Сейчас люди на праздники стали часто запускать в небо китайские фонарики, представляющие собой легкие бумажные мешки с отверстием внизу, в котором на проволочном каркасе крепится кусок пористого материала, пропитанного горючим. После его поджигания фонарик поднимается в небо на большую высоту, а потом может приземлиться вдали от точки старта. В городе, в лесу и при сильном ветре запускать фонарики опасно!
Опишите, основываясь на известных физических законах и закономерностях, процессы, происходящие в течение всех фаз полета такого фонарика. В чем причина опасности, о которой говорилось выше?
Опишите, основываясь на известных физических законах и закономерностях, процессы, происходящие в течение всех фаз полета такого фонарика. В чем причина опасности, о которой говорилось выше?
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. При горении горючего выделяется теплота, и газообразные продукты горения нагреваются — мы видим яркое пламя, фонарик светится.
2. Согласно уравнению Менделеева — Клапейрона, плотность газа $\rho= \frac{\mu p}{RT}$ при постоянном давлении p с ростом температуры $Т$ уменьшается, и горячие продукты горения выталкиваются более холодным и тяжелым окружающим воздухом вверх, заполняя фонарик (здесь $\mu$ — молярная масса газа, а R — универсальная газовая постоянная).
3. Когда выталкивающая сила, действующая по закону Архимеда со стороны воздуха в гравитационном поле на фонарик, превысит силу тяжести, фонарик начнет подниматься вверх.
4. Подъем будет продолжаться до тех пор, пока не выгорит все горючее. После этого горячие газы в фонарике будут охлаждаться из-за теплообмена с холодным окружающим воздухом, подъемная сила будет падать, и фонарик будет постепенно опускаться.
5. При наличии ветра фонарик из-за сил вязкого трения движется вместе с окружающим его воздухом, и приземление может произойти далеко от точки старта.
6. Фонарик при подъеме в городе или в лесу может быть отнесен ветром на балконы высотных домов, на кроны деревьев, когда горючее еще не кончилось, и вызвать пожар.
2. Согласно уравнению Менделеева — Клапейрона, плотность газа $\rho= \frac{\mu p}{RT}$ при постоянном давлении p с ростом температуры $Т$ уменьшается, и горячие продукты горения выталкиваются более холодным и тяжелым окружающим воздухом вверх, заполняя фонарик (здесь $\mu$ — молярная масса газа, а R — универсальная газовая постоянная).
3. Когда выталкивающая сила, действующая по закону Архимеда со стороны воздуха в гравитационном поле на фонарик, превысит силу тяжести, фонарик начнет подниматься вверх.
4. Подъем будет продолжаться до тех пор, пока не выгорит все горючее. После этого горячие газы в фонарике будут охлаждаться из-за теплообмена с холодным окружающим воздухом, подъемная сила будет падать, и фонарик будет постепенно опускаться.
5. При наличии ветра фонарик из-за сил вязкого трения движется вместе с окружающим его воздухом, и приземление может произойти далеко от точки старта.
6. Фонарик при подъеме в городе или в лесу может быть отнесен ветром на балконы высотных домов, на кроны деревьев, когда горючее еще не кончилось, и вызвать пожар.
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 167171 • Задание №9
[рис.]
1
[рис.]
2
[рис.]
3
Металлический шарик 1, укрепленный на длинной изолирующей ручке и имеющий заряд ...
ID 108207 • Задание №24
В комнате размером 3 × 5 × 6 м при температуре 20 °C влажность воздуха равна 35%. После включения увлажнителя ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае п. п. 1–6) и исчерпывающие верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений и закономерностей (в данном случае — выделение теплоты при горении, уменьшение плотности газов при их нагревании, уравнение Клапейрона — Менделеева, закон Архимеда, явление теплообмена масс воздуха с разной температурой, действие на фонарик сил вязкого трения в потоке воздуха, а также указание причины опасности запуска фонариков в городе или в лесу). | 3
Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеются следующие недостатки.
В объяснении не указано или не используется 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.)
ИЛИ
Объяснения представлены не в полном объеме или в них содержится один логический недочет. | 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания и приведено объяснение, но в нем 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
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае п. п. 1–6) и исчерпывающие верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений и закономерностей (в данном случае — выделение теплоты при горении, уменьшение плотности газов при их нагревании, уравнение Клапейрона — Менделеева, закон Архимеда, явление теплообмена масс воздуха с разной температурой, действие на фонарик сил вязкого трения в потоке воздуха, а также указание причины опасности запуска фонариков в городе или в лесу). | 3
Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеются следующие недостатки.
В объяснении не указано или не используется 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.)
ИЛИ
Объяснения представлены не в полном объеме или в них содержится один логический недочет. | 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания и приведено объяснение, но в нем 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
🔗 Другие задания линии №21 по предмету Физика:
ID 107284
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с хол...
ID 107285
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусовС$ на стенке стак...
ID 107286
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 °C на стенке стакана с хол...
ID 107287
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусов С$ на стенке ста...
ID 107288
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $29 градусовС$ на стенке стак...