Bạn có quá quen thuộc với vật lý + công nghệ?

Trong hầu hết các trường hợp gặp phải trong cơ học thực tế, công cần thiết để tái tạo chuyển động tỉ lệ với… năng lượng của chuyển động sinh ra bởi công… Thomas Jung

…không có máy nào có thể tạo ra nhiều công từ một lượng nhiệt nhất định được đưa vào nó hơn một máy thỏa mãn các điều kiện thuận nghịch… William Thomson (Kelvin)

Dòng điện ba pha đã trở thành một yếu tố văn hóa hiện đại; ảnh hưởng có lợi của kỹ thuật điện đối với cuộc sống của người phương Tây

các dân tộc sẽ không chậm xuất hiện ở nước Nga của chúng ta’. Mikhail Dolivo-Dobrovolsky

Gần như toàn bộ năng lượng của Mặt trời hiện đang bị lãng phí, vô dụng đối với nhân loại… Ý tưởng sử dụng nguồn năng lượng này có gì lạ?! Konstantin Tsiolkovsky

…sự phát xạ năng lượng liên tục từ các cơ thể hoạt động <vô tuyến>… cho thấy nguồn dự trữ năng lượng tiềm ẩn khổng lồ nằm trong chính các nguyên tử vô tuyến. Ernest Rutherford

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

vật lý+công nghệ

Ngay cả khi nhìn lướt qua các đề từ cũng sẽ nhận thấy một khái niệm quan trọng chỉ ra chủ đề của số báo này – NĂNG LƯỢNG. Thật vậy, làm thế nào chúng ta có thể quản lý chuỗi kỹ thuật của mình mà không thảo luận về khả năng và đóng góp của khoa học trong việc sản xuất, lưu trữ, chuyển đổi, truyền tải và sử dụng các loại năng lượng khác nhau? Vật lý chắc chắn đã đóng một vai trò quyết định trong việc này và mọi phần của khóa học ở trường đều chứa đựng các vấn đề về năng lượng. Tầm quan trọng của sự phát triển của họ được nhấn mạnh bởi dự báo sau: sự phát triển kinh tế cần thiết để duy trì mức sống hiện tại cho đến năm 2050, có tính đến sự gia tăng dân số, sẽ đòi hỏi sự gia tăng đa dạng trong sản xuất năng lượng toàn cầu và tìm kiếm những cách thức mới, độc đáo để đạt được nó. Đây là một thách thức nghiêm trọng tạo ra một loạt các vấn đề về thể chất và kỹ thuật. Chà, hãy hăng hái, không chậm trễ, hãy đối đầu với lời giải của họ!

Câu hỏi và bài toán

1. Tốc độ nước ra khỏi tuabin thủy lực nhỏ hơn tốc độ nước đi vào. Điều này được kết nối với cái gì? 2. Tại sao các phần của bộ tản nhiệt sưởi trung tâm lại có hình dạng gân chứ không phải hình tròn như các ống thông thường?

2. Tại sao nhiệt độ của khí thải ở đầu ra của bộ giảm thanh ô tô lại thấp hơn nhiều lần so với trong xi lanh động cơ? 4. Làm thế nào để giải thích động cơ đốt trong có hiệu suất cao hơn động cơ hơi nước? 5. Tủ lạnh gia đình tiêu tốn bao nhiêu năng lượng? 6. Súng được xếp vào loại động cơ nào? 7. Bộ sưởi, chất lỏng làm việc và bộ làm mát trong động cơ tên lửa là gì? 8. Bàn ủi điện nối mạng liên tục sinh nhiệt. Tại sao cuộn dây của nó không cháy? 9. Khi các thiết bị sử dụng nhiều năng lượng (ấm đun nước điện, bàn ủi điện, lò sưởi điện, v.v.) được kết nối mạng, độ sáng của bóng đèn trong căn hộ giảm xuống rõ rệt nhưng sẽ sớm được phục hồi. Làm thế nào để giải thích điều này? 10. Hai bóng đèn điện sợi đốt có công suất 25 và 200 W mắc nối tiếp thành một mạch điện. Cái nào sẽ cháy sáng hơn khi đóng mạch? 11. Nồi hơi nào có thể đun sôi nước trong chảo với mức tiêu thụ ít năng lượng hơn: 600 W hay 1 kW? 12. Đường dây điện trong căn hộ có bọc một lớp cách nhiệt nhưng đường dây điện cao thế thì không. Tại sao?

13. Tại sao phải chuyển đổi điện áp bằng máy biến áp thành điện áp cao và ngược lại khi truyền năng lượng đi xa? 14. Cường độ dòng điện trong mạch sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp đang làm việc sẽ thay đổi như thế nào nếu lõi sắt của nó bị hở? 15. Tại sao cuộn dây của động cơ điện thường bị cháy nếu rôto dừng đột ngột? 16. Trong trường hợp nào thì rôto của máy phát điện quay dễ hơn: khi mạch ngoài hở hay khi mạch đóng? 17. Có đúng là tua-bin gió sử dụng năng lượng mặt trời được chuyển đổi? 18. Tại sao hiệu suất của các tấm pin mặt trời trong không gian cao hơn trên trái đất? 19. Phần năng lượng giải phóng tối đa được chuyển hóa dưới dạng nào trong quá trình phân hạch hạt nhân uranium?

Kinh nghiệm vi mô

Chắc chắn bạn đã hơn một lần quan sát thấy vòi phun nước dùng để tưới cho bãi cỏ trong công viên, và có lẽ chính bạn cũng đã từng sử dụng chúng trong ngôi nhà tranh mùa hè của mình. Những nhà máy điện nào sử dụng nguyên lý hoạt động giống nhau?

Thật thú vị rằng…

…mong muốn khai thác các sức mạnh của thiên nhiên đã có từ hàng nghìn năm trước kỷ nguyên mới đã dẫn đến việc chế tạo ra nước và cối xay gió - nguyên mẫu của tua-bin hiện đại. …nhà khoa học và kỹ sư Hy Lạp cổ đại Heron của Alexandria đã phát minh và chế tạo aeolipile - động cơ hơi nước hoạt động đầu tiên. …việc phát hiện ra áp suất khí quyển vào năm 1643 bởi Evangelista Torricelli người Ý đã dẫn tới việc phát minh ra máy bơm không khí và hệ thống lắp đặt hơi nước-khí quyển. Năm 1675, người Hà Lan Christiaan Huygens đã trình diễn một cỗ máy chạy bằng vụ nổ thuốc súng, và người Pháp cộng tác với ông là Denis Papin vào năm 1690 là người đầu tiên sử dụng hơi nước để nâng một pít-tông và mô tả chu trình nhiệt động kín của động cơ hơi nước.

324x208

…các học sinh của Trường Bách khoa Paris Gaspard-Gustave Coriolis và Jean-Victor Poncelet, cố gắng áp dụng các phương pháp lý thuyết vào các bài toán ứng dụng, xác định rõ ràng khái niệm công, đồng thời đưa ra đánh giá về tổn thất năng lượng do sự xuất hiện của ma sát. …động cơ điện đầu tiên trên thế giới được Michael Faraday chế tạo vào năm 1821, và một thập kỷ sau, ông đã phát hiện ra định luật cảm ứng điện từ, định luật hình thành nên nền tảng của kỹ thuật năng lượng điện hiện đại. …một trong những nhà phát minh xuất sắc nhất trong lĩnh vực kỹ thuật điện, Nikola Tesla, người đã phát triển một số thiết kế cho động cơ điện, máy phát điện và máy biến thế, cũng trở nên nổi tiếng với việc xây dựng nhà máy thủy điện Niagara. …gần đây các kỹ sư Nhật Bản đã truyền 2 kilowatt điện đến 55 mét bằng cách sử dụng chùm bức xạ vi sóng. Đây là bước tiếp theo hướng tới việc triển khai nhà máy điện địa tĩnh, khi ở độ cao 36 nghìn km các vệ tinh “thu thập” và truyền năng lượng mặt trời về Trái đất. …một kỹ thuật đã được phát triển để phun bất kỳ vật liệu dẻo nào - vải, nhựa và thậm chí cả giấy vệ sinh - bằng tế bào quang điện mặt trời tạo ra điện áp đáng chú ý mà không làm giảm hiệu suất. …một sinh viên đến từ Đức đã chế tạo được một “máy gặt điện từ” có thể thu năng lượng theo đúng nghĩa đen từ không khí mỏng, cụ thể là các trường nền của thông tin di động, tín hiệu Wi-Fi và các nguồn gia dụng khác, sau đó sạc một loại pin nhất định bằng nó.

Đọc gì trong «Kvant» về năng lượng

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Năng lượng hạt nhân vĩ đại và khủng khiếp” – 2015, số 3, tr. 11; 2. “Nhiệt động lực học và chu trình xe máy” – 2017, số 2, tr. 25; 3. “Máy biến áp Tesla - nó là gì” - 2017, số 10, tr. 31; 4. “Tại sao đường dây điện lại kêu vo vo ở tần số 100 Hz?” – 2018, số 2, tr. 38; 5. “Máy biến áp có tác dụng gì?” – 2018, số 3, tr. 36; 6. “ITER – Sao Trái Đất” – 2018, số 8, tr.2; 7. “ITER – Hôm nay” – 2018, số 10, tr.2.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

38

KV AN T 2019/№7

Công này sẽ tăng lên bao nhiêu lần nếu lượng nước cung cấp mỗi phút tăng gấp đôi? Bỏ qua lực ma sát khi nước chảy qua ống. Gia tốc trọng trường g = 10 m $с^{2}$.

lớp 9

1. Hai khu vực hẻo lánh của sân bay A và B được nối với nhau bằng vỉa hè di động. Hành khách đã đi trên tuyến đường này hai lần. Lần đầu tiên, chỉ có đường từ A đến B hoạt động và hành khách đã dành thời gian $t_{1} | 4$ phút 50 giây để đóng $маршрут^{A} o^{B} o^{A}$. Trong trường hợp thứ hai, cả hai đường ray đều không chuyển động và hành khách đã dành thời gian trên cùng một tuyến đường $t_{2} | 6$ phút 40 giây. Hành khách sẽ dành bao nhiêu thời gian cho $маршрут^{A} o^{B} o^{A}$ nếu cả hai đường ray đều chuyển động? Trong mọi trường hợp, hành khách đi bộ với tốc độ tương đối như nhau. 2. Có một số khối đồng giống hệt nhau và một cái bếp điện. Ban đầu, tất cả các khối đều ở nhiệt độ phòng. Đầu đốt bếp điện được làm nóng và giữ ở nhiệt độ không đổi. Khối đầu tiên được nung nóng trên đầu đốt trong một thời gian dài, và sau đó, sau khi lấy nó ra, nó được đặt lên khối thứ hai, lạnh và nhiệt độ ở trạng thái ổn định của khối thu được đã được đo - hóa ra là $T_{1}$. Trong thí nghiệm thứ hai, khối thứ ba, được làm nóng tương tự trên một viên gạch, được đặt trên một chồng khối lạnh 4 và 5 - nhiệt độ được thiết lập là $T_{2}$. Sẽ đạt được nhiệt độ bao nhiêu nếu đặt khối 1 ấm từ ngăn xếp đầu tiên lên khối 6 lạnh? Bỏ qua sự toả nhiệt từ khối đó ra môi trường bên ngoài. 3. Kính hình trụ ngược được đóng lại bằng một piston di chuyển nhẹ. Đến đáy

Hình 2

một ống dài $сечением^{S}$ được gắn vào kính (Hình 2). Piston chứa một lượng chất lỏng nhất định. Nó được di chuyển lên từ từ. Đồ thị lực tác dụng lên piston phụ thuộc vào độ cao nâng của nó được thể hiện trên Hình 3. Xác định bằng

Hình 3

đồ thị và mật độ dữ liệu nhất định của chất lỏng. Không có ma sát. 4. Một cuvet cách điện có chiều dài L đến chiều cao H chứa đầy chất lỏng dẫn điện (Hình 4). Lực cản giữa trái và phải

Hình 4

mép ngoài của thể tích chất lỏng R. Điện trở này sẽ trở thành bao nhiêu nếu một khối làm bằng chất cách điện có chiều dài l và chiều rộng bằng chiều rộng của cuvet được đặt trong cuvet song song với đáy của nó? Khoảng cách giữa mép dưới của khối và đáy cuvet là h, h < H. Chất lỏng không tràn và khối không chìm hoàn toàn vào chất lỏng, l ≫ H. 5. Cần của một cần cẩu ô tô có chiều dài l tựa vào một bản lề và được giữ ở tư thế nghiêng bằng một sợi cáp gắn vào một cột thẳng đứng chính xác phía trên bản lề ở độ cao h so với nó (Hình 2).

39

THÔNG TIN

bệnh nhân P, P! tg D. Một sợi chỉ được gắn vào thanh phía trên, ném qua một khối gắn vào thanh phía dưới (Hình 6). Với hệ số ma sát bằng bao nhiêu, có thể dùng một lực nào đó kéo sợi dây dọc theo sườn dốc để nâng khối bên dưới lên và làm khối bên trên đứng yên?

lớp 11

Hình 5

5).Xác định trọng lượng tối đa của tải có thể được nâng bằng cách sử dụng cần cẩu như vậy ở độ cao của đầu trên của cần so với bản lề H, nếu cáp có thể chịu được mức tối đa $усилие^{T.}$

1. Giải bài toán 1 cho lớp 10. 2. Một tấm ván có chiều dài L và khối lượng M nằm trên một mặt phẳng nằm ngang nhẵn (Hình 7). Một khối nhỏ khối lượng m được đặt ở cạnh trái của nó. Họ nói với hội đồng quản trị bằng một cú đẩy

lớp 10

1. Hai đoàn tàu chuyển động với vận tốc không đổi trên đường ray ngược chiều nhau. Một hành khách ở khoang đầu tiên của toa đầu tiên của chuyến tàu đầu tiên nhìn thấy một con gấu đứng trên kè đường sắt sớm hơn $t_{1} 4$ s so với một hành khách ở khoang đầu tiên của toa cuối cùng, toa thứ năm của cùng một đoàn tàu. Một hành khách ở khoang đầu tiên của toa đầu tiên của chuyến tàu thứ hai đã nhìn thấy con gấu tương tự $t_{2} 4$ s trước hành khách ở khoang đầu tiên của toa cuối cùng, toa thứ sáu của cùng một đoàn tàu. Sẽ mất bao lâu để chuyến tàu thứ hai đi qua trước mắt hành khách của chuyến tàu thứ nhất? 2. Giải bài toán3 cho lớp 9. 3. Trong thời gian $время^{t} = 200 c$ sau khi khởi hành, đầu đoàn tàu đã đến nơi giao nhau với đường sắt, và trong thời gian $W_{1} 23,6 c$ đoàn tàu đã đi qua toàn bộ đường giao nhau này. Nó đi qua ngã tư tiếp theo, nằm cách ngã tư đầu tiên một khoảng L = 2500 m, trong thời gian $W_{2} 16,23$ s. Đoàn tàu đang chuyển động với gia tốc không đổi bằng bao nhiêu? 4. Giải bài toán5 cho lớp 9. 5. Trên một mặt phẳng nghiêng một góc D so với phương ngang, có hai thanh giống hệt nhau nằm dưới tác dụng của một lực ma sát có hệ số

Hình 6

Hình 7

một tốc độ ban đầu nhất định và cả hai vật bắt đầu chuyển động. Ở tốc độ ban đầu của bảng thì khối sẽ đạt được tốc độ cao nhất? Hệ số ma sát giữa vật và ván là P, giữa ván và mặt ngang không có ma sát. 3. Trên một bàn nằm ngang nhẵn có một quả bóng và một bàn đạp di động, bề mặt của nó ban đầu nằm ngang và cuối cùng là thẳng đứng (Hình 8). Bàn đạp được đẩy chuyển động về phía quả bóng

Hình 8

với vận tốc v. Quả bóng sẽ bay được bao xa theo phương ngang sau khi nảy lên bàn đạp? Không có ma sát. Khối lượng của quả bóng và bàn đạp bằng nhau. Bỏ qua kích thước của bàn đạp. 4. Ống tiêm được đóng lại từ phía kim, một pít-tông được lắp vào đó; Tăng dần lực, chúng tôi đẩy pít-tông lên bằng 1/2 chiều dài của ống tiêm và dần dần giảm lực, thả nó ra - kết quả là nó dừng lại ở khoảng cách 3/4 chiều dài của ống tiêm tính từ đầu của nó (Hình 9). Xác định lực tại