PDF-версии: 
Струя воды круглого сечения радиусом r0 = 1 см начинает бить из шланга вверх со скоростью υ0 = 20 м/с. Найдите радиус струи r на высоте h = 16 м по вертикали от конца шланга. Трением и силами поверхностного натяжения пренебречь, считать скорость движения частиц воды по вертикали в любом поперечном сечении струи одинаковой для данного сечения, а сами частицы — находящимися в состоянии свободного падения в поле силы тяжести.
Какие законы Вы используете для описания движения частиц воды? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Решение. Обоснование
Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. Частицы воды движутся поступательно, поэтому их можно принять за материальные точки. По условию задачи можно пренебречь силами поверхностного натяжения жидкости и трением. Поскольку в процессе движения на капли действует только потенциальная сила тяжести, то работа всех непотенциальных сил обращается в ноль. Следовательно, в инерциальной системе отсчета для частиц воды применим закон сохранения энергии.
Перейдем к решению.
Максимальная высота подъема частиц жидкости равна 
Поэтому на высоте h = 16 м частицы жидкости еще не начнут падать обратно вниз, и струя не разобьется на капли. Поскольку воду можно считать несжимаемой жидкостью, то ее объем, протекающий через любое поперечное сечение струи в единицу времени, постоянен и равен 
где 
— скорость воды на высоте h. Отсюда:
По закону сохранения механической энергии при условиях задачи можно считать, что для частицы воды массой m справедливо соотношение 
откуда 
Подставляя выражение для скорости струи в формулу для ее радиуса, получаем:
После подстановки численных значений имеем:
Ответ: 1,50 см.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Критерий 1 | |
Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей). | 1 |
В обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка. ИЛИ Обоснование отсутствует. | 0 |
| Критерий 2 | |
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: выражение для потока несжимаемой жидкости в струе через ее сечение и скорость частиц жидкости, а также закон сохранения механической энергии частиц жидкости при их свободном падении); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И (ИЛИ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И (ИЛИ) Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины). | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок | 0 |
| Максимальный балл | 4 |