[рис.] 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 = весии, 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.
💡 Пошаговый разбор и решение:
Так как левая часть сосуда открыта, то давление в ней = 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 = весии, то выполняется соотношение:
$p_атмS + F_упр - p_1S=0$
где S — площадь поршня, $F_упр$ — сила упругости пружины, p1 — первоначальное давление воздуха в правом сосуде. Из данного соотношения следует, что $p_1 больше p_атм$
При вытаскивании пробки из правой части сосуда начнет выходить воздух до тех пор, пока давление в нем не станет равным атмосферному $p_2=p_атм$ 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 = весия $p_атмS + F'_упр - p_2S=0$ Следовательно, $F'_упр=0$ то есть пружина станет недеформированной. Поэтому поршень будет находиться правее первоначального положения.
Ответ: После удаления пробки поршень сместится вправо.
$p_атмS + F_упр - p_1S=0$
где S — площадь поршня, $F_упр$ — сила упругости пружины, p1 — первоначальное давление воздуха в правом сосуде. Из данного соотношения следует, что $p_1 больше p_атм$
При вытаскивании пробки из правой части сосуда начнет выходить воздух до тех пор, пока давление в нем не станет равным атмосферному $p_2=p_атм$ 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 = весия $p_атмS + F'_упр - p_2S=0$ Следовательно, $F'_упр=0$ то есть пружина станет недеформированной. Поэтому поршень будет находиться правее первоначального положения.
Ответ: После удаления пробки поршень сместится вправо.
Правильный ответ:
После удаления пробки поршень сместится вправо
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 105216 • Задание №10
Какое представление о строении атома соответствует модели атома Резерфорда?
1. Ядро — в центре атома, заряд ...
ID 106634 • Задание №16
В образце, содержащем большое количество атомов тория $_90 в степени левая круглая скобка 227 правая круглая с...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии 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
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
🔗 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...