Тип 21 № 41545 

Молекулярная физика−электродинамика. Качественная задача. Механика
i
В горизонтальном сосуде находится подвижный поршень, который может свободно перемещаться без трения. Правая часть сосуда заполнена воздухом и герметично закрыта пробкой, левая часть сосуда открыта. Поршень соединён пружиной с левой стенкой сосуда. Первоначально поршень находится в равновесии, а пружина сжата. В недеформированном состоянии длина пружины меньше, чем длина сосуда. Опишите, куда сместится поршень, если из правой части сосуда вынуть пробку. Температуру воздуха считать постоянной. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Спрятать решениеРешение. Так как левая часть сосуда открыта, то давление в ней равно атмосферному давлению. Пружина сжата, следовательно, с ее стороны на поршень действует сила упругости, направленная горизонтально вправо. Так же на поршень действуют сила давления атмосферы, направленная вправо, и сила давления воздуха, находящегося в правом сосуда, направленная влево. Так как поршень находится в равновесии, то выполняется соотношение:

где S — площадь поршня,
— сила упругости пружины, p1 — первоначальное давление воздуха в правом сосуде. Из данного соотношения следует, что 
При вытаскивании пробки из правой части сосуда начнет выходить воздух до тех пор, пока давление в нем не станет равным атмосферному
Так как пружина была первоначально сжата, то поршень начнет перемещаться вправо. При отсутствии трения между поршнем и стенками сосуда поршень начнет совершать свободные колебания, которые вследствие трения о воздух прекратятся. Так как давления в левой и правой частях сосуда станут равными, то условие равновесия
Следовательно,
то есть пружина станет недеформированной. Поэтому поршень будет находиться правее первоначального положения.
Ответ: После удаления пробки поршень сместится вправо.
Спрятать критерииКритерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов | 3 |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не использованы одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.) И (ИЛИ) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты. И (ИЛИ) В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения | 2 |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. ИЛИ Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Ответ: После удаления пробки поршень сместится вправо.