìn chung, chúng có chiều dài từ 25 đến 75 cm, chiều rộng từ 3 đến 5 cm và độ dày từ nửa đến 1 cm rưỡi. Góc giữa các cánh tay của boomerang có thể thay đổi từ 80 đến 140 độ. Mọi thứ đều đạt tới 300 gram.
Hình dạng quả chuối của hầu hết các boomerang ít ảnh hưởng đến khả năng quay trở lại của nó. Boomerang có hình dạng cây sồi X, V, S, T, H, Y (dường như có thể có các hình dạng khác) để chúng sẽ quay trở lại. Quan trọng,
32
Không, bạn có thể sử dụng vật liệu khác, ví dụ như ván ép, nhựa hoặc bìa cứng.
Làm thế nào để ném một chiếc boomerang quay trở lại? Thông thường, bạn cầm nó bằng tay phải ở một đầu và giữ thẳng đứng, hơi xoay mặt lồi sang trái. Trong trường hợp này, cả hai đầu của boomerang đều hướng về phía trước (như cách ném của người Úc) hoặc hướng về phía sau. Bạn có thể chọn bất kỳ phương pháp nào. Sau đó, vung tay phải, họ ném boomerang về phía trước theo hướng nằm ngang hoặc hơi hướng lên trên. Để thành công, trước hết, mặt phẳng của boomerang khi ném gần như thẳng đứng hoặc hơi nghiêng sang phải nhưng không nằm ngang. Thứ hai, boomerang cần phải được chế tạo để quay nhanh. Điều này có thể đạt được nếu tại thời điểm ném, bạn trì hoãn đáng kể chuyển động về phía trước của tay phải. Theo quán tính, boomerang ngay lập tức bắt đầu quay xung quanh điểm mà siêu dữ liệu giữ nó và do đó đạt được tốc độ tịnh tiến và quay đồng thời.
Lúc đầu, có vẻ như chiếc boomerang đang bay đi, nhưng ngay sau đó quỹ đạo của nó lệch sang trái và một phần hướng lên trên. Sau đó, anh ta tạo ra một petlio rộng, ít nhiều tròn trịa và rơi xuống đâu đó dưới chân người ném, tuy nhiên, đôi khi lại mô tả một petlio nhỏ khác trước đó. Vòng thứ hai được uốn cong theo hướng khác, sao cho tất cả các quỹ đạo trong trường hợp này đều có hình số tám (Hình 3). Thật tuyệt vời khi chiếc boomerang, mô tả petlio và mất tốc độ, lơ lửng trên đầu bạn một lúc rồi từ từ hạ xuống.
Mỗi chiếc boomerang được đặc trưng bởi khả năng ném dễ dàng, loại quỹ đạo và khả năng bay lơ lửng. Ngoài ra, bất kỳ chiếc boomerang nào cũng có thể mô tả các quỹ đạo khác nhau tùy thuộc vào phương pháp ném. Độ chính xác của cú trả bóng phần lớn phụ thuộc vào kỹ năng của người ném. Phạm vi bay có thể là 40 mét, hoặc có thể bằng một nửa, độ cao bay là khoảng 15 mét, mặc dù có thể
33
Cơm. 3.
1,5 mét. Những chiếc boomerang hiện đại của Úc có thể di chuyển quãng đường hơn 100 mét và quay trở lại tốt. Thật không may, bản thân tôi không thể tạo ra một chiếc boomerang có thể di chuyển xa hơn 50 mét.
Cho đến nay, chúng ta đã ngầm cho rằng người ném không thuận tay trái và chiếc boomerang của anh ta cũng “thuận tay phải”. Nếu bạn nhìn vào một chiếc boomerag “bên phải” thông thường từ mặt lồi trong khi bay, nó sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ. Do đó, bạn có thể đốt cháy các cạnh đầu và cuối của mỗi vai boomerang. Trong boomeraga của người bản xứ, cả hai mép của mỗi vai đều ít nhiều sắc nét. Nhưng ở boomerang hiện đại, mép trước của vai bị cùn, giống như mép trước của cánh máy bay. Trong một số trường hợp, các cánh tay của boomerag hơi cong, do đó các đầu của mép trước của nó hơi nhô lên.
Hiện tượng xảy ra với boomerag chỉ có thể được giải thích bằng cách xem xét sự tương tác của nó với tác động. Rốt cuộc, trong chân không nó không thể mô tả bất cứ thứ gì khác ngoài một parabol. Tuy nhiên, bài toán này rất phức tạp nên chúng ta hãy nhìn vấn đề theo cách đơn giản hơn.
Nếu bạn ném boomerang theo chiều ngang, buộc nó quay trong mặt phẳng thẳng đứng thì mỗi cánh tay của nó sẽ làm tiêu tan tác động của lực F, lực này sẽ tác động lên các cánh tay của boomerang theo hướng từ phần phẳng hơn đến phần lồi hơn (Hình 4). Lực này tương tự như lực nâng tác dụng lên cánh máy bay. Ngoài ra, về phía tác dụng của Q. Khi ném bằng tay phải lực Q sẽ hướng từ phải sang trái. Nhưng chỉ lực này thôi là không đủ để làm cho boomerang rẽ trái.
Tốc độ của cánh tay boomerang so với tác động không phải là hằng số.
34
Khi trò chơi ở nửa trên của vòng tròn ngoại tiếp, tốc độ tịnh tiến của boomerang v được cộng vào tốc độ quay u, và khi ở nửa dưới, các tốc độ được hướng theo hướng ngược lại, do đó tốc độ thu được giảm đi hoặc thậm chí biến mất hoàn toàn tại một thời điểm nào đó (Hình 5). Do đó, boomerang không chỉ chịu lực hướng từ phải sang trái mà còn chịu cả mô men của các lực F₁ và F₂ làm quay nó quanh trục ngang và có xu hướng di chuyển phần trên của boomerang.
Cơm. 5.
sang trái. Nhưng chuyển động này hầu như không bao giờ xảy ra trong thực tế, vì boomerang quay nhanh đến mức nó hoạt động giống như một con quay hồi chuyển *).
Nhưng một con quay hồi chuyển (là một cực đại quay nhanh) có các đặc tính sau: dưới tác dụng của một lực cố gắng quay nó, con quay hồi chuyển không quay theo hướng tác dụng của lực này mà quay quanh một trục vuông góc với cả trục quay và trục dọc theo đó mô men quay hướng vào. Trong trường hợp của chúng tôi, boomerang bắt đầu quay sang trái. Phong trào này được kêu gọi lần đầu tiên.
Vì vậy, boomerang quay sang trái, để mặt phẳng của nó dần dần tạo một góc ngày càng lớn hơn với hướng chuyển động, nếu không có lực hồi chuyển tăng nhanh, lực này lại hướng chuyến bay song song với mặt phẳng của boomerang. Kết quả là quỹ đạo bị cong sang trái và góc giữa mặt phẳng của boomerang và hướng chuyển động của nó được duy trì rất nhỏ.
Thường thì mặt phẳng của boomerang gần như thẳng đứng khi bắt đầu chuyến bay, cuối cùng trở nên gần như nằm ngang, chiếc boomerang dường như “nằm xuống”. Hãy xem xét vấn đề này chi tiết hơn.
Chúng ta sẽ coi mỗi cánh boomerang là một cánh máy bay. Cánh như vậy di chuyển về phía trước và đồng thời quay xung quanh trọng lượng của boomerang. Chúng ta sẽ giả định rằng không có chuyển động nào vuông góc với mặt phẳng boomerang. Trong boomerang hình chữ thập, trọng tâm nằm ở giao điểm của các cánh quạt, nhưng ở boomerang thông thường thì không như vậy. Ở đó, một playa ở phía trước khối tâm, và playa kia ở phía sau. Chúng ta sẽ gọi độ lệch tâm của vở kịch là khoảng cách từ nó đến tâm khối. Mỗi điểm của cánh được cuốn trôi bởi một dòng chảy thay đổi liên tục về độ lớn và hướng so với phần này của cánh. Xảy ra hiện tượng tác động của cánh chịu lực của cánh. Điều này rất dễ hiểu nếu bạn tưởng tượng một chiếc boomerang đang quay chậm, lao tới với tốc độ lớn hơn về phía trước và nhìn cánh của nó hướng xuống dưới. Lực tác động lên lưỡi boomerang trong trường hợp này là bao nhiêu?
Trước tiên chúng ta hãy xem xét trường hợp ổn định: lưỡi dao chuyển động theo đường thẳng với vận tốc V không đổi so với không khí (Hình 6). Chúng ta hãy phân tách lực khí động học thành hai thành phần - lực nâng F
35
Cơm. 6.
(vuông góc với V) và lực cản Q (hướng vào V). Cả hai đều tỷ lệ thuận với V2. Nếu cánh không vuông góc với hướng truyền tốc thì V có thành phần song song với cánh, thành phần này không ảnh hưởng đến chuyển động theo bất kỳ cách nào. Do đó, chúng ta có thể thay thế tốc độ V bằng thành phần của nó vuông góc với cánh hoặc bằng tốc độ hiệu dụng V₃φφ. Trong trường hợp này, các lực tỉ lệ với (V₃φφ)².
Mỗi điểm trên vai boomerang đều tham gia vào chuyển động về phía trước. Tốc độ tương đối với không khí thay đổi từ điểm này sang điểm khác,
Cơm. 7.
vì boomerang đang quay. Ở tốc độ quay ω và khoảng cách đến trục quay r (trục đi qua khối tâm của boomerang) thì tốc độ của điểm là u=ωr. Đối với mỗi điểm của cánh tay, bằng cách cộng v và u, bạn có thể tìm được vận tốc V. Thành phần của nó, vuông góc với cánh tay boomerang, là V₃φφ (Hình 7). Tất nhiên, các giá trị V₃φφ cho mỗi điểm của vai sẽ liên tục thay đổi trong quá trình quay. Rõ ràng là sự đóng góp của từng điểm trên cánh tay boomerang vào lực nâng và lực kéo tại mỗi thời điểm quay tỷ lệ với (V₃φφ)².
Vì vậy, trên mỗi cánh tay của boomerang có một lực nâng trung bình F (lực F₁ và F₂ trên mỗi cánh tay của cánh tay tương ứng), một mômen trung bình
Cơm. 8.
đây là các lực M₁ so với trục ngang song song với tốc độ của boomerang, làm cho boomerang lệch sang trái và mô men M₂ so với trục vuông góc với tốc độ V, khiến boomerang “nằm xuống” (Hình 8). Ngoài ra, boomerang còn chịu tác dụng của lực kéo trung bình Q, làm giảm tốc độ chuyển tiếp của boomerang và mô men trung bình của lực M₄ này, làm chậm tốc độ quayω. Hóa ra không có đại lượng nào trong số này, ngoại trừ M₂, phụ thuộc vào độ lệch tâm và M₂
36
Điều này tỷ lệ thuận với độ lớn của độ lệch tâm.
Các lực và mômen tác động lên toàn bộ boomerang có được bằng cách cộng các giá trị cho mỗi cánh tay. Đóng góp vào từ các nhánh khác nhau của boomerang có thể tiêu diệt lẫn nhau một phần hoặc hoàn toàn.
Bây giờ chúng ta chuyển sang một câu hỏi quan trọng: boomerang sẽ di chuyển như thế nào dưới tác động của tất cả các lực và khoảnh khắc này (và tất nhiên là cả trọng lực)?
Như đã đề cập trước đó, mô men trung bình gây ra tuế sai con quay của boomerang. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn con quay hồi chuyển. Nếu con quay hồi chuyển quay quanh trục của nó với tốc độ và một khoảnh khắc tác dụng lên nó, hướng dọc theo trục vuông góc với trục quay, thì con quay hồi chuyển bắt đầu ép trước và trục tuế sai vuông góc với cả trục quay và trục mô men (Hình 9). Vận tốc góc của tuế sai được ký hiệu là . Có một lực nâng rất mạnh giữa , , và mômen quán tính con quay . Vì vậy, nếu bạn muốn bùng nổ-
Đối với boomerang, mô men tỷ lệ thuận với nên tốc độ tuế sai phải tỷ lệ thuận
Do đó, tốc độ tuế sai không phụ thuộc vào tốc độ quay của boomerang .
Một kết luận thậm chí còn kỳ lạ hơn có thể được rút ra. Tốc độ tuế sai tỷ lệ với ; hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hình dạng của boomerang. Vì vậy, chúng ta có thể viết
trong đó là thông số đặc trưng của boomerang. Bây giờ hãy để tốc độ của boomerang tăng gấp đôi.
Do đó, vị trí mặt phẳng của nó cũng sẽ thay đổi nhanh gấp đôi. Điều này cho thấy, ngoài những điều khác, boomerang sẽ bay dọc theo cùng một đường cong.
Do đó, đường kính quỹ đạo của boomerang, nói một cách đại khái, không phụ thuộc vào tốc độ quay của boomerang hay tốc độ tịnh tiến của nó. Điều này có nghĩa là độ dài của đường đi boomerang ít nhiều không đổi. Các thông số quỹ đạo của boomerang tỷ lệ thuận với mô men quán tính của nó; chúng sẽ trở nên nhỏ hơn nếu hình dạng cánh tay của boomerang tạo ra nhiều lực nâng hơn. Vì vậy, nếu bạn muốn bùng nổ-
NHIỆM VỤ
M166. a) Học sinh cùng lớp đã có hai chuyến đi bộ đường dài vào tháng 9. Trong chiến dịch đầu tiên, số lượng nam sinh ít hơn trong tổng số người tham gia chiến dịch này và trong chiến dịch thứ hai - cũng ít hơn 2/5. Chứng minh rằng trong lớp này nam chiếm ít hơn 4/7 tổng số học sinh nếu biết mỗi học sinh đều đã đi ít nhất một chuyến đi.
- Hãy để trong chiến dịch thứ () các chàng trai chiếm một phần trong tổng số người tham gia chiến dịch này. Tỷ lệ nam giới lớn nhất tại cuộc họp chung của tất cả khách du lịch (tất cả những người đã tham gia ít nhất một trong các chuyến đi ) là bao nhiêu?
M167. Chứng minh rằng trong bất kỳ chương trình số học nào gồm các số tự nhiên, có vô số số hạng được phân tích thành thừa số nguyên tố bao gồm các số nguyên tố giống hệt nhau.
J. Polya
M168. Ở dạng rút gọn thông thường (Hình 1), điểm là giữa một số cạnh của đáy trên, là giữa một số cạnh của đáy dưới.
Chứng minh rằng hình chiếu của các đoạn và lên đường thẳng có độ dài bằng nhau.
G. Nomen
M169. Cho là số tự nhiên. Sắp xếp các số 1, 2, 3, trong bảng sao cho trên mỗi hàng các số theo thứ tự tăng dần và tổng các số ở cột là a) nhỏ nhất; b) nhỏ nhất.
N, B. Vasiliev
39
M170. a) Gọi và là điểm tiếp tuyến của đường tròn nội tiếp tam giác trên các cạnh và , là giao điểm của đường thẳng với góc Bissertian . Chứng minh rằng góc là góc vuông.
- Chứng minh một thực tế tổng quát hơn: nếu điểm nằm bên trong tam giác sao cho , và là đáy của các đường vuông góc hạ từ điểm sang các cạnh và , là giao điểm của các đường thẳng và , sau đó là (Hình 2).
Cơm. 2.
F180. Một bình lập phương kín có cạnh 1 cm chứa phân tử khí. Các chồng khối lập phương sao cho các phân tử khí khi va vào tường sẽ ở trên đó trong s. Ước tính có bao nhiêu phân tử khí trên tường.
Bình ở nhiệt độ phòng.
A. A. Borovoy
F181. Một chiếc tàu ngầm đang lặn theo phương thẳng đứng sẽ phát ra các xung âm thanh ngắn của tín hiệu siêu âm có thời lượng theo hướng trong ngày. Thời gian phản ánh
Số tín hiệu do thủy âm trên thuyền thay đổi là . Tốc độ chìm của thuyền là bao nhiêu?
Tốc độ truyền âm trong nước là . Đáy nằm ngang.
F182. Một quả cầu kim loại được đưa vào một điện trường đều có hướng bằng . Người ta biết rằng mật độ bề mặt điện tích tại “cực” của quả bóng tại điểm (Hình 3) bằng . Xác định mật độ bề mặt của điện tích tại điểm , hướng tính từ tâm
Cơm. 3.
quả bóng tạo một góc với hướng của điện trường ngoài.
Yu. A. Dreizin
F183. Vệ tinh di chuyển quanh trái đất theo quỹ đạo gần như tròn với tốc độ . Sự thay đổi quỹ đạo của nó là do lực ma sát tác dụng lên vệ tinh từ phía của vi hạt, trong đó và là các hằng số. Tìm nếu biết bán kính quỹ đạo của vệ tinh thay đổi rất chậm.
F184. Ước tính xem bạn sẽ thấy mình nhảy cao bao nhiêu trên Mặt trăng.
Tôi. Sh. Tiếng Slovodechkiy
40
GIẢI PHÁP
Trong số này, chúng tôi xuất bản lời giải bài toán M126—M128
M126
Một đa giác ngoại tiếp một hình tròn có bán kính bằng cách nào đó được cắt thành các hình tam giác. Chứng minh rằng tổng bán kính các đường tròn nội tiếp của các tam giác này lớn hơn .
Đặt là diện tích của một đa giác nhất định, là diện tích chu vi của nó; , , - tương ứng là diện tích, đạo hàm và bán kính của các đường tròn nội tiếp của các hình tam giác mà nó được cắt vào (). Khi đó , và cho tất cả (không khó để chứng minh rằng chu vi của một đa giác lớn hơn chu vi của bất kỳ đa giác lồi nào mà nó chứa). Đó là lý do tại sao
Sự đẳng thức cuối cùng được minh họa trong Hình 1.
M127
Đối với mỗi số tự nhiên chúng ta biểu thị bằng tổng các chữ số của nó (theo ký hiệu thập phân). Hãy gọi một số tự nhiên là đặc biệt nếu nó không thể được biểu diễn dưới dạng , trong đó là một số tự nhiên nào đó. (Ví dụ: số 117 không đặc biệt vì , nhưng số 121, như bạn có thể dễ dàng thấy, là đặc biệt.) Có đúng là chỉ có hữu hạn số đặc biệt không?
Đáp số: Câu này sai; Có vô số số đặc biệt.
Ý tưởng đằng sau lời giải tự nhiên nhất như sau. Hãy xem xét tất cả các số từ 1 đến một số . Trong số đó có một số lượng nhất định như vậy mà . Do đó, các số từ 1 đến được chứng nhận là không có nhiều hơn số được biểu thị là , nghĩa là, ít nhất số là đặc biệt (ở đây chúng tôi thậm chí không tính đến việc một số số có thể được biểu thị là theo nhiều cách). Vẫn cần đảm bảo rằng bằng cách chọn tương ứng, chúng ta có thể thu được góc lớn hơn .
Ý tưởng này được tìm thấy trong các quyết định của V. Bikmashev và A. Weintrob từ Moscow, A. Grigoriyan từ Baku, I. Majulis từ Riga và một số độc giả khác. Để đưa nó đến mức đầy đủ lời giải, chúng tôi chứng minh rằng trong số các số từ 1 đến có nhiều hơn đáng kể sao cho . Thật vậy, nếu và là số chín và là số 0), thì ,
và số lượng các số sao cho bằng .
41
Một lời giải khác (nó được thực hiện chính xác nhất trong các tác phẩm của A. Pechkovsky từ Moscow và L. Puets từ Dnepropetrovsk) - chỉ ra một phương pháp cho phép bạn xây dựng một chuỗi số đặc biệt cụ thể. Đây là một trình tự như vậy:
ở đâu .
Hãy chứng minh bằng quy nạp rằng tất cả các số này đều đặc biệt. Giả sử điều này đúng với (), nhưng không đúng với : .
Trước khi sử dụng giả định này, chúng ta hãy chứng minh rằng khai triển thập phân của số trông như thế này:
trong đó số là , tức là . Bất đẳng thức bên trái rất indo, và bất đẳng thức bên phải có thể được chứng minh bằng quy nạp: .
Bây giờ chúng ta có thể chứng minh rằng ký hiệu thập phân của số cũng bắt đầu bằng một: , tức là . Ở đây bất đẳng thức bên phải rất indo, còn bất đẳng thức bên trái được chứng minh bằng sự mâu thuẫn: nếu thì và cho ).
Chúng ta hãy biểu thị số (số với chữ số đầu tiên bằng một bị loại bỏ) bằng . Sau đó, rất indo, và do đó
Như vậy hóa ra số không có gì đặc biệt. Sự mâu thuẫn với giả định chứng tỏ tính đúng đắn của phép chuyển đổi quy nạp từ sang . Không khó để khẳng định rằng các số và là đặc biệt.
M128
Tìm tỉ số cạnh của một tam giác mà một trong các đường trung tuyến của nó bị đường tròn nội tiếp chia thành ba phần bằng nhau.
Gọi là đường trung bình của tam giác - đường tròn nội tiếp được chia thành các đoạn bằng nhau , , , và - điểm tiếp tuyến của đường tròn nội tiếp trên cạnh (Hình 2).
Cơm. 2.
Hai trận đấu ABC sau đây là cần thiết nhất:
(cái đầu tiên được suy ra từ các đẳng thức , ; cái thứ hai dễ chứng minh bằng cách hoàn thiện tam giác để tạo thành hình bình hành ). Từ đẳng thức thứ hai ta tìm được
Vì, vì các điểm và , rất indo, cách đều tâm của đường tròn nội tiếp, nên , từ đó
Thay (3) vào (1) và (2), ta tìm được
Từ những đẳng thức này ta thu được (rõ ràng là , ):
từ đâu .
Đáp số: .
Không khó để kiểm tra rằng trong một tam giác có tỷ số cạnh như vậy, đường trung tuyến của cạnh thực sự sẽ bị đường tròn nội tiếp chia thành ba phần bằng nhau (khi kiểm tra, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng các công thức tương tự đã được sử dụng ở trên).
Đúng lời giải của một số bài toán M121 - M128 bổ sung: V. Ashaskiy (Moscow) M126; V. Astmankovi (Borisov BSSR) M124; V. Birch (Gorky) M122 - M123; A. Blyukhin (Kiselevsk, vùng Kemerovo) M123; A. Bikmatsev (Moscow) M126 - M128; A. Boedanov (Glazov, Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết tự trị Udmurt) M128; A. Botsarov (Nikolaev) M126 - M128; L. Braetskin (Frunze) M126; A. Brutmer (Chisinau) M128; O. Burlakov (Tashkent) M128; A. Weintrob (Moscow) M126 - M128; T. Galkina (Kuibyshev) M126; L. Genriinovich (Tashkent) M126, M128; A. Gordienko (làng Poltachenko, Lãnh thổ Krasnoarsk) M122, M126; A. Grigoryan (Baku) M126; V. Greenman (Moscow) M124; A. Demidov (Moscow) M124; V. Drobimko (Kherson) M126; V. Evdokimov (Yaroslavl) M123; A. Edrenkin (Moscow) M126; M. Zhukov (Baku) M128; A. Zhumadildaev (Alma-Ata) M122 - M124; V. Zarubin (khu định cư Letniy, khu vực Moscow riêng biệt) M126; V. Zablochiky (Donetsk) M128; E. Zeiman (Orrey, Liên Xô Moldavia) M126; T. Zlamkus (Sovetsk, vùng Kaliningrad), M128; I. Nenatyev (s. Sarmanovo, Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết tự trị Tatar) M128; M. Ilartsionov (Voronezh) M121 - M124, M126, M128; S. Ioannidi (Tbilis) M128; M. Kaul (Frunze) M121, M122, M124; A. Kvasov (Moscow) M122 - M124, M126; A. Kislenev (Moscow) M122; Yu. Kisin (Staraya Russa) M123, M124, M126; V. Kleimenov (Ulan-Ude) M126; V. Kolosov (Kyiv)
42
Trong số này, chúng tôi xuất bản lời giải bài toán F142—F147
F142
Một quả cầu thép treo trên một sợi dây có chiều dài l bị lệch làm cho sợi dây chuyển sang vị trí nằm ngang rồi thả ra. Tại thời điểm sợi dây tạo một góc α=30° so với phương thẳng đứng thì quả bóng chạm vào một tấm thép đứng yên (Hình 3). Quả bóng sẽ bay lên đến độ cao bao nhiêu sau khi chạm vào tấm, nếu tác động có thể được coi là đàn hồi tuyệt đối?
Gọi vận tốc của quả bóng tại thời điểm nó chạm vào tấm bằng v. Vận tốc này có hướng vuông góc với sợi dây. Vì tác động của quả bóng là đàn hồi tuyệt đối và do đó tức thời nên khi chạm vào quả bóng, nó hoạt động như thể nó tự do, không dính vào sợi dây. Do đó, tốc độ của quả bóng khi va chạm chỉ thay đổi theo hướng sao cho góc phản xạ của quả bóng so với mặt đĩa bằng góc tới. Điều này có nghĩa là sau khi chạm vào tấm, nó chuyển động với vận tốc v₁=v cos 2α, vuông góc với sợi dây. Năng lượng của quả bóng ngay sau khi va chạm bằng ; khi quả bóng lên tới độ cao h thì nó bằng mgh. (Thông thường, tổng động năng của quả bóng W = sau khi va chạm sẽ chuyển thành năng lượng dao động của quả bóng dọc theo sợi dây hoặc cuối cùng là trong dây Tello. Độ lớn của tổn thất này là .
43
Theo định luật bảo toàn năng lượng
Bây giờ chúng ta hãy tìm tốc độ của quả bóng tại thời điểm nó va chạm với tấm đĩa. Ban đầu quả bóng ở độ cao so với đĩa. Độ biến thiên thế năng của quả bóng khi chuyển động từ vị trí ban đầu đến va chạm với tấm bằng động năng mà quả bóng thu được:
Từ đây
Kể từ đây,
F143
Máy bay hạ cánh trên boong tàu sân bay với tốc độ 100 km/h. Sau khi nhắm vào dây phanh, máy bay chạy được 50 m cho đến khi dừng hẳn. Xác định tình trạng quá tải nếu hệ số đàn hồi của dây không thay đổi khi nó bị giãn.
Khi máy bay phanh lại, một lực tác dụng lên nó từ phía của sợi dây, trong đó là độ giãn của dây, là hệ số đàn hồi của nó. Lực này tăng lên khi sợi dây căng ra. Gia tốc cũng tăng
chúng tôi báo cáo lực của máy bay (M là khối lượng của máy bay).
Nhưng gia tốc không chỉ di chuyển máy bay mà còn cả phi công, được giữ bằng dây đai trên ghế. Gia tốc này được truyền cho phi công bởi lực tác động lên anh ta từ dây đai. Nếu khối lượng của phi công là thì
Lực này đạt cực đại ở m,
(1)
Biểu thức của bao gồm hệ số đàn hồi của dây. Hãy tìm anh ấy.
Động năng của máy bay tại thời điểm hạ cánh rõ ràng bằng công thực hiện bởi lực . Lực này thay đổi theo quãng đường mà máy bay di chuyển khi được tàu sân bay bắn ra. Hãy vẽ đồ thị về sự phụ thuộc của vào (Hình 4). Rõ ràng, công do lực thực hiện trên đường đi bằng diện tích tam giác dưới đồ thị so với , tức là . Vì vậy, . Do đó .
Thay biểu thức của vào công thức (1), ta thu được
Từ các phía của ghế và dây đai, các lực vuông góc lẫn nhau tác dụng lên người phi công: phản lực pháp tuyến của ghế và lực căng của dây đai . Các lực tác dụng bằng nhau này có giá trị tuyệt đối bằng trọng lượng của phi công (trọng lượng là lực mà phi công tác động lên ghế và dây đai):
Điều này có nghĩa là trọng lượng của bè gấp 1,8 lần trọng lượng của nó trong điều kiện bình thường.
F144
Tỷ lệ của hình tam giác với sàn là bao nhiêu để nó đứng vững như trong Hình 5? Chiều dài sợi dây giữ thanh bằng chiều dài của thanh.
44
Vì thanh ở trạng thái cân bằng nên tổng hình chiếu của tất cả các lực tác dụng lên nó theo phương thẳng đứng và phương ngang phải bằng 0. Các lực tác dụng lên thanh được thể hiện trên Hình 5. Điều này có nghĩa là
Chúng ta cũng hãy viết điều kiện để thanh không quay quanh điểm C. Để làm được điều này, tổng mô men của tất cả các lực đối với điểm C phải bằng 0:
Từ phương trình (2) suy ra . Chúng ta hãy viết lại, có tính đến điều này, phương trình (1). Chúng ta cũng biết rằng ở hệ số ma sát thấp nhất, khi thanh vẫn có thể đạt được trạng thái cân bằng, :
Từ đây
Kể từ đây,
F145
Một loại khí lý tưởng đầu tiên chuyển từ trạng thái 1 () sang trạng thái 2 (). Sau đó, từ trạng thái 2, khí thích ứng từ từ (không cung cấp cho bắp chân) và chuyển sang trạng thái 3 (). Được biết, trong quá trình chuyển tiếp 2→3, khí thực hiện công bằng với lượng công truyền cho khí trong quá trình chuyển tiếp 1→2. Hãy chứng minh rằng . Vẽ các tiến trình 1→2 và 2→3 trên mặt phẳng VT.
Vì trong quá trình const, khí không sinh công và độ biến thiên nội năng của khí bằng lượng nhiệt truyền cho khí:
Quá trình 2→3 thích ứng (), có nghĩa là khí hoạt động nhờ năng lượng bên trong. Do đó, công do khí thực hiện bằng độ biến thiên nội năng của nó:
So sánh (1) và (2), ta thấy
Nhưng nội năng của chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. Điều này có nghĩa là trong suốt quá trình 2→3 và quá trình 1→2, nhiệt độ khí thay đổi như nhau. Vì vậy, .
Đồ thị quá trình được hiển thị trong Hình 6. Vì trong quá trình 1→2, nội năng của khí tăng lên nên . Vì trong quá trình 2→3 khí hoạt động nên .
Rõ ràng, đáp số của chúng tôi chỉ hợp lệ nếu là const.
F146
Có một pin với e. d.s. và điện trở trong . Khi tải bạn cần có điện áp và khi điện trở tải thay đổi từ 50 thành 100 thì điện áp trên nó không được thay đổi quá 2%. Hãy nghĩ ra một mạch điện đơn giản để cấp nguồn cho tải và tính toán các thông số của mạch này.
Một trong những mạch đơn giản nhất là kết nối tuần tự giữa điện trở tải, điện trở và nguồn (Hình 7). Trong trường hợp này, nếu điện trở tải là 50 thì để điện áp trên tải bằng 20 (tức là 1/5 emf của nguồn ), tổng điện trở nguồn và điện trở phải là 200 . Nhưng trong trường hợp này, với điện trở tải 100 , điện áp trên nó sẽ là
45
Cơm. 8.
Do đó, với sơ đồ kết nối tải với nguồn như vậy, sự thay đổi điện áp trên tải lớn hơn 2%.
Một mạch khác là mạch “chia” (Hình 8). Rõ ràng là khi điện trở nhỏ so với điện trở tải thì tổng điện trở của đoạn mạch khoanh tròn trong hình thay đổi rất ít khi điện trở tải thay đổi. Điện áp trên tải cũng thay đổi ít.
Hãy tính các thông số của “dải phân cách”. Điện áp tải là
trong đó là dòng điện trong mạch và là điện trở của khu vực được bao quanh bởi khung.
Trong sơ đồ này, e. d.s. nguồn được chia thành điện trở và điện trở . Điện trở càng lớn thì điện áp trên tải càng lớn. Mặt khác, điện trở tăng khi điện trở tải tăng. (Biểu đồ phụ thuộc của vào được hiển thị trong Hình 9.) Nếu, với điện trở tải ohm, điện áp trên tải là 20 , thì với điện trở tải ohm, điện áp trên nó phải cao hơn 2%, tức là 20,4 . Thay thế các giá trị số của tất cả các đại lượng đã biết vào công thức (1), chúng ta thu được hai phương trình:
và lực truyền cho anh ta gia tốc hướng tâm , thì
hoặc .
Từ đẳng thức này suy ra rằng
46
Do đó, động năng của electron bằng
Bây giờ chúng ta có thể tìm tổng năng lượng của một electron trên quỹ đạo có bán kính :
Năng lượng của photon do nguyên tử phát ra là:
Vì năng lượng của photon liên hệ với tần số của nó theo công thức , trong đó là hằng số Planck, nên
Các biên tập viên đã nhận được hơn 600 lá thư. Hầu hết tất cả các chữ cái đều chứa các quy tắc lời giải bài toán , , . lời giải đúng trong số bài toán mông còn lại là những độc giả sau: A. Hayrapemyan (Yerevan) , , ; A. Andreev (Leningrad) , ; Sh. Atakulov (Fergana) , ; A. Alyaev (Arzamas) ; A. Asasyan (Yerevan) ; V. Belkov (Moscow) ; I. Bramovskaya (Usolye-Sibirskoye) ; A. Baevsky (Gomel) , ; V. Burkin (Sterlitamak) ; M. Bolyshakov (Saratov) , ; A. Blinov (Moscow) ; M. Brenerman (Kazan) ; Bardina (Novokuznetsk) , ; A. Borminkov (Krasnodar) ; O. Belkin (Orenburg) ; A. BakULEV (Moscow) ; T. Weintraub (Chisinau) —; V. Vorobiev (Koutancy) ; V. Vekshtein (Kyiv) ; I. Vasitsak (Kyiv) ; A. Barinov (Zhukovsky, vùng Moscow) ; I. Vacker (Minsk) ; Yu. Gorny (Khadzhensk, vùng Krasnodar) ; S. Granin (Dzerzhinsk) ; O. Glutsenenko (Glukhov, vùng Sumy) ; A. Goffman (Moscow) ; V. Gerasimov (Sarapul) ; S. Grigoryan (Yerevan) ; A. Grigoriev (Grozny) ; S. Gorodnikov (Grozny) ; S. Dick (Zhodino, vùng Minsk) ; V. Derevezin (Donetsk) , ; E. Dollov (Moscow) , ; V. Dashkevich (Kirovsk, vùng Mogilev) ; A. Davisikov (Leningrad) ; A. Danizl (Leningrad) ; A. Dorofeev (làng Fokino, vùng Gorky) ; S. Egorov (Klimovsk, vùng Moscow) ; A. Edrenkin (Moscow) , ; V. Zhelezny (Leningrad) ; V. Zindels (Kyiv) ; A. Zboev (làng Medvedok, vùng Kirov) ; V. Zabolochkin (Donetsk) , ; I. Zmukko (làng Ruzhany, vùng Brest) ; A. Izrailevich (Sverdlovsk) ; P. Kryshenik (Uzhgorod) ; V. Kolesnikov (Chelyabinsk) ; S. Korneev (Novokuznetsk) ; A. Krechemnikov (Sumy) ; V. Kadaer (Moscow) —
46
47
Phương pháp lời giải bài toán “từ cuối”
Thông thường lời giải bài toán hoặc việc chứng minh định lý chúng ta thực hiện từ cái đã biết đến cái chưa biết, từ cái đã cho đến cái cần tìm. Nhưng bạn có thể hành động khác đi. Ở đây chúng ta sẽ xem xét phương pháp lời giải bài toán “từ cuối”, khi việc suy luận được thực hiện từ cái chưa biết đến cái đã biết, từ cái được tìm kiếm đến cái đã cho.
Đề án chung
Cần phải chứng minh một khẳng định nào đó . Giả sử điều đó đúng và dựa trên dữ liệu bài toán và các định lý đã biết, chúng ta sẽ cố gắng thu được hệ quả đúng từ . Trong trường hợp này, một số trường hợp có thể xảy ra.
-
Đã thu được một kết quả không chính xác. Điều này có nghĩa là giả định của chúng tôi về tính hợp lệ của tuyên bố là sai. Lời giải bài toán về luật này - chúng tôi nhận thấy rằng là không chính xác.
-
Đã thu được một kết quả không chính xác. Trong trường hợp này, bạn nên kiểm tra tính thuận nghịch của đối số, vì từ một phát biểu sai (ví dụ: , ), bạn cũng có thể nhận được hệ quả đúng ().
a) Nếu mọi lý luận đều ngược lại thì là đúng.
b) Nếu trong số các lý do có những lý do không thể đảo ngược (ví dụ: ở một giai đoạn nào đó chúng ta bình phương đẳng thức), thì việc sử dụng các phương pháp tìm lời giải bài toán khác sẽ được áp dụng.
- Nếu không thể thu được kết quả chính xác thì cũng đã đến lúc chuyển sang các phương pháp khác.
Hai gợi ý
-
Trong các biểu thức trung gian thu được, nên giảm số lượng tham số và sau đó đơn giản hóa các biểu thức này.
-
Nếu bài toán không chứa điều kiện bổ sung * thì tất cả dữ liệu bài toán phải được sử dụng.
Ví dụ
Ví dụ 1. Trong tam giác vuông ABC, số AC lớn hơn số AB ba lần. Điểm K và M của đá AC được chia thành ba phần bằng nhau. Chứng minh rằng .
Lời giải e. Đặt , , (Hình 1). Giả sử (1)
hoặc, vì ,
(1a)
Sau đó
(2)
(2a)
*) Việc tìm ra dòng điều kiện của nó là một điểm cộng lớn lời giải, nhưng thông thường các dòng bài toán cạnh tranh không chứa điều kiện của chúng.
48
Đẳng thức (2) hoặc (2a) đúng vì
Và
Học sinh thường kết thúc với lời giải bài toán, tức là
Cơm. 1.
một sai lầm. Bắt đầu đảo ngược các phép biến đổi, chúng ta nhận thấy rằng từ tính hợp lệ của đẳng thức (2), nó không dẫn đến đẳng thức (1a), mà là sự phụ thuộc
ở đâu
Nhưng từ các tam giác và ta thấy rằng do đó
Do đó, từ sự tương ứng (2) và (3) suy ra , và, vì , nên .
Ví dụ 2. Chứng minh rằng trong tam giác bất kỳ , trong đó là các cạnh của tam giác, là diện tích, là bán kính của đường tròn ngoại tiếp.
Lời giải e. Giả sử đẳng thức là đúng:
Hãy giảm số lượng tham số:
Ở đâu
điều này đúng theo định luật sin. Tất cả các phép biến đổi đều dễ dàng xử lý, do đó đẳng thức (4) được chứng minh.
Ví dụ 3. Các cạnh của tam giác () tạo thành một quá trình số học. Chứng minh rằng , trong đó là bán kính của đường tròn ngoại tiếp, là bán kính của đường tròn ngoại tiếp trong tam giác.
Lời giải e. Hãy để đẳng thức là đúng. Hãy giảm số lượng tham số bằng cách biểu thị và theo các cạnh của tam giác: , trong đó là diện tích của tam giác, là nửa chu vi của tam giác. Chúng tôi nhận được:
điều này đúng, vì tạo thành một quá trình số học.
Tất cả các phép biến đổi này có thể được kiểm tra theo thứ tự ngược lại, do đó, sự tương ứng được chứng minh là đúng.
Ví dụ 4. Chứng minh tích các đường chéo của một hình treo bằng tổng các cạnh đối diện (định lý Ptolemy).
Lời giải e. Giả sử đẳng thức là đúng (Hình 2):
Hãy giảm số lượng tham số bằng cách biểu thị tất cả các phân đoạn theo một số phần tử khác. Nhu cầu sử dụng tất cả dữ liệu bài toán (gấp bốn - vissanny) đưa chúng ta đến ý tưởng
50
Ở đâu
điều này đúng với điều kiện bài toán.
Các phép biến đổi này có thể được chứng minh theo thứ tự ngược lại (với tất cả các giá trị hợp lệ của các đối số), do đó đẳng thức (9) là đúng.
Ví dụ 7. Chứng minh rằng với mọi giá trị chấp nhận được của ta có bất đẳng thức
(11)
Lời giải e. Giả sử rằng bất đẳng thức (11) là đúng. Hãy giảm số lượng chức năng:
(12)
(13)
Để so sánh độ lớn của các biểu thức này, nên biểu thị chúng thông qua một hàm, ví dụ: thông qua sin:
(14)
Nhưng , , do đó , và , và bất đẳng thức (14) đúng với tất cả các giá trị được chấp nhận của .
Từ bất đẳng thức (14) suy ra (13), và do đó (12), và từ bất đẳng thức (12) suy ra (11), do đó bất đẳng thức (11) đúng với mọi .
Suy luận trên cho thấy có thể chứng minh được bất đẳng thức mạnh hơn
(50)
Ví dụ 8. Chứng minh rằng trong mọi tam giác
(15)
trong đó là chiều cao hạ xuống cạnh , là mét của tam giác.
Lời giải e. Cho bất đẳng thức (15) đúng. Hãy giảm số lượng tham số:
Chúng tôi đã sử dụng các công thức
Cả hai vế của bất đẳng thức đều dương - chúng có thể bình phương
điều đó không đúng. Do đó, giả định của chúng tôi về giá trị của bất đẳng thức (15) là sai.
Tại thời điểm này, lời giải bài toán có thể được coi là hoàn chỉnh hoặc chúng tôi đã chứng minh rằng công thức (15) là sai. Tuy nhiên, sau khi chứng minh được công thức (15) sai, qua đó ta chứng minh được công thức đó luôn đúng
Cố gắng tìm ra khi nào sự bằng nhau xảy ra trong công thức cuối cùng. Ở đây phương pháp của chúng tôi lời giải bài toán “từ cuối” trở thành phương pháp “bằng mâu thuẫn”.
Kỹ thuật lời giải hình học bài toán này có những điểm tương đồng nhất định với phương pháp được mô tả, khi được yêu cầu
51
và các phần tử chưa biết khác (đoạn, góc, v.v.) được chỉ định bằng các chữ cái và được xử lý như thể chúng đã biết.
Ví dụ 9. Trong một hạt có góc 120°, một hình vuông được nội tiếp. Tìm cạnh hình vuông biết bán kính hình tròn là .
Lời giải. Đặt là hình vuông, , là tâm của hình tròn (Hình 3). Hãy biểu thị
Cơm. 3.
đến và vẽ . Sau đó , , , .
Chúng ta có phương trình
giải quyết điều đó, chúng tôi nhận được
Đáp số: .
Nhiều học sinh không chỉ mắc lỗi lời giải bài toán mà còn mắc lỗi khi trình bày các câu hỏi lý thuyết. Ví dụ, đây là cách họ chứng minh một danh tính nổi tiếng:
(tại và ).
“Chúng ta hãy di chuyển sang vế trái và sử dụng định lý đã được chứng minh trước đó:
Ta đã thu được đẳng thức đúng, nghĩa là công thức ban đầu đã được chứng minh.”
Rõ ràng là những lập luận này vẫn chưa chứng minh được công thức. Họ nói, học sinh thường chửi thề trong sách giáo khoa của trường, nơi công thức được chứng minh theo cách giống hệt nhau, thậm chí không thể hiểu được. Đối với họ, việc tham khảo trong sách giáo khoa về sự tương đương của các công thức không được chú ý.
Bài tập
-
Trong một tam giác đều có đáy và cạnh , góc ở đỉnh là . Chứng minh rằng .
-
Chứng minh rằng trong một tứ giác lồi, hai góc kề với một cạnh tạo thành một góc bằng nửa tổng hai góc còn lại.
-
Chứng minh bất đẳng thức
tại . -
Chứng minh bất đẳng thức . Ở giá trị nào của và thì đạt được sự bình đẳng?
-
Trong tam giác , các góc và tạo thành một cấp số nhân có giá trị phần tử là 2. Chứng minh rằng .
-
Chứng minh rằng
-
Chứng minh rằng tổng bề mặt lớn nhất của một hình bình hành thẳng bằng , trong đó là tổng độ dài các cạnh của hình bình hành đó.
-
Có đúng là tổng bình phương các đường chéo của hình thang bằng tổng bình phương các cạnh bên cộng với tích hai đáy không?
-
Kiểm tra xem bất đẳng thức sau có được chứng minh đúng hay không:
“Ta hãy viết lại bất đẳng thức cần chứng minh dưới dạng
hoặc
điều đó rất đau đớn."
- Có đúng vậy không
52
Nếu một lực không đổi tác dụng lên một vật chuyển động một góc so với hướng chuyển động (Hình 1), thì lực này có tác dụng
(1)
trong đó và là mô đun của vectơ và .
Công của lực bằng tích của các mô hình vectơ lực và độ dịch chuyển của vật thể với cosin của góc giữa chúng.
Chúng ta hãy xem xét chi tiết công thức nổi tiếng này. Nếu góc là thì và công do lực thực hiện là dương. Tại , tức là khi lực vuông góc với độ dịch chuyển của vật , thì công do lực thực hiện bằng không. (Đặc biệt, công của lực truyền gia tốc hướng tâm cho vật bằng 0. Với chuyển động đều của vật theo đường tròn, lực tác dụng lên nó vuông góc với tốc độ của vật.) Nếu , thì và công của lực là âm. Chúng ta hãy tìm hiểu điều này có nghĩa là gì.
Hãy lấy một trường hợp đơn giản khi lực song song với vectơ dịch chuyển của vật. Trong trường hợp này, vật chuyển động với gia tốc , hướng của vectơ lực đó trùng với hướng của vectơ lực. Nếu hướng của vectơ lực trùng với hướng của vectơ vật thì tốc độ của vật tăng lên và lực thực hiện công dương. Nếu vectơ lực hướng ngược lại với vectơ dịch chuyển của vật thì gia tốc của vật có hướng ngược với vectơ vận tốc và giá trị hoành độ của tốc độ của vật giảm. Nhưng công của lực trong trường hợp này, như sau từ công thức (1), là âm ( và ).
Do đó, tác dụng của lực làm chậm chuyển động của cơ thể là âm, tốc độ của nó giảm đi.
Tích là độ lớn của hình chiếu của vectơ lực lên trục mà vectơ dịch chuyển của vật hướng dọc theo (Hình 1). Do đó, chúng ta có thể nói rằng công của lực bằng tích của mô đun vectơ dịch chuyển của vật và hình chiếu của vectơ lực lên trục song song với vectơ dịch chuyển.
Sử dụng công thức này, người ta có thể dễ dàng chứng minh định lý sau.
Định lý 1. Nếu có nhiều lực tác dụng lên một vật thì tổng công do lực này thực hiện bằng tổng công do từng lực thực hiện.
Thật vậy, nếu có nhiều lực tác dụng lên một vật, thì những lực này luôn có thể được thay thế bằng một lực bằng nhau . Do đó, tổng công do tất cả các lực thực hiện bằng lực tác dụng:
Vì hình chiếu của vectơ lên bất kỳ trục nào bằng tổng các hình chiếu
53
trên trục vectơ , sau đó (ví dụ .
Đặc biệt, nếu hai lực tác dụng lên một vật, có độ lớn abscillotine bằng nhau và hướng ngược nhau thì công của chúng bằng không. Tuy nhiên, một số lực này thực hiện một số công dương, trong khi những lực khác cũng thực hiện công âm tương đương.
Không khó để chứng minh một định lý khác.
Định lý 2. Nếu viên phấn thực hiện nhiều chuyển động liên tiếp: , sao cho thì công do lực thực hiện bằng
trong đó là góc giữa các vectơ và . Lưu ý rằng tích bằng hình chiếu của vectơ dịch chuyển cơ thể lên vectơ lực (Hình 2) (chính xác hơn là hình chiếu của vectơ dịch chuyển cơ thể lên trục song song với vectơ lực). Tổng công do lực thực hiện bằng
Nhưng tổng hình chiếu của vectơ lên bất kỳ trục nào cũng bằng hình chiếu của vectơ lên trục này. Kể từ đây,
Bây giờ chúng ta có thể kết luận: nếu vật chuyển động sao cho tổng độ dịch chuyển của nó bằng 0 (vật thể quay trở lại điểm mà nó bắt đầu chuyển động) và trong quá trình chuyển động, một lực không đổi tác dụng lên vật, thì công do lực thực hiện bằng không.
Cơm. 2.
Bài tập 1. Chứng minh công của một lực không đổi không phụ thuộc vào quỹ đạo của vật.
Cho dù vật di chuyển từ điểm đến điểm như thế nào thì độ dịch chuyển của nó vẫn bằng vectơ (Hình 3). Do đó, công do lực thực hiện là , trong đó là góc giữa vectơ và . Sản phẩm này không phụ thuộc vào quỹ đạo của cơ thể.
Cho đến nay lực tác dụng lên cơ thể là không đổi. Bây giờ chúng ta xét công của một lực thay đổi. Trong trường hợp này, chúng ta không thể sử dụng công thức (1) nữa. Để xác định công của một lực thay đổi, cần chia mọi chuyển động của vật thành các chuyển động nhỏ sao cho lực tác dụng lên các chuyển động này có thể coi là không đổi. Trên mỗi chuyển vị như vậy công bằng
Tổng công bằng tổng công, ta sẽ có kết quả gần đúng. Ví dụ, nếu ở độ dịch chuyển lực thay đổi 1% (hay nói đúng hơn là không phải lực mà là tích ), thì độ chính xác trong tính toán của chúng ta cũng sẽ là 1%. Nếu chúng ta cần độ chính xác cao hơn thì chuyển động của cơ thể nên được chia thành những chuyển động nhỏ hơn nữa.
Trường hợp có tầm quan trọng thực tiễn là khi vật chuyển động theo đường thẳng và lực tác dụng lên vật thay đổi tùy theo
54
độ lớn tuyệt đối, trong khi hướng của nó luôn không đổi. Ví dụ, giả sử một vật chuyển động từ điểm này sang điểm khác theo đường thẳng và lực F tác dụng lên vật luôn hướng dọc theo đường thẳng này, nhưng thay đổi từ điểm này sang điểm khác như thể hiện trong đồ thị của lực theo tọa độ x (Hình 4). Hãy tìm công do lực này thực hiện. Chia chuyển động của cơ thể thành các phần nhỏ Δx_i. Trong mỗi phần này, lực sẽ được coi là không đổi và bằng một giá trị trung bình nhất định F_i. Khi đó công trên phần Δx_i là
tức là bằng diện tích hình chữ nhật tính từ các cạnh F_i và Δx_i. Công dọc theo toàn bộ đường đi rõ ràng bằng tổng diện tích của các hình chữ nhật đó. Vì khi tiết diện Δx_i giảm đi, diện tích của tất cả các hình chữ nhật được tô bóng sẽ có xu hướng bằng diện tích của hình bên dưới biểu đồ lực, rõ ràng là công của lực trong trường hợp này bằng diện tích của hình bên dưới biểu đồ của lực được tô bóng so với tọa độ. Nếu đồ thị này đi xuống dưới trục x thì lực F là âm. Điều này có nghĩa là vectơ lực hướng ngược lại với vectơ dịch chuyển của vật. Công của lực này cũng mang tính âm. Điều này có nghĩa là khi tính công, diện tích của hình lúc này “phía trên đồ thị lực” phải lấy dấu trừ. Theo cách tương tự, công nên được coi là âm nếu đồ thị lực nằm phía trên trục X, nhưng sự thay đổi tọa độ của vật là âm.
Vì vậy, chúng ta biết độ dốc nằm giữa vật thể và điểm dừng (Hình 5) đối với chiều dài Δl. Độ cứng của lò xo k. Cơ thể có thể di chuyển dọc theo mặt phẳng chính mà không bị nứt. Tại thời điểm ban đầu, các đầu của lò xo được tạo bởi một sợi dây. Sau đó, sợi chỉ bị chèn ép. Lực lò xo thực hiện bao nhiêu công cho đến khi nó đi qua vị trí “cân bằng” mà tại đó lò xo không bị biến dạng?
Tính công do lực lò xo thực hiện tại thời điểm viên phấn ở bên phải vị trí cân bằng và cách nó một khoảng Δl₁.
Chúng ta hãy vẽ đồ thị biểu thị độ sáng của lực lò xo từ vị trí của vật (tọa độ x của nó) trong hệ tọa độ, gốc của nó trùng với vị trí của vật tại thời điểm lò xo không bị biến dạng và hướng của trục OX trùng với hướng chuyển động của vật sau khi sợi chỉ bị đốt cháy (Hình 6). Sức mạnh
55
Độ đàn hồi của áp suất tỷ lệ thuận với biến dạng của áp suất:
Khi tọa độ của vật âm thì lực là dương và ngược lại.
Công được thực hiện bởi lực đàn hồi tác dụng lên thời điểm vật ở vị trí cân bằng bằng diện tích của tam giác hồng
Với chuyển động tiếp theo của cơ thể, hướng của lực đàn hồi ngược với hướng chuyển động của cơ thể; công việc là tiêu cực. Để tìm công do lực đàn hồi thực hiện tại thời điểm tọa độ của vật bằng , bạn cần trừ diện tích của tam giác xanh khỏi mặt phẳng của tam giác hồng:
Tại .
Bây giờ chúng ta hãy xem xét một sợi tóc khác - trạng thái chuyển động của cơ thể thay đổi như thế nào nếu nó bị tác dụng bởi một lực đã thực hiện công . Chúng ta sẽ giả sử rằng nó chuyển động thẳng và lực hướng dọc theo đường chuyển động của vật. Nếu độ dịch chuyển của vật là thì
Lực truyền gia tốc cho cơ thể, trong đó là khối lượng của cơ thể. Đó là lý do tại sao
Nhưng như chúng ta biết từ động học, , trong đó là vận tốc ban đầu và là vận tốc cuối cùng của vật. Kể từ đây,
Đại lượng là động năng của vật. Vì thế công việc
lực bằng độ biến thiên động năng của vật.
Bài tập 3. Trên viên phấn mô tả ở bài toán trước, ngoài lực đàn hồi còn có lực ma sát của vật lên mặt phẳng. Khối lượng của vật là , hệ số ma sát của vật trên mặt phẳng là . Trong trường hợp này, độ lệch tối đa của vật so với vị trí mà áp suất không cách nhau là bao nhiêu?
Tại thời điểm tọa độ của cơ thể là , tốc độ của cơ thể bằng 0, giống như thời điểm cơ thể chuyển động ban đầu. Do đó, cả độ biến thiên động năng của vật và công của các lực tác dụng lên vật đều bằng không.
Lực đàn hồi của bề mặt hoạt động
và lực ma sát là công
(Công của lực này là âm vì nó hướng vào sự chuyển động của cơ thể.) Do đó
hoặc
từ đây
Từ trước đến nay, khi nói về công việc, chúng ta đều nhấn mạnh đó là công việc của vũ lực. Nhưng, như chúng ta đã biết, lực tác động lên một vật thể này từ một vật thể khác. Vì vậy, thay vì nói về công của một lực, chúng ta có thể nói về công của một vật tác dụng lên một vật chuyển động với một lực cho trước, hay đơn giản là về công của một vật.
Một vật chuyển động có thể thực hiện công, ví dụ như nâng một vật khác. Trong trường hợp này, tốc độ chuyển động của cơ thể và động năng của nó
sẽ thay đổi, và công do một vật chuyển động thực hiện bằng độ biến thiên động năng của nó.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét một trường hợp khác. Chúng ta có hai vật và liền kề nhau và vật cố định bất động và vật chuyển động từ điểm (tại đó nó bất động) đến điểm (Hình 7). (Hình chỉ thể hiện lực tác dụng lên vật .) Chuyển động dưới tác dụng của lực , vật sinh công
(để đơn giản, chúng tôi giả sử rằng lực là không đổi).
Nhưng cơ thể không có động năng dự trữ và sinh công do tương tác với cơ thể . Vì vậy, họ nói rằng vật có năng lượng, năng lượng này được xác định tương ứng với vị trí của các vật và . Năng lượng này được gọi là năng lượng tiềm năng. Nếu một cơ thể có động năng thì thế năng không còn có thể được quy cho một cơ thể cụ thể nữa. Một hệ cơ thể có thế năng. Tuy nhiên, thông thường, khi sự dịch chuyển của một trong các vật thể và sự thay đổi động năng của nó nhỏ so với những thay đổi trong chuyển động của vật thứ hai, họ nói rằng thế năng đề cập đến một vật thể - vật thực hiện các chuyển động lớn. Ví dụ, họ nói về thế năng của một vật thể tương tác với Trái đất, thay vì nói về thế năng của hệ thống cơ thể - Trái đất.
Bất kỳ vật (hệ) biến dạng đàn hồi nào cũng có thế năng và có thể sinh công.
Cơm. 7.
56
Ma, bao gồm một phần điều khiển với Trái đất (hệ cơ thể - Trái đất) và nói chung là bất kỳ hệ thống cơ thể nào tương tác với nhau bằng liên kết đàn hồi hoặc liên kết trọng lực hoặc liên kết Coulomb điện.
Thế năng mà cơ thể sở hữu có sự khác biệt quan trọng so với động năng. Nếu vật đứng yên (), thì động năng của nó bằng 0 và vật không thể thực hiện công bằng cách thay đổi động năng - xét cho cùng, động năng bằng và không thể âm. Nếu nó bằng 0 thì nó không thể giảm được. Đồng thời, nếu vật ở độ cao so với bề mặt Trái đất thì khi rơi xuống, nó có thể sinh công bằng công do trọng lực thực hiện:
Tiềm năng có thể nói cơ thể có thế năng . Nhưng cơ thể có thể rơi vào một cái trục có độ sâu . thì nó có thể thực hiện công và chúng ta cần giả sử rằng thế năng bằng . Vậy nó thực sự bằng cái gì?
Thực tế là thế năng được xác định nếu chúng ta đặt vị trí của vật mà tại đó, như chúng ta tin, thế năng bằng 0. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là khi di chuyển khỏi vị trí này, cơ thể không thể thực hiện công. Năng lượng tiềm năng đơn giản của cơ thể sẽ giảm, trở nên tiêu cực. Vị trí nào của cơ thể được coi là vị trí của “thế năng bằng 0” không quan trọng: tất cả các định luật và phương trình đều bao gồm sự thay đổi thế năng và nó không phụ thuộc vào việc lựa chọn “thế năng bằng 0”. Đối với động năng, “số không”—“trạng thái số không”—là trạng thái trong đó vật thể bất động.
57
Vì vậy, công mà một vật có thể thực hiện, ban đầu đứng yên, bằng độ biến thiên thế năng của nó. Nếu vật chỉ tương tác với vật , tức là nó chỉ chuyển động dưới tác dụng của lực , thì thế năng của nó giảm, tức là khả năng thực hiện công của nó giảm. Nhưng trong trường hợp này, động năng của vật tăng lên, và độ biến thiên của động năng bằng công thực hiện bởi lực , và độ biến thiên của thế năng cũng bằng công thực hiện bởi lực , nhưng nó âm.
Điều này có nghĩa là độ biến thiên của thế năng có độ lớn bằng độ biến thiên của động năng, vì tổng của chúng luôn không đổi.
Chúng ta đã đi đến một kết luận rất quan trọng - định luật bảo toàn cơ năng của một hệ cô lập. Bị cô lập, vì điều quan trọng đối với chúng tôi là cơ thể không bị ảnh hưởng bởi các cơ thể khác ngoại trừ cơ thể , nghĩa là các cơ thể và tạo thành một hệ cô lập. Nếu các lực bên ngoài nó tác dụng lên một hệ cho trước thì tổng năng lượng của hệ sẽ thay đổi theo lượng công do các lực này thực hiện.
Bây giờ chúng ta hãy giải một số bài toán.
Bài 4. Ném một sợi dây qua một khối sao cho hai đầu sợi dây có cùng độ cao om
Cơm. 8.
Sau đó khối tiếp theo và sợi dây bắt đầu rút ngắn khỏi khối dưới tác dụng của lực giữa chúng. Lúc này sợi dây sẽ có tốc độ bao nhiêu khi nó hòa hoàn toàn vào vật? Chiều dài dây , khối lượng .
Tại thời điểm ban đầu khối lượng của sợi dây cách vật . Tại thời điểm sợi dây cắt đứt khối, khối tâm của nó sẽ cách khối một khoảng . Trong trường hợp này, thế năng của hệ dây-Trái đất sẽ thay đổi theo các giá trị sau:
Từ định luật bảo toàn năng lượng suy ra rằng
Từ đây
Nhiệm vụ 5. Buộc nâng vật nặng lên độ cao . Lực này thực hiện công gì? Thế năng của vật thay đổi như thế nào?
Công do lực thực hiện bằng , và độ biến thiên thế năng là mg, m là khối lượng của vật. Sự khác biệt đã làm tăng động năng của cơ thể.
Bài tập 6. Máy bơm cần có công suất bao nhiêu để mô-đun chuyển Q lít nước trong 1 giây từ giếng, độ sâu h, trên bề mặt trái đất? Khu vực thứ hai gồ ghề, qua đó nước được ném vào, s.
Nước phải có tốc độ trong đường ống. Điều này có nghĩa là máy bơm, trong thời gian , phải thực hiện công bằng với độ biến thiên thế năng của khối nước :
(ρ là mật độ của nước) và sự thay đổi
58
ee động năng
Công suất của bơm bằng công thực hiện được trong 1 giây:
Năng lượng, giống như công, phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ tọa độ. Điều này là tự nhiên - xét cho cùng, cả tốc độ của vật thể và độ dịch chuyển của nó đều phụ thuộc vào hệ tọa độ.
Cuối cùng chúng ta hãy giải bài toán, trong đó tồn tại sự lựa chọn hệ tọa độ.
Bài toán 7. Hai điện tích q có độ lớn và ý nghĩa bằng nhau nằm cách nhau một khoảng R. Các điện tích này có thể tiếp cận nhau ở khoảng cách tối thiểu bao nhiêu nếu tại thời điểm ban đầu o một trong các điện tích tích tụ và điện tích kia chuyển động về phía nó với vận tốc v?
Thông thường, bài toán này được quyết định sử dụng hệ tọa độ liên quan đến điện tích tích lũy ban đầu. Trong hệ tọa độ này, năng lượng của hệ ban đầu bằng tổng thế năng và động năng của chuyển động tích điện
Tại thời điểm các điện tích ở khoảng cách tối thiểu với nhau, chúng đứng yên trong hệ tọa độ này và năng lượng của hệ bằng thế năng . Từ định luật bảo toàn năng lượng suy ra rằng
từ đây
Tuy nhiên, lời giải này không chính xác.
Hệ tọa độ liên quan đến điện tích chuyển động không đều là hệ không quán tính. Nó không thể sử dụng một hệ tọa độ cố định. Ở đây, tại thời điểm ban đầu, các điện tích có tốc độ
và năng lượng của hệ thống là
Từ định luật bảo toàn động lượng, tại thời điểm khi khoảng cách giữa các điện tích là nhỏ nhất thì cả hai điện tích đều chuyển động với cùng tốc độ, bằng . Năng lượng của hệ thống là
Từ định luật bảo toàn năng lượng ta tìm được:
Ở bên phải
- Bánh xe lăn không bị thủng với vận tốc v. Tìm động năng của bánh xe này. Khối lượng của bánh xe là m.
- Một quả cầu có bán kính r = 15 mm, khối lượng m = 5 e được nhúng chìm trong nước ở độ sâu h = 30 cm. Khi thả quả bóng ra, nó nhảy lên khỏi mặt nước đến độ cao h_1 = 10cm. Phần cơ năng nào của quả bóng đã chuyển thành nhiệt do ma sát của quả bóng với nước?
- Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng, hãy tìm vận tốc dòng chất lỏng từ lỗ y ở đáy bình nếu mực chất lỏng ở độ cao h tính từ đáy bình.
59
CÁC LỰA CHỌN THI ĐẦU VÀO
TRONG VẬT LÝ TẠI MOSCOW
VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT
NĂM 1972
Vé 1
-
Trong khi lao xuống với tốc độ cao, người trượt tuyết đi xuống một con dốc φ = 45° mà không dùng gậy đẩy ra. Hệ số ma sát giữa nằm và tuyết là k = 0,1. Lực cản không khí tỉ lệ với bình phương tốc độ: , trong đó là hằng số bằng 0,7 .
Vận tốc tối đa mà vật bay có thể đạt được là bao nhiêu nếu khối lượng của nó m = 90 ke? -
Sơ đồ VT mô tả một quá trình (chu trình) khép kín được thực hiện bởi một khối lượng nitơ nhất định (Hình 1). Được biết, áp suất khí tối thiểu trong quá trình này là mm. Xác định khối lượng của khí và áp suất của nó tại điểm 1. Các giá trị và được chỉ ra trên hình.
-
Hai lưới song song được kết nối với một pin bằng e. d.s. in, như trong Hình 2. Ở bên trái, ở góc 45° so với lưới, một chùm electron song song có năng lượng ban đầu đang rơi. Ở góc nào chùm tia sẽ lệch đi sau khi đi qua lưới?
-
Hai thấu kính hội tụ có cùng tiêu cự đặt cách nhau một khoảng (Hình 3). Sử dụng hệ thống này, người ta thu được hai hình ảnh của Mặt trời - một hình được tạo bởi các tia, sau khi khúc xạ ở thấu kính thứ nhất, đi qua thấu kính thứ hai, hình còn lại là các tia tạo ra các hình ảnh liên tiếp qua cả hai thấu kính. Hỏi tỉ lệ đường kính của thấu kính là bao nhiêu thì độ sáng của ảnh sẽ bằng nhau?
Vé 2
-
Một đầu của thanh khối lượng m tựa vào góc giữa tường và sàn. Trên bức tường có độ cao bằng chiều dài của cây gậy, một lỗ nhẵn được khoan qua đó một sợi chỉ xuyên qua, buộc vào đầu trên của cây gậy. Đầu kia của sợi chỉ sẽ được ném qua khối và một tải nhỏ treo trên đó (Hình 4). Kích thước của tải trọng phải là bao nhiêu để thanh luôn được ép vào tường từ bất kỳ vị trí ban đầu nào?
-
Một bình có dung tích V = 10 lít được bơm ra ngoài bằng máy bơm có dung tích . Một bình có thể được hút chân không đến mức chân không tốt nhất nếu do dòng điện chạy trong nó, dòng điện trong bình đã hút chân không tăng . Trong thời gian (khi máy bơm đã dừng)? Nhiệt độ không khí trong bình được coi là không đổi.
Ghi chú. Hiệu suất của máy bơm chân không thường được đặc trưng bởi lượng khí được lấy ra khỏi bình được bơm trong 1 giây.
-
Trong mạch điện ở Hình 5, vị trí chuyển động “A” được chọn sao cho dòng điện là . hiện tại bằng bao nhiêu?
-
Trong hai tấm màn gồm các hạt mờ đục có bán kính với hàm lượng chất trên một mét khối không khí, phạm vi tầm nhìn là . Bao nhiêu chất trong một mét khối không khí sẽ bị phun ra bởi một nguồn độ cao khác, tạo ra các hạt có bán kính , nếu tầm nhìn giảm xuống ?
Vé 3
- Các phi hành gia hạ cánh trên Mặt trăng phải quay trở lại tàu vũ trụ mẹ bay theo quỹ đạo tròn ở độ cao bằng bán kính của Mặt trăng . tốc độ ban đầu là bao nhiêu
60
v trên bề mặt Mặt Trăng phải được thông báo cho cabin Mặt Trăng để có thể cập bến tàu cơ sở mà không cần điều chỉnh thêm tốc độ cabin?
Gia tốc rơi tự do trên bề mặt Mặt trăng là .
Lưu ý: Thế năng của một vật có khối lượng , cách tâm một hành tinh có khối lượng một khoảng , được xác định bởi sự tương ứng , trong đó là hằng số hấp dẫn.
-
Hình 6 cho thấy một trong những thiết kế đơn giản nhất của nhiệt kế có khả năng “ghi nhớ” nhiệt độ tối đa mà thiết bị được làm nóng trong quá trình thí nghiệm. Một ống dài hình , đầy một đầu, được đổ đầy ở nhiệt độ có hình tròn như hình vẽ. Ở đầu gối phải phía trên ptrt có một lượng không khí nhất định, chiều cao của cột là . Khi thiết bị nóng lên, không khí giãn nở và đẩy một phần không khí ra ngoài. Sau khi làm mát đến nhiệt độ ban đầu , mức ptrtui ở đầu gối mở bên trái tăng lên . Xác định nhiệt độ mà thiết bị được làm nóng. Áp suất khí quyển . Ptrtui áp suất hơi và các thiết bị phân phối nhiệt của nó.
-
Phần tử của pin dòng điện nguyên tử là một tụ điện hình cầu. Một chế phẩm phóng xạ được áp dụng cho quả cầu bên trong, phát ra các hạt α với tốc độ . Xác định đ. d. Với. phần tử này. Tỷ lệ điện tích của hạt α so với khối lượng của nó là .
-
Dưới đáy một bình chứa đầy nước có một tấm gương phẳng. Một người cúi xuống một chiếc bình nhìn thấy ảnh của mắt mình trong gương ở khoảng cách tốt nhất là , khi khoảng cách từ mắt đến mặt nước là . Xác định độ sâu của tàu. Chiết suất của nước là .
Vé 4
-
Một thanh có khối lượng và chiều dài được cố định ở đầu dưới trên một bản lề (Hình 7). Một sợi chỉ được buộc vào đầu trên của dầm, ném qua một khối cố định ở độ cao tính từ bản lề và trên cùng phương thẳng đứng với nó. Tải trọng tối thiểu cần đặt vào đầu kia của sợi dây là bao nhiêu để thanh đứng vững ở vị trí thẳng đứng?
-
Hydro chứa trong một hình trụ có thể tích dưới áp suất được sử dụng để lấp đầy khí cầu khí tượng - tàu thăm dò có vỏ mềm. Mỗi quả bóng thăm dò phải có lực nâng . Có bao nhiêu quả bóng bay có thể chứa đầy hydro từ một xi lanh? Nhiệt độ của không khí trong xi lanh và bóng bay bằng nhiệt độ môi trường
61
Khí nén K. Lấy phân tử lượng của không khí bằng 29.
-
Nguồn dòng điện trong hệ thống thiết bị điện tự động hiện đại là máy phát điện một chiều và pin mắc song song với nó (Hình 8). Ed.s. pin , em.s. máy phát điện, , và điện trở trong của nó . Ở mức nào , do tải tiêu thụ, pin bắt đầu xả?
-
Ở khoảng cách tính từ màn hình nhỏ (Hình 9) có một nguồn sáng chính xác . Một thấu kính thu được đặt giữa nguồn và màn sao cho nguồn nằm ở tiêu điểm của thấu kính. Hóa ra độ sáng màn hình không thay đổi. Lượng ánh sáng bị mất đi khi đi qua thấu kính là bao nhiêu? Tiêu cự của thấu kính .
CÁC LỰA CHỌN THI ĐẦU VÀO TOÁN NĂM 1972
Đại học quốc gia Moscow mang tên M.V. Lomonosov
Khoa Địa chất tổng hợp, Khoa Địa chất
-
Giải phương trình:
-
Giải hệ phương trình:
-
Từ các điểm và , nằm cách nhau 50 km, 2 mã dành cho người đi bộ được thêu đồng thời hướng vào nhau. Chúng tôi gặp nhau 5 giờ sau. Sau cuộc họp, tốc độ của người đi bộ đầu tiên đi bộ từ đến giảm 1 km/h và tốc độ của người đi bộ thứ hai đi bộ từ đến tăng thêm 1 km/h.
Được biết, người đi bộ đầu tiên đến điểm sớm hơn 2 giờ so với người đi bộ thứ hai đến điểm . Xác định vận tốc ban đầu của người đi bộ đầu tiên.
-
Tìm tất cả các giá trị của mà bất đẳng thức đúng
-
Cho một hình tam giác , trong đó cm, cm, cm. Sự phân chia của góc cắt cạnh tại điểm . Xác định diện tích tam giác .
-
Một đoàn tàu điện ngầm bao gồm nhiều toa, mỗi toa chở một số lượng hành khách như nhau. Số lượng hành khách trong một toa vượt quá số toa là 9. Khi tại ga có 10 người vào toa thứ 2 và 10 người xuống từ toa còn lại thì số hành khách ở toa thứ 2 hóa ra bằng số hành khách còn lại ở tất cả các toa khác. Hỏi ban đầu mỗi toa xe có bao nhiêu hành khách?
-
Giải phương trình:
-
Tìm tất cả các giá trị của mà bất đẳng thức sau đúng:
-
Hình thang có đáy và nội tiếp trong một đường tròn có tâm nằm ở đáy . Đường chéo của hình thang là 4 cm và cạnh là 3 cm. Xác định độ dài của đáy .
-
Ba quả bóng chạm vào nhau theo cặp và chạm vào một mặt phẳng nhất định. Các điểm tiếp xúc của các quả bóng với mặt phẳng tạo thành một tam giác vuông có cạnh bằng 3 cm và góc đối diện là 30°. Xác định bán kính của những quả bóng này.
62
SÁCH MỚI
Trong số này, chúng tôi tiếp tục xuất bản bản tóm tắt các cuốn sách xuất bản năm 1972 được độc giả quan tâm.
Những cuốn sách sau đây sẽ được xuất bản vào quý 3 và quý 4 năm 1972 (có thể đặt hàng qua các cửa hàng Sách qua Thư).
TOÁN HỌC
Nhà xuất bản “MIR”
- Nhà Ebbin G., Yakos K., Man F., Hermes G., máy Tyurin và các hàm đệ quy. (Khối 12 l., phát hành 40.000 bản, giá 86 kopecks.)
Chuyên khảo tập thể này của các nhà toán học Đức bao gồm phần trình bày cơ bản về lý thuyết máy Tyurin và hàm đệ quy - một phần quan trọng của logic toán học hiện đại, đã được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển học. Ngoài nền tảng của lý thuyết này, cuốn sách còn chứa đựng một số kết quả quan trọng, bao gồm cả những khám phá gần đây (đặc biệt là kết quả của Kolmogorov về mối liên hệ giữa máy Tyurin với các lý thuyết cơ bản về xác suất). Trình bày chặt chẽ nhưng dễ tiếp cận và có nhiều ví dụ và giải thích.
Chuyên khảo này sẽ được độc giả thuộc nhiều thể loại khác nhau quan tâm đọc, bắt đầu từ học sinh trung học chuyên ngành toán học và nhân viên cuối cùng và giáo viên của giáo dục đại học.
- Davis M. Lý thuyết về cer. (Khối 12 l., phát hành 75.000 bản, giá 60 kopecks.)
Lý thuyết trò chơi là một trong những lĩnh vực còn non trẻ và đang phát triển nhanh chóng của toán học hiện đại. Chủ đề của nó là nghiên cứu chính thức về các tình huống xung đột theo nghĩa rộng nhất của từ này. Những ý tưởng và phương pháp của lý thuyết trò chơi được ứng dụng trong kinh tế, quân sự, sinh học và các ngành kiến thức khác.
Cuốn sách của M. Davis là một nghiên cứu phổ biến và hấp dẫn về lý thuyết trò chơi. Đặc điểm nổi bật nhất của cuốn sách là tác giả, bắt đầu từ những khái niệm cơ bản, cơ bản của lý thuyết trò chơi, đưa người đọc đến với quy mô của những ý tưởng hiện đại và tinh tế, làm nổi bật một cách không đáng kể phong cách trình bày dễ tiếp cận mà không cần người đọc đào tạo toán học. Sáu phần của cuốn sách đề cập đến sự tương ứng của trò chơi một người, trò chơi có tổng bằng 0 hữu hạn, lý thuyết hữu ích, trò chơi có tổng khác 0 dành cho hai người và trò chơi polychlus.
Cuốn sách được nhiều độc giả quan tâm, những người muốn làm quen với những ý tưởng cơ bản của lý thuyết trò chơi. Các nhà toán học cũng sẽ đọc nó với sự hài lòng.
- Sawyer W. Con đường đến toán học hiện đại. (Tập 11 l., phát hành 50.000 bản, giá 55 kopecks).
Giáo sư W. Sawyer được độc giả Liên Xô biết đến qua cuốn sách “Khởi đầu cho toán học” và bài báo “Đại số” trong tuyển tập “Matematika trong thế giới hiện đại”.
Trong cuốn sách “Con đường đến toán học hiện đại”, thảo luận về các ý tưởng cải cách giáo dục toán học, tác giả nỗ lực nêu bật những vấn đề mới của toán học hiện đại để đưa vào chương trình giảng dạy ở trường.
Xem xét các chủ đề riêng lẻ trong toán học (bản đồ, ma trận, không gian vectơ, v.v.), đang trở nên quan trọng trong thực tiễn khoa học và kỹ thuật, tác giả cho thấy có bao nhiêu ý tưởng trong số này và những ý tưởng tự nhiên dễ hiểu nảy sinh và phát triển từ các chủ đề của toán học truyền thống.
Sawyer đề cập đến cuốn sách của mình dành cho giới trẻ, nhưng nó sẽ không chỉ được học sinh và học sinh mà còn cả giáo viên đọc với sự quan tâm, đặc biệt là liên quan đến triển vọng của chương trình giảng dạy ở trường.
Nhà xuất bản “TRƯỜNG TRUNG HỌC”
- Zorin V.V. Cẩm nang toán dành cho ứng viên đại học. (Thể tích 12 l., giá 59 kopecks.)
Sách hướng dẫn giải thích các khái niệm cơ bản của toán tiểu học. Tất cả các khái niệm được đưa ra đều có thể áp dụng cho các yêu cầu dành cho ứng viên vào các trường đại học.
Cuốn sách hướng dẫn này dành cho những cá nhân đã sẵn sàng cho các kỳ thi đại học mang tính cạnh tranh.
- Solomonik V. S., Milov P. N. Tuyển tập các câu hỏi và bài toán trong toán học. (Khối 15 l., phát hành 50.000 bản, giá 67 kopecks.)
Sách được biên soạn theo chương trình sao chép hồ sơ xét tuyển vào các trường đại học, cơ sở giáo dục trung cấp chuyên nghiệp bậc đại học. Bao gồm các ví dụ và bài toán về số học, đại số và hình học.
Hầu như tất cả các phần đều bắt đầu bằng tài liệu lý thuyết ngắn gọn. Cũng có những câu hỏi giúp người ta có thể hiểu được lý thuyết đã được chấp nhận triệt để đến mức nào.
63
VẬT LÝ
Nhà xuất bản “MIR”
6. Lipson G. Những thí nghiệm vĩ đại trong vật lý. (Khối 10 l., phát hành 50.000 bản, giá 72 kopecks.)
Cuốn sách của nhà vật lý nổi tiếng người Anh G. Lipson mô tả các thí nghiệm đánh dấu những bước tiến khổng lồ trong việc tìm hiểu thế giới xung quanh. Nó thực tế bao gồm tất cả các phần quan trọng nhất của vật lý – từ chuyển động cơ học đơn giản đến cấu trúc của nguyên tử, cũng như những thí nghiệm dẫn đến việc xem xét lại vật lý cổ điển đã trình bày.
Cuốn sách được viết một cách sống động và giàu cảm xúc. Nó được mở rộng tới nhiều đối tượng - từ học sinh, sinh viên đến các nhà khoa học.
7. Serre E. Enrico Fermi - nhà vật lý. (Khối 18 tờ, phát hành 50.000 bản, giá 1 rúp 50 kopecks)
Tiểu sử của nhà khoa học nổi tiếng thế giới, một trong những người sáng lập ngành vật lý hạt nhân và năng lượng hạt nhân, Enrico Fermi, được viết bởi nhà khoa học và cộng tác viên thân thiết của ông, Emil Segre. Cuốn sách bộc lộ hình ảnh của E. Fermi với tư cách là một nhà khoa học: nó nói về phong cách làm việc của ông, những vấn đề ông giải quyết cũng như mối quan hệ của ông với các cộng tác viên và sinh viên. Tính khoa học cao của cuốn sách được kết hợp với cách trình bày phổ biến.
Cuốn sách được nhiều đối tượng độc giả quan tâm - từ các chuyên gia - nhà vật lý cho đến học sinh, sinh viên trung học.
8. Gregory R. Nhà leo núi thông minh. (Khối 11 l., phát hành 50.000 bản, giá 55 kopecks.)
Chữ ký của sinh học tại Đại học Edinburgh, một trong những chuyên gia hàng đầu thế giới về tâm lý thị giác.
Trả lời câu hỏi: “Làm thế nào anh ta có thể trích xuất thông tin về thế giới bên ngoài từ một mẫu điểm sáng nhất định trên võng mạc?” và nhiều người khác, Gregory nói về mối liên hệ giữa những yếu tố quan trọng nhất của nhận thức.
Tài liệu được minh họa phong phú bằng các hình vẽ cho phép người đọc kiểm tra thông tin được trình bày cho mình.
Cuốn sách được những người yêu thích văn học khoa học đại chúng quan tâm.
9. Kempfer F. Nguyên tắc cơ bản của vật lý hiện đại. (Khối 16 l., phát hành 50.000 bản, giá 80 kopecks.)
Mỗi năm, các giáo viên vật lý của cả cấp trung học cơ sở và trung học phổ thông ngày càng khó “theo kịp” sự phát triển nhanh chóng của khoa học của mình. Lối thoát duy nhất có thể là xây dựng lại cấu trúc trình bày của vật lý, đưa nó càng gần với cấu trúc của khoa học hiện đại càng tốt.
Cuốn sách do Giáo sư Kaempfer đề xuất, được độc giả Liên Xô biết đến nhờ chuyên khảo chức năng “Cơ bản của Cơ học Lượng tử” (Mir, 1967), là một nỗ lực thành công lời giải của bài toán khó khăn này. Bằng cách sử dụng một bộ máy toán học đã bị tổn hại, tác giả đã hệ thống hóa, hiểu sâu sắc và trình bày một cách tinh tế các khái niệm cơ bản mà vật lý học được xây dựng trên đó.
Cuốn sách hướng tới rất nhiều đối tượng độc giả, chủ yếu là học sinh trung học cơ sở và học sinh, những đối tượng khá dễ tiếp cận.
Nhà xuất bản “ENLIGHT”
10. Grinbaum M.I. Các thiết bị tự chế trong vật lý. (Khối 10 l., phát hành 40.000 bản, giá 35 kopecks.)
Cuốn sách bao gồm các mô tả về các dụng cụ vật lý khác nhau có thể được chế tạo trong môi trường học đường. Các khuyến nghị được đưa ra cho việc sử dụng các thiết bị này trong thực hành thí nghiệm vật lý ở trường.
11. Kogan B. Yu. Za-
dacha trong vật lý. (Khối 15 l., phát hành 100.000 bản, giá 60 kopecks.)
Bộ sưu tập bao gồm bài toán độ khó tăng dần mà giáo viên có thể sử dụng trong các lớp ngoại khóa, trong các cuộc thi, trong hoạt động câu lạc bộ, đồng thời giới thiệu cho học sinh khi chuẩn bị cho kỳ thi tuyển sinh vào.by.
Phần đầu tiên của bộ sưu tập chứa các điều kiện bài toán và thông tin lý thuyết cơ bản về quá trình vật lý cơ bản.
Trong phần thứ hai, lời giải trong số tất cả bài toán được đưa ra và ở cuối bộ sưu tập - đáp số cho tất cả các vấn đề.
Nhà xuất bản “TRƯỜNG TRUNG HỌC”
12. Milkovskaya L. B. Hãy lặp lại vật lý. (Khối lượng 27,5 l., phát hành 200.000 bản, giá 88 kopecks).
Cẩm nang này dành cho những người trẻ chuẩn bị tham gia các khóa học nước ngoài. Nội dung của nó tương ứng với chương trình vật lý dành cho người đăng ký.by. Chúng khác với sách hướng dẫn năm nay ở chỗ mỗi chương đều có phần trình bày chủ đề một cách có hệ thống, các câu hỏi để lặp lại, các ví dụ lời giải bài toán và bài toán cho các bài tập độc lập.
Sách hướng dẫn bao gồm một số câu hỏi với những tiến bộ hiện đại trong vật lý.
13. Goldfars N.I. Bộ sưu tập các câu hỏi và bài toán trong vật lý. (Khối 18 l., phát hành 75.000 bản, giá 75 kopecks.)
Sách hướng dẫn được đề xuất là một tập hợp có hệ thống các câu hỏi và bài toán về vật lý cho tất cả các phần của chương trình giới thiệu in.by với các yêu cầu ngày càng cao về vật lý.
Nó bao gồm các câu hỏi về vật lý được trình bày trên nhiều trang khác nhau.
65
Cơm. 1.
Bài 5. Ta cần chứng minh . Đối với các góc nội tiếp và các đẳng thức sau là đúng*)
Pozny
Nhưng cung không thể lớn hơn dương, vì nếu không thì tâm của đường tròn sẽ không nằm bên trong hình bảy góc của chúng ta. Kể từ đây,
lớp chín
Nhiệm vụ 5. Cách dễ nhất để giải quyết bài toán này từ đầu là trước tiên hãy đồng ý với đáp số, sau đó chứng minh rằng nó đúng. Bạn có thể đoán đáp số bằng cách sử dụng những tin nhắn như vậy. Giả sử, đối với một số giá trị và , giá trị lớn nhất và bằng . Giả sử rằng các số không bằng nhau. Ví dụ: giả sử . Hãy tăng lên một chút như thế này,
*) Việc đếm ngược là tùy chọn, ngược chiều kim đồng hồ.
Để giá trị mới của bằng , bất đẳng thức được giữ nguyên.
Sau đó, hãy giảm một chút - một lần nữa để giá trị mới , bằng , bảo toàn bất đẳng thức .
Chúng tôi đã đạt đến các giá trị và mà đối với chúng, lớn hơn . Các trường hợp và được xử lý tương tự. Do đó , do đó . Những lập luận này không hoàn toàn chặt chẽ và vấn đề ở đây không nằm ở từ “một chút”, mà thực tế là chúng ta đã giả định rằng có một tập hợp mà thuộc về giá trị lớn nhất. (Thực tế này không rõ ràng lắm.) Tuy nhiên, sau khi đã chứng minh đáp số , khá dễ dàng để đưa lời giải đến cùng. Thật vậy, hãy cho một số giá trị . thì , từ đó , tức là s của tập hợp này nhỏ hơn . Mâu thuẫn thu được cho thấy giá trị lớn nhất của s bằng và nó chỉ đạt được ở .
Bài 6. Hãy tiến hành quy nạp về số đỉnh. Đối với một tam giác (xem Hình 2), việc chứng minh khẳng định bài toán khá đơn giản. Thật vậy, tổng các góc và bằng , nên hai góc này là góc tù. Nhưng góc tù không thể áp dụng cho đáy trong tam giác cân. Vì vậy . Nhiều học sinh đã giải được bài toán theo cách này, sau
67
Cơm. 5.
Bồi thẩm đoàn, Tiến sĩ Vật lý và Toán học V. M. Alekseev “cưỡng bức” chuyển cuộc họp với «Kvant» - việc này xảy ra vào khoảng bảy giờ - bồi thẩm đoàn bắt đầu làm việc.
Và cuối cùng, ngày 17 tháng 4 là ngày cuối cùng của Thế vận hội.
Từ 11 đến 14 giờ, một trận đấu toán học đã được tổ chức giữa các đội của trường nội trú Leningrad và Moscow (xem ghi chú ở trang 71 để biết thể lệ của trận chiến toán học và các nhiệm vụ được giao trong thời gian đó). Người Muscites đã giành chiến thắng với tỷ số cách biệt nhỏ.
Lúc 16h, lễ bế mạc Thế vận hội diễn ra tại Nhà hát lớn. Chủ tịch ban giám khảo V. M. Alekseev trao giấy chứng nhận và giải thưởng cho người chiến thắng. Tổng cộng có 238 người tham gia đã hoàn thành thành công Olympic.
Giải nhất
tiếp nhận học sinh lớp 8: Serey Fomin (Leningrad, Trường Vật lý), Mikhail Baum (Simferopol, trường số 40), Mikhail Guasarov (Leningrad, trường số 188), Evgeniy Falkin (Chita, trường số 38), Viktor Kozyrev (Leningrad, trường số 38), Andrey Brailov (Moscow, trường số 2), Alexander Merkov (Moscow, trường số 91); chín tác phẩm kinh điển: Serey Konyaets (Saratov, trường số 19), Dmitry Lettsner (Moscow,
Cơm. 6.
trường số 2). và học sinh lớp 10: Serey Belkin (Moscow, trường số 7), Vladimir Burkov (Moscow, trường Vật lý), Aleksandr Shapovalov (Moscow, trường Vật lý), Vladimir Schwartz (Leningrad, Trường Vật lý).
Giải Nhì
— học sinh lớp 8: Igor Savitsky (Leningrad, FMS), Vladimir Pertsel (Sverdlovsk, trường số 70), Konstantin Morozov (Frunze, trường số 61), Leonid Danilov (Izhevsk, trường số 30), Olga Guba (Vologda, trường số 8), Georey Gerasimov (Saratov, trường số 19), Dmitry Tyukavkin (Irkutsk, trường số 8). 11), Leonid Trakhmenberg (Ivanovo, trường số 55), Evgeniy Shustin (Borza, vùng Chita, trường số 240), Svetlana Rubinstein (Moscow, trường số 2), Nikolai Sherbina (Dnepropetrovsk, trường số 67); chín tác phẩm kinh điển: Arkady Vaintrov (Moscow, FMS), Naum Goltsman (Moscow, trường số 179), Pavel Grozman (Simferopol, trường số 40), Sergey Zakharov (Magnitogorsk, trường số 4), Vladimir Makeev (Leningrad, FMS), Elena Chekhovaya (Kiev, trường số 38) và học sinh lớp 10: Andrey Golbereg (Moscow, trường học) Số 2), Yury Kolmkov (Moscow, FMS), Vladimir Korenyako (Voronezh, trường số 58),
70
trường số 4), Oleg Terlev (Dnepropetrovsk, trường số 23), Vladimir Shebetkv (Smolensk, trường số 7); trong 10 lớp - Vladimir Belov (Vologda, trường số 8), Lev Vaidman (Leningrad, trường số 45), Serey Katsur (Kishinev, trường số 34), Serey Podkovyrin (Maikop, trường số 19), Igor Plemenev (Moscow, trường số 18), Igor Tellov (Kommunarsk, trường số 22).
bằng tốt nghiệp cấp III
học sinh lớp 8 được trao cho Anatoly Arzamastsev (Chita, trường số 4), Serik Burkimbaev (Dzhambul, trường số 8), Vladimir Brown (Leningrad, trường số 45), Viktor Ineamyevy (Mogilev, trường số 4), Andrey Kirilok (Poltava, trường số 6), Alexander Kuznetsov (Saratov, trường số 13), Tynu Luman (Tallinn, trường số 1), Ashom Mavsyan (trường vật lý và toán học ở Yerevan), Viktor Nikiforov (Cheboksary, trường số 2), Vitaly Skovorets (Leningrad, trường số 121), Igor Tkachev (Khmelnitsky, trường số 9), Alexander Fiksel (Vladivostok, trường số 23); học sinh lớp 9 - Gennady Gilyu (trường Rivne), Vladimir Kazanera (Moscow, trường số 2), Igor Korenanov (Dnepropetrovsk, trường số 23), Vadim Mirny (Moscow, trường số 2), Andrey Medvedev (Sverdlovsk, trường số 68), Mikhail Osipsva (Moscow, trường số 2), Alexander Skripchenko (Nikolaev, trường số 35), Alexander Turitsa (Kyiv, trường số 145), Yury Yakonenko (Sokal, vùng Lviv, trường số 2); học sinh lớp 10 - Serey Andreev (Khmelnitsky, trường số 16), Konstantin Aeladze (Tbilisi, trường số 42), Pavel Kuznetsov (Gorky, trường số 40), Vadim Vakhovsky (vùng Sakhalin, vùng Dlinsky ONO, làng Sokol, trường số 4), Vyacheslav Dremov (Gorlovka, vùng Donetsk, trường số 73), Leonid Dzaurs (Tallinn, trường số 15), Mikhail Dezhurko (Pinsk, vùng Brest, trường số 3), Igor Niksvin (Kharkov, trường số 27), Alexander Zuev (Perevalsk, trường số 1), Serey Zaslavsky (Dnepropetrovsk, trường số 23), Boris Kuzmin (Moscow, trường số 18), Grigory Kantor (Kirov, trường số 53), Viktor Lakhin (Voroshilograd, trường số 17), Ruben Mkrityan (trường số 1 ở Yerevan), Jaan Pruumland (Välyandi, Estonian SSR, trường số 1), Evgeny Sklyanin (Leningrad, trường số 30), Serey Sobolev (Kostroma, trường số 32), Vladimir Odannesyan (Armenian SSR, quận Abovyan, làng Voghchaberd), Alexander Chernyak (Voronezh, trường số 58).
27 tác phẩm kinh điển thứ tám, 34 tác phẩm kinh điển thứ chín và 24 tác phẩm kinh điển thứ mười đã nhận được giấy chứng nhận thành tích xuất sắc tại Olympic.
Ngoài các bằng cấp, chứng chỉ, nhiều hạng mục còn được trao giải thưởng đặc biệt từ các tổ chức khác nhau. Đặc biệt, giải thưởng của sở giáo dục công cộng khu vực Kirov ở Tbilisi cho kết quả tốt nhất trong số những người tham gia Olympic đã thuộc về Tatyana Zabrodskaya, học sinh lớp 8 tại trường OLS số 24 ở Semipalatinsk. Một giải thưởng đặc biệt của tạp chí Pioneer đã được trao cho học sinh nhỏ tuổi nhất của Olympic, Serey Korshunov. Alexander Fiksel, học sinh lớp 8 tại trường OLS số 23 ở Vladivostok, với thể loại lý thuyết gốc lời giải bài toán đã được trao giải chuyên môn của tạp chí «Kvant» - bộ tạp chí năm 1970 và 1971 với chữ ký của tổng biên tập tạp chí, Viện sĩ I. K. Kikon và phó tổng biên tập thứ nhất, Viện sĩ A. N. Kolmogorov.
Ban tổ chức Olympic, ban giám khảo, các nhà khoa học từ Đại học bang Tbilisi, Viện Bách khoa Tbilisi và Viện sư phạm, nơi họ chuẩn bị một nhiệm vụ thử nghiệm, và các nhân viên của Sở Giáo dục Công Tbilisi đã nỗ lực rất nhiều để đảm bảo rằng Olympic được tổ chức rõ ràng, có tổ chức, với lợi ích to lớn từ các kế toán viên.
71
Trong «Kvant» Số 5 trong thông tin về cuộc mít tinh của sinh viên các trường vật lý và toán học, chúng tôi đã đề cập rằng một cuộc thi toán học đã được tổ chức tại cuộc biểu tình - một cuộc thi đã trở nên phổ biến trong các trường vật lý và toán học. Trong số này, chúng tôi công bố các quy tắc đấu tranh toán học và đấu tranh toán học bài toán, diễn ra tại Klippad Toán học Toàn Liên minh lần thứ 6 ở Chelyabinsk.
BS toán học bao gồm 2 hoặc 3 đội, mỗi đội gồm 8-12 thành viên, một trong số đó là đội trưởng. Việc chuẩn bị cho trận đấu và chấm giải được thực hiện bởi ban giám khảo, họ chọn trước bài toán và (thường bằng số lượng thành viên trong đội) và phê duyệt nội quy, quy định của trận đấu, đồng thời trao điểm cho các đội trong suốt trận đấu. Thú vị nhất là trận chiến của ba đội, vì vậy chúng tôi sẽ nêu ra các quy tắc toán học của trận chiến giữa ba đội, sau đó nói về việc giao tiếp trong trận chiến của hai đội.
Phần chuẩn bị
Trong 2-5 giờ đầu tiên, các đội ở các phòng khác nhau và giải bài toán. Trong trường hợp này, cả hai đội sẽ không nhận được thông tin về bài toán đối thủ đã quyết định.
Ở giai đoạn này, nhóm hoạt động như một chỉnh thể duy nhất: tất cả các thành viên của nhóm cùng nhau giải bài toán và nếu bất kỳ ai trong số họ thực hiện bài toán lời giải thì những người còn lại không cần phải giải nó nữa. Việc phân phối bài toán do đội trưởng chỉ huy. Tuy nhiên, trong tương lai, một người sẽ đại diện cho mỗi đội bài toán, vì vậy đội trưởng phải phân phát bài toán đã giải được giữa các đội (trong trường hợp này, một người có thể giải quyết một số vấn đề). Ngoài ra, bạn cần những “chuyên gia” giải quyết các vấn đề, quen thuộc với tất cả những khó khăn và sự tinh tế của bài toán và có khả năng bác bỏ sai lầm lời giải của đối phương.
72
Trận đánh
Khi thời gian chuẩn bị kết thúc, các đội tập trung lại tại hội trường và trận chiến bắt đầu, bao gồm các hiệp (mỗi hiệp bài toán). Trước hết, ban giám khảo thông qua các câu hỏi bổ sung dễ, phần thi đội trưởng hoặc bốc thăm sẽ ấn định số hiệu A, B, C cho các đội (sau đó vai trò của các đội thay đổi theo lịch trình đã định sẵn nếu không có đội nào từ chối gọi).
Pstrace của ban giám khảo này trao quyền cho đội A thách đấu đội B bất kỳ bài toán nào đã được đội A giải quyết và chưa được thông báo. Nếu đội A không có bài toán như vậy thì có thể từ chối cuộc gọi, nhưng trong trường hợp này sẽ mất quyền thi đấu cho đến khi kết thúc trận đấu. Vì vậy, đôi khi mệnh lệnh là thừa nhận thách thức đối với bài toán chưa được giải quyết. Nếu điều này sau đó bị phát hiện, nó sẽ được xếp vào loại “gọi sai” và bị trừng phạt tương ứng.
Tiếp theo, có 9 phương án khả thi, được thu thập trong Bảng 1.
Đội B có thể chấp nhận thử thách hoặc có thể từ chối cho biết lời giải. Trong trường hợp từ chối, cuộc gọi sẽ được kiểm tra tính đúng đắn: lời giải phải được đội A thông báo. Nếu đội biết lời giải, nhưng không thể nói rõ ràng hoặc nghi ngờ có sai sót trong lời giải, tốt hơn hết bạn nên từ chối cuộc gọi. Tuy nhiên, đội A hoặc B đề cử người trả lời lời giải, đội còn lại đề cử đối thủ. Đội C cử ngay
9 phương án phân chia vai trò của 3 đội trong.type
| A | B | A | C | B | đáp số | đối. | đề nghị | khỏe |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| gọi B | được chấp nhận | — | — | — | B | A | C | — |
| gọi B | từ chối | được chấp nhận | — | — | A(?) | B | C | ? |
| gọi B | từ chối | từ chối | từ chối (gọi sai) | được chấp nhận | — | C | B | A | A |
| gọi B | từ chối | gọi C | — | được chấp nhận | — | C | B | A | — |
| từ chối | gọi C | — | từ chối | được chấp nhận | B(?) | C | A | ? |
| từ chối | gọi C | — | từ chối | được chấp nhận | từ chối (gọi sai) | — | — | B |
| từ chối | từ chối | — | được chấp nhận | — | C | B | A | — |
| từ chối | từ chối | — | từ chối | — | — | — | — | — |
công thức. Nếu một số người được gọi và đội A ngay lập tức từ chối nói lời giải, thì C trả lời, B phản đối và A quyết định.
Với đáp số, Ban giám khảo nhường sàn cho người trả lời và cho đối thủ quyền quay người trả lời đi bất cứ đâu để hỏi người trả lời một câu hỏi hoặc yêu cầu người đó nhắc lại chỗ chưa rõ. lời giải, bồi thẩm đoàn cũng như các thành viên còn lại trong đội (và đặc biệt là hoạt náo viên) đều không có quyền đưa người trả lời và đối thủ vào cuộc đối thoại hoặc đặt câu hỏi. Chỉ khi cuộc tranh luận giữa bị đơn và đối phương kéo dài, đi ngang thì bồi thẩm đoàn mới có quyền lật ngược tình thế và nhường sàn cho lời giải. Người nhận xét thường không đặt câu hỏi cho người trả lời hoặc đối thủ mà chỉ nhận xét về nước đi lời giải và phe đối lập. Chỉ sau khi kết thúc phần phát biểu lời giải ban giám khảo mới có quyền đặt câu hỏi cho người trả lời.
Mỗi bài toán, bất kể độ khó của nó, đều có giá trị 12 điểm, được chia cho người trả lời, đối thủ và người quyết định tùy thuộc vào nội dung màn trình diễn của họ. Nếu một số thử thách được phát hiện, thì điểm phạt sẽ được phân bổ từ 12 điểm giống nhau. Đối với một thử thách nhất định, đội A, mỗi đội B và C nhận được từ 2 đến 6 điểm. Đội A đã phải thực hiện hình phạt này sau khi một số trận đấu kết thúc với tỷ số âm.
Rất thường xuyên, một đội nhận được tất cả 12 điểm: hoặc đội B nói một bài toán dễ, vì vậy A và C không có gì để thêm, hoặc A gọi B với một câu hỏi rõ ràng là khó bài toán, B từ chối, và sau đó cả B và C đều không thể nói bất cứ điều gì quan trọng về lời giải mà họ chưa sẵn sàng nhận xét.
Vấn đề gọi sai gây rất nhiều phiền toái cho bồi thẩm đoàn. Đội A, buộc phải trả lời nếu B từ chối, có thể nói một lời giải có chủ ý sai nhưng “hợp lý” hoặc một lời giải không đầy đủ, riêng tư hoặc bất hợp pháp. Vì khó có thể phân biệt được lỗi cố ý được ngụy trang khéo léo trong lời giải với lỗi “thực”, nên người ta thường chấp nhận rằng bất kỳ lệnh gọi nào trong đó lệnh A được phát hiện có lỗi đáng kể trong lời giải hoặc không có lời giải đều được coi là không chính xác. Số tiền phạt tùy thuộc vào người thay thế lỗi: bản thân bị đơn, đối phương, người ra quyết định hay bồi thẩm đoàn. Lời giải được coi là đúng nếu không có thành viên ban giám khảo nào phát hiện ra lỗi trong đó trước khi điểm cho bài toán này được phát hiện; nếu phát hiện lỗi sau khi phát hiện tài khoản thì tài khoản vẫn được giữ nguyên. Tuy nhiên, nếu ban giám khảo không chắc chắn về lời giải, nhưng không thể chỉ ra lỗi ngay lập tức, thì điểm sẽ không được giải thích cho đến khi một thành viên ban giám khảo được chỉ định đặc biệt thuyết phục được về sự hiện diện hay vắng mặt của lỗi.
Nếu chỉ có hai đội tham gia thì quy tắc được đơn giản hóa đáng kể - không có quyết định và không cần phải lo lắng về lịch trình cuộc gọi. Ở đây, lệnh gọi sai cũng bị phạt bởi
74
rằng cô ấy phải lặp lại những điều trên. Ngoài ra, ban giám khảo có quyền không chia một số điểm giữa các đội.
Lịch video phải được lập sẵn để mỗi đội có thể gọi cho nhau. Nếu bạn nhập 6 (hoặc 12) bài thì trong 6 vòng bạn sẽ nhận được tất cả các hoán vị của 3 đội (3!=6): ABC, BCA, CAB, ACB, CBA, BAC.
Các bài toán chiến đấu ở Chelyabinsk tại Olympic Toán học toàn Liên minh *)
-
Cho một dãy số {a_n} và hàm f sao cho f(n+1) - f(n) ≥ n+1. Biết rằng a_n ≤ a_{n+1} + a_f(n). Chứng minh rằng bạn cũng có thể chỉ định các giá trị a_i1, …, a_ih, sao cho a_i1 + a_i2 + … + a_ih > 100.
-
Trong pho mát hình khối. n × n × n, một lỗ hình cầu được cắt ra 1. Tìm số vết cắt phẳng tối thiểu cho phép bạn phát hiện ra nó một cách chắc chắn.
-
Mỗi quốc gia trên máy bay bao gồm một hoặc hai mảnh.
*) Phần này của bài viết được chủ tịch ban giám khảo cuộc thi toán học L. G. Limanov chuẩn bị xuất bản.
Chứng minh rằng bản đồ có thể tô đúng bằng 12 màu.
-
Cho tam giác ABC, dựng các tam giác đều ABC’, BCA’, ACB’. Chứng minh rằng các đường thẳng CC1, BB1, AA1 lần lượt vuông góc với A’B’, A’C’ và B’C’ cắt nhau tại một điểm.
-
Với n bất kỳ, chúng ta có thể chỉ ra rằng từ m người, chúng ta có thể chọn n người quen theo cặp hoặc n người lạ theo cặp.
-
Các số đã cho là a_0, a_1, a_2, …, a_n, với a_0=a_n=0, a_i > 0 với i≠0, n và a_s-1+a_s+1 ≥ a_s cos π/k.
Chứng minh rằng n ≥ k.
- Cho hàm f trên khoảng [ab], và f + f’’ > 0, f(a) = f(b) = 0, f(x) > 0 trên (ab).
Chứng minh rằng b − a ≥ π *).
- Cho a và n là các số tự nhiên lớn hơn 1. Chứng minh rằng a^n − a ≠ ∑_d a^d − 1, trong đó tổng lớn hơn một số ước d của n.
*) f’’ là tích thứ hai của hàm f. Người ta tin rằng nó tồn tại ở mọi điểm của đoạn [a, b].
Trong «Kvant» số 6 các thao tác sau:
trang | in | phải có
— | — | —
75 | cột bên phải | Dòng 14 màu xanh
77 |cột trái | 8 dòng màu xanh
77 |cột phải | 7 dòng từ trên xuống
5a ± √a^2 + 4a | 5a − √a^2 + 4a
20√21, 20√21 | 10√21, 10√21
S | 2S
76
sau đó tách electron ra khỏi nguyên tử. Những va chạm như vậy của các phân tử và nguyên tử được gọi là không đàn hồi. Va chạm không đàn hồi có thể rất đa dạng về bản chất. Để nghiên cứu các quá trình phát sinh trong trường hợp này, người ta phải có khả năng nghiên cứu các tác dụng cơ bản của từng hạt riêng lẻ. Tuy nhiên, cho đến gần đây, vật lý học mới chỉ có thể theo dõi kết quả cuối cùng của nhiều vụ va chạm của một số lượng lớn các hạt tương tác và theo dõi hướng chuyển động của chúng.
Hai thập kỷ trước, một nhóm các nhà vật lý Leningrad đã bắt đầu lời giải vấn đề cực kỳ khó khăn này. Trước hết, họ đã phát triển các phương pháp thí nghiệm giúp có thể theo dõi trạng thái của từng hạt trong các va chạm không đàn hồi. Những phương pháp này cho phép đo năng lượng, khối lượng, điện tích của các hạt tương tác và theo dõi hướng chuyển động của chúng.
Bằng cách sử dụng những phương pháp này, nhiều năm nghiên cứu có hệ thống đã được thực hiện, giúp mở rộng và nâng cao hiểu biết của chúng ta một cách bất thường về sự tương tác không đàn hồi của các nguyên tử và phân tử. Hóa ra lý thuyết trước đây về các quá trình như vậy là không chính xác. Một lý thuyết mới là cần thiết. Nó được phát triển bởi những người tham gia vào các nghiên cứu này. Trong các thí nghiệm được thực hiện, người ta đã phát hiện ra hiện tượng chèn nhiều electron, trong đó một nguyên tử mất đi nhiều electron cùng một lúc trong một vụ va chạm. Người ta nhận thấy rằng sự mất mát năng lượng của các hạt tương tác trong quá trình va chạm về bản chất là rời rạc. Năng lượng được truyền trong khi va chạm có thể không đạt bất kỳ giá trị nào trong phạm vi cho phép mà chỉ đạt một số giá trị được xác định nghiêm ngặt. Hóa ra là các nguyên tử tan chảy hình thành, trong một phần không đáng kể của giây, các hệ thống tương tự như phân tử. Và mặc dù một “phân tử” như vậy tồn tại trong một thời gian rất ngắn (~10⁻¹⁵ s), trong thời gian này, một sự tái cấu trúc sâu sắc sẽ xảy ra trong lớp vỏ điện tử của các nguyên tử của nó, dẫn đến mất đi nhiều hiện tượng vật lý mới được phát hiện trong quá trình thí nghiệm.
Kiến thức về cơ chế tác động cơ bản của va chạm không đàn hồi có tầm quan trọng lớn đối với điện tử vô tuyến, nghiên cứu các quá trình xảy ra trong laser khí, máy phát điện từ thủy động lực, cũng như trong bầu khí quyển Trái đất và các không gian vũ trụ xa xôi. Chúng có giá trị lớn cho sự phát triển của hóa học nhiệt độ cao và lời giải vấn đề kiểm soát phản ứng nhiệt da. Đặc biệt, nhờ nghiên cứu được mô tả ở trên, người ta đã có thể tạo ra một phương pháp xác định một cách đáng tin cậy các đặc tính chính của huyết tương nóng - cái gọi là “chẩn đoán tiểu thể” của huyết tương.
Giải thưởng Lenin lần thứ ba cho công trình nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý đã được trao cho Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Ukraine Alexei Zinovievich
Petrov đã xuất bản công trình “Các phương pháp nhóm bất biến trong phương pháp so sánh”.
Sự phát triển nhanh chóng được trình bày về bản chất của Vũ trụ, gắn liền với việc tạo ra các lĩnh vực thiên văn học mới (điện tử học vô tuyến, thiên văn học RENTenian, v.v.), cũng như với sự biểu hiện của con người trong Không gian, một mối quan tâm cực kỳ chi tiết đến các vấn đề về lực hấp dẫn. Những vấn đề này được nghiên cứu bằng lý thuyết tổng quát của lý thuyết tương đối về không gian, thời gian và lực hấp dẫn. Lý thuyết tương đối tổng quát đã giúp chúng ta hiểu sâu hơn về bản chất của không gian, thời gian, lực hấp dẫn và sự tương tác của chúng. Cô ấy đã chỉ ra rằng những vật thể nặng nề, bằng sức hút của chúng, uốn cong không gian xung quanh chúng, giống như một hòn đá uốn cong tấm vải căng mà nó nằm trên đó. Những vật thể nặng nề nhận thấy thời gian trôi qua trong môi trường xung quanh chúng.
Lý thuyết chung về trọng lượng tương đối vẫn chưa hoàn thiện và vẫn tiếp tục được phát triển thành công cho đến ngày nay.
Đóng góp rất đáng kể cho sự phát triển của lý thuyết này là công trình của A.Z. Petrova. Những thành tựu khoa học chính của ông tập trung vào hai chuyên khảo: “Không gian Einstein” và “Những phương pháp mới trong lý thuyết tổng quát về lý thuyết tương đối”, trong tác phẩm đầu tiên của A.Z. Petrov đã kiểm tra tất cả các biến thể có thể có của trường hấp dẫn (nhiều loại độ cong của không gian bởi vật nặng), được cho phép bởi lý thuyết tổng quát của lý thuyết tương đối, và tạo ra cấu trúc phân loại toán học của chúng. Đồng thời, ông đã tìm ra được lời giải những điều khiển cơ bản mới cho lý thuyết này.
Trong tác phẩm thứ hai A.Z. Petrov đã nghiên cứu các loại trường hấp dẫn đối xứng được phép. Những kiểu đối xứng này gắn liền với các định luật bảo toàn các đại lượng vật lý khác nhau. Nhờ nghiên cứu của A.Z. Petrov, bây giờ chúng ta biết định luật bảo toàn nào xảy ra trong một hệ có các trường hấp dẫn khác nhau.
Giải thưởng Lenin cũng được trao cho công trình nghiên cứu kéo dài nhiều năm của một trong những học giả toán học hiện đại lớn nhất, I. Matievich Vinogradov, được tóm tắt trong chuyên khảo “Phương pháp sử dụng tổng trong phương pháp luận”. Dựa trên phương pháp này do I.M. Vinogradov đề xuất và chứng minh, đã thu được nhiều kết quả quan trọng liên quan đến phân bố số nguyên tố. Ví dụ, có thể giải bài toán Goldbach về khả năng biểu diễn số lẻ dưới dạng tổng của ba số nguyên tố. Vấn đề này đã không có lời giải trong hai thế kỷ.
Phương pháp do I.M. Vinogradov phát triển, cho phép chúng ta rút ra nhiều kết luận cơ bản không chỉ trong phân tích lý thuyết số mà còn trong lý thuyết hàm số, lý thuyết xác suất, phân tích toán học và tính toán gần đúng.
V. A. Leshkovtsev
77
THƯƠNG HIỆU,
DÀNH CHO NHÀ PHÁT MINH
“ÁNH SÁNG NGA”
Năm nay đánh dấu kỷ niệm 125 năm ngày sinh của hai kỹ sư và nhà phát minh điện nổi tiếng người Nga P. N. Yablochkov (1847-1894) và A. N. Lodygin (1847-1923).
Trở lại năm 1823, nhà vật lý người Nga Vladimir Vasilyevich Petrov lần đầu tiên mô tả “hiện tượng ánh sáng” mà ông phát hiện ra - một hồ quang điện giữa hai cục than, tạo ra “ánh sáng và ngọn lửa rất sáng”, từ đó “nền hòa bình đen tối có thể được chiếu sáng khá rõ ràng”.
Tuy nhiên, vào thời điểm đó, hồ quang Petrov không được sử dụng thực tế cho mục đích chiếu sáng vì quá trình đốt cháy thông thường của nó đòi hỏi phải giám sát than liên tục. Ai đó đã phải điều khiển ánh sáng này mọi lúc, đưa các cục than lại gần nhau hơn khi chúng cháy.
Lần đầu tiên vào năm 1875, Pavel Nikolaevich Yablochkov đã tạo ra một “ngọn nến điện” phù hợp cho sử dụng thực tế, chân dung của nó mà bạn nhìn thấy trên một con tem phát hành năm 1951 trong loạt bài “Các nhà khoa học của Tổ quốc chúng ta”.
Bên phải bức chân dung là một “ngọn nến”.
Đây là hai cục than được đặt thẳng đứng được ngăn cách bởi một lớp đất sét có khả năng bắn với tốc độ tương đương với than. Kết quả là tạo ra một nguồn ánh sáng điện không cần bảo trì hoặc điều chỉnh đặc biệt. Các đầu trên của than được nối với nhau bằng một tấm đánh lửa mỏng. Khi dòng điện được bật, tấm tích tụ và cháy, thắp sáng ngọn nến. Ngọn nến cung cấp ánh sáng mờ và ổn định trong gần hai giờ.
Các tờ báo và tạp chí ở Paris và London nhiệt tình viết: “Ánh sáng Nga” chiếu sáng rực rỡ Tatras of Tattle ấm áp, bảo tàng Louvre, Quảng trường Opera ở Paris, bến cảng ở Le Havre, bờ kè Thames ở London và các nhà thờ ở thủ đô. Chỉ riêng ở Paris, hàng nghìn “ngọn nến Nga” đã tỏa ra từ đường phố của 70 nghìn máy bay phản lực gas.
Ở St. Petersburg, “nến Yablochkov” chỉ được sử dụng để thắp sáng vào năm 1879. Tuy nhiên, chúng đã bị tiêu diệt vì một kỹ sư điện nổi tiếng khác của Nga, Alexander Nikolaevich Lodygin, người có chân dung mà bạn nhìn thấy trên một con tem cùng dòng, đã tạo ra một chiếc đèn lưu trữ điện tiện lợi hơn “ngọn nến”. Chiếc đèn lưu trữ đầu tiên trên thế giới này được mô tả trên con tem bên phải bức chân dung.
Trong đèn của A. N. Lodygin, một dòng điện được tích tụ bởi một thanh carbon mỏng đặt dưới nắp thủy tinh. Tuổi thọ của đèn là 30-40 phút. Sau khi áp dụng chân không và các cải tiến khác, tuổi thọ của đèn đã tăng lên 700-1000 giờ.
Vào những năm 1890, Lodygin đã tạo ra một loại đèn tích tụ bằng dây tóc kim loại, đặc biệt là vonfram. Những loại đèn này hóa ra lại tiết kiệm hơn nhiều so với đèn làm bằng sợi carbon.
P. N. Yablochkov và A. N. Lodygin cũng đã viết một số công trình về kỹ thuật điện, nhưng công lao chính của họ là họ là những người đầu tiên trên thế giới triển khai ứng dụng thực tế của điện để chiếu sáng.
A. V. Altykis
79
Về bài viết “Tích phân trong hình học và vật lý”
- a) , b) .
- .
- .
- Vì đồ thị được biểu thị quanh trục tọa độ chứ không phải trục hoành, nên chúng ta cần chuyển từ hàm sang hàm nghịch đảo . Vì vậy chúng ta cần tính toán
- Tích phân này bằng số với diện tích của phần mặt phẳng nằm giữa đồ thị của hàm và trục abscissa phía trên đoạn [0, 1]. Do đó, nó bằng 1/4 diện tích hình tròn bán kính 1. Do đó,
- .
- .
Đến bài viết “Sàn gỗ hoàn thiện”
-
Chứng minh rằng trong trường hợp này chúng ta có thể che được đỉnh của góc vuông.
-
Ví dụ: một hình chữ nhật ở cạnh 1 và .
-
Để cắt một hình chữ nhật thành hình tam giác bằng nhau, trước tiên chúng ta cắt nó thành hình chữ nhật bằng nhau với các đường thẳng song song.
-
Sử dụng thuộc tính cắt cơ bản.
-
Cần phân biệt riêng các trường hợp hình đều, hình chữ nhật có các góc và , hình cân và hình tam giác tùy ý.
-
Ví dụ: chúng ta có thể lấy : .
-
Bạn cần chọn góc thích hợp cho lần cắt đầu tiên.
10 và 11. Nhắc lại tính chất độ cao rơi từ đỉnh của một góc vuông. -
Sau khi chia tam giác có các đường thẳng song song với đáy thành một tam giác và các hình thang, ta sử dụng khả năng chia các hình thang thành một số lẻ các tam giác bằng nhau.
-
Chứng minh rằng trong trường hợp này phân vùng trùng với đường cắt và các tam giác thu được là tam giác vuông.
-
Sử dụng kết quả bài toán 14.
Đến bài viết “Phương pháp lời giải bài toán” từ cuối"
- Trong đẳng thức cần chứng minh, hãy giảm số lượng tham số bằng cách biểu thị theo .
- Tính các góc của một tam giác; sử dụng định lý sin, chuyển từ đẳng thức đã được chứng minh sang đẳng thức lượng giác.
- Trong đẳng thức cần chứng minh, hãy tiến tới logarit cơ số . Xin lưu ý rằng .
- Trong tính sơ cấp , thuận tiện để biểu thị tất cả các đại lượng thông qua các cạnh của hình song song.
- Dựa vào trận đấu đang được kiểm tra, dễ dàng nhận thấy nó sai.
Thực hiện những thay đổi cần thiết và chứng minh định lý thu được. - Cũng cần lưu ý rằng tất cả các phép biến đổi đều có thể đảo ngược.
- KHÔNG.
Về bài viết “Công, năng lượng, công suất”
- .
- .
- .
Về “Các lựa chọn thi tuyển sinh môn Toán 1972”
Đại học quốc gia Moscow mang tên M.V. Lomonsov
Khoa Hóa học
(xem Công án số 9, cmp. 50)
- 6 km/giờ.
- .
- .
- .
- ;
Khoa Địa lý và Đất Khoa Khoa Sinh học
(xem Lượng tử số 9, cmp. 50)
- 24 và 21.
- .
- .
- .
- .
Khoa sinh học
Khoa Sinh học
(xem Lượng tử số 9, cmp. 50)
- Trong 2 giờ nữa.
-
- .
- .
Khoa Địa chất tổng hợp
Khoa Địa chất
- ;
- ;
- ;
- ;
- .
Khoa Địa vật lý
Khoa Địa chất
-
15;
-
;
-
;
-
;
-
.
Đến “Hình học bài toán”
(xem cmp. 22)
Trong chứng minh, chúng ta sẽ chỉ sử dụng tính chất nổi tiếng sau đây: hai tiếp tuyến kẻ từ một điểm bên ngoài vào đường tròn thì bằng nhau.
Do đó , Vẫn còn phải đánh dấu các đoạn bằng nhau trong hình.
“Số lượng” cho học sinh nhỏ tuổi
(xem “Số lượng” số 9, vùng cmp thứ 3)
- .
-
- .
-
- .
- Năm đó em gái tôi ra đời.
- .
*) Nhiệm vụ được biên soạn vào năm 1971.
QUANTUM
dành cho học sinh nghịch ngợm
- Hai bộ tộc sống trên đảo: thổ dân và người ngoài hành tinh. Người bản xứ luôn nói sự thật, người mới đến luôn nói sự thật. Du khách đã thuê một người dân đảo bản xứ làm hướng dẫn viên. Họ đi và nhìn thấy một người dân đảo khác. Người du hành đã gửi một người hướng dẫn để tìm hiểu xem người bản địa này thuộc bộ tộc nào. Người hướng dẫn quay lại và nói rằng anh ta nói mình là thổ dân.
Ai là người dẫn đường: người ngoài hành tinh hay thổ dân?
-
Có thể di chuyển quân mã từ ô dưới cùng bên trái của bàn cờ lên ô trên cùng bên phải, đồng thời đánh vào ô nào một lần và chỉ một lần?
-
Cuộc chiến tranh vệ quốc vĩ đại của Conchilas. Bằng cách nào đó hai đồng chí đã gặp nhau. Chúng tôi bắt đầu nói chuyện.
“Đã lâu rồi chúng tôi mới gặp lại bạn.” Con trai tôi bây giờ bao nhiêu tuổi? - một người hỏi.
“Bạn biết đấy, một trò chơi số kỳ lạ nhất,” người thứ hai trả lời. Con trai tôi sinh cùng năm, chính xác bằng bình phương tuổi logo của năm sinh. Và bây giờ ông đã già bằng tổng các chữ số của năm sinh.
Người cha là nhà toán học của bạn bao nhiêu tuổi?
-
Chứng minh rằng trong số tất cả những người đã từng sống trên thế giới và đang sống hiện nay thì số người đã bắt tay số lẻ trong suốt cuộc đời của họ là một số chẵn.
-
.
Số bị chia, số chia và thương là những số chính phương. Tìm họ.
Gửi độc giả của chúng tôi!
Việc đăng ký tạp chí khoa học và toán học nổi tiếng «Kvant» năm 1973 vẫn tiếp tục.
Tạp chí chủ yếu dành cho học sinh lớp 7–10. Nó cũng hữu ích cho giáo viên, đặc biệt là những người dạy câu lạc bộ hoặc các lớp tự chọn về vật lý hoặc toán học, cũng như cho tất cả những người yêu thích toán học và vật lý.
Nội dung chính của tạp chí là một “trường học vật lý và toán học”, tài liệu giúp hiểu rõ hơn về vật lý và toán học, áp dụng các ngành khoa học này để giải thích các hiện tượng và quá trình khác nhau mà chúng ta gặp trong thực tế và học cách giải bài toán.
Người đọc sẽ tìm thấy rất nhiều bài toán trên tạp chí. Trong số đó có bài toán, được đưa ra trong kỳ thi đầu vào của nhiều môn thể thao khác nhau, bài toán, được đưa ra tại Olympic và đơn giản là bài toán thú vị.
Những ghi chú mô tả dụng cụ, thí nghiệm vật lý sẽ giúp người đọc cách thiết lập và kiểm tra các thí nghiệm vật lý.
Tạp chí đăng trên các trang của mình những bài viết mang tính chất phê bình, kể về những thành tựu của khoa học và những vấn đề vẫn đang chờ đợi lời giải của họ, những câu chuyện về các nhà khoa học và những câu chuyện của chính các nhà khoa học về cách “khoa học được thực hiện”, những khám phá khoa học xuất hiện như thế nào.
Việc tiếp nhận sách liên tục được đặt - những cuốn đã được xuất bản và những cuốn vừa sẵn sàng xuất bản.
Tạp chí chỉ được phân phối theo hình thức đăng ký và không được bán ở các cửa hàng bán lẻ.
Giá phòng 30 kopecks. Khi đăng ký, hãy tham khảo chỉ số 70465 của chúng tôi.