Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Вес тела на по­лю­се пла­не­ты, име­ю­щей форму шара, на 16 про­цен­тов пре­вы­ша­ет вес на эк­ва­то­ре. Чему равен пе­ри­од об­ра­ще­ния пла­не­ты, если ее плот­ность \rho = 0,7 умно­жить на 10 в кубе кг/м в кубе ? (Ответ дайте в се­кун­дах, округ­лив до це­ло­го числа тысяч.)

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Вес P тела  — это сила, с ко­то­рой тело давит на опору или рас­тя­ги­ва­ет под­вес. Опре­де­лим, чему равен вес не­ко­то­ро­го тела на по­лю­се и на эк­ва­то­ре. Для опре­де­лен­но­сти рас­смот­рим тело, ле­жа­щее на го­ри­зон­таль­ной опоре (это пред­по­ло­же­ние не огра­ни­чи­ва­ет общ­ность по­лу­ча­е­мых далее ре­зуль­та­тов).

По тре­тье­му за­ко­ну Нью­то­на сила дей­ствия равна силе про­ти­во­дей­ствия, а по­то­му, вес тела равен по ве­ли­чи­не силе ре­ак­ции опоры N, дей­ству­ю­щей на тело. Сле­до­ва­тель­но, до­ста­точ­но срав­нить силы ре­ак­ции опоры в двух слу­ча­ях.

Обо­зна­чим массу тела через m. Пусть ра­ди­ус пла­не­ты через R, тогда масса пла­не­ты равна M= дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи \rho R в кубе . По­сколь­ку пла­не­та од­но­род­ная и имеет форму сферы, со­глас­но за­ко­ну все­мир­но­го тя­го­те­ния сила при­тя­же­ния тела к пла­не­те в обеих точ­ках оди­на­ко­ва и равна

F= дробь: чис­ли­тель: GMm, зна­ме­на­тель: R в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: G левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи \rho R в кубе пра­вая круг­лая скоб­ка m, зна­ме­на­тель: R в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи G\rho mR.

Рас­смот­рим слу­чай, когда тело на­хо­дит­ся на по­лю­се. Вто­рой закон Нью­то­на для него в про­ек­ции на ра­ди­аль­ную ось при­об­ре­та­ет вид:

N_1 минус F=0.

Когда же тело на­хо­дит­ся на эк­ва­то­ре, оно вра­ща­ет­ся вме­сте с пла­не­той во­круг оси вра­ще­ния, а зна­чит, оно дви­жет­ся с цен­тро­стре­ми­тель­ным уско­ре­ни­ем a=\omega в квад­ра­те R, где \omega  — уг­ло­вая ско­рость вра­ще­ния пла­не­ты. Сле­до­ва­тель­но, для тела на эк­ва­то­ре вто­рой закон Нью­то­на в про­ек­ции на ра­ди­аль­ную ось при­об­ре­та­ет вид:

N_2 минус F= минус ma.

Со­глас­но усло­вию, P_1=1,16P_2, а зна­чит,

N_1=1,16N_2 рав­но­силь­но F=1,16 левая круг­лая скоб­ка F минус ma пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но 1,16ma=0,16F рав­но­силь­но

1,16m\omega в квад­ра­те R=0,16 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи G\rho mR рав­но­силь­но \omega= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 0, конец ар­гу­мен­та 16, зна­ме­на­тель: 1,16 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи G\rho,

\omega= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 0, конец ар­гу­мен­та 16, зна­ме­на­тель: 1,16 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на 3,14 умно­жить на 6,7 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 11 пра­вая круг­лая скоб­ка Н умно­жить на м в квад­ра­те /кг в квад­ра­те умно­жить на 0,7 умно­жить на 10 в кубе кг/м в кубе \approx 1,65 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка с в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

От­сю­да для пе­ри­о­да об­ра­ще­ния пла­не­ты имеем:

T= дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: \omega конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 умно­жить на 3,14, зна­ме­на­тель: 1,65 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка с в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби \approx 3,8 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 4 пра­вая круг­лая скоб­ка с= 38000с.

Ответ: 38000.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
При­ве­де­но пол­ное ре­ше­ние, вклю­ча­ю­щее сле­ду­ю­щие эле­мен­ты:

I) за­пи­са­ны по­ло­же­ния тео­рии и фи­зи­че­ские за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, при­ме­не­ние ко­то­рых не­об­хо­ди­мо для ре­ше­ния за­да­чи вы­бран­ным спо­со­бом;

II) про­ве­де­ны не­об­хо­ди­мые ма­те­ма­ти­че­ские пре­об­ра­зо­ва­ния и рас­че­ты, при­во­дя­щие к пра­виль­но­му чис­ло­во­му от­ве­ту (до­пус­ка­ет­ся ре­ше­ние «по ча­стям» с про­ме­жу­точ­ны­ми вы­чис­ле­ни­я­ми);

III) пред­став­лен пра­виль­ный ответ с ука­за­ни­ем еди­ниц из­ме­ре­ния ис­ко­мой ве­ли­чи­ны

2
Пред­став­ле­ны за­пи­си, со­от­вет­ству­ю­щие од­но­му из сле­ду­ю­щих слу­ча­ев.

Пра­виль­но за­пи­са­ны все не­об­хо­ди­мые по­ло­же­ния тео­рии, фи­зи­че­ские за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, и про­ве­де­ны не­об­хо­ди­мые пре­об­ра­зо­ва­ния. Но до­пу­ще­на ошиб­ка в от­ве­те или в ма­те­ма­ти­че­ских пре­об­ра­зо­ва­ни­ях или вы­чис­ле­ни­ях.

ИЛИ

Пред­став­ле­ны толь­ко по­ло­же­ния и фор­му­лы, вы­ра­жа­ю­щие фи­зи­че­ские за­ко­ны, при­ме­не­ние ко­то­рых не­об­хо­ди­мо и до­ста­точ­но для ре­ше­ния дан­ной за­да­чи, без каких-⁠либо пре­об­ра­зо­ва­ний с их ис­поль­зо­ва­ни­ем, на­прав­лен­ных на ре­ше­ние за­да­чи

1
Все слу­чаи ре­ше­ния, ко­то­рые не со­от­вет­ству­ют вы­ше­ука­зан­ным

кри­те­ри­ям вы­став­ле­ния оце­нок в 1 или 2 балла

0
Мак­си­маль­ный балл2
Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ:
Гость 19.01.2013 19:43

По­яс­ни­те, по­жа­луй­ста, как вы по­лу­чи­ли массу пла­не­ты М

Алексей

Доб­рый день!

Объем шара ра­ди­у­са R равен V= дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи R в кубе . Чтобы по­лу­чить массу оста­ет­ся толь­ко умно­жить на плот­ность

Татьяна Еременко 13.02.2017 15:05

в за­да­нии 3 ответ округ­лить до це­ло­го числа при рас­че­тах по­лу­ча­ет­ся 38159,9 при округ­ле­нии по­лу­ча­ет­ся 38160

Антон

Ответ дайте в се­кун­дах, округ­лив до це­ло­го числа тысяч.