Задание №7 ОГЭ по физике


Механические явления


Задание № 7 является комплексным, предполагающим использование любого раздела механики. В нем может потребоваться знание основных понятий как кинематики (ср.скорость, ускорение, перемещение), так и динамики (силы в природе, з-ны Ньютона), аэро- и гидродинамики, статики. Часть полезной информации рассмотрена в теоретическом разделе к заданию № 7. Это определения и формулы, которые не были необходимы для решения прочих заданий из курса механики. Большинство же теоретических сведений рассмотрены в разделах теории к другим заданиям по соответствующим темам.


Теория к заданию №7 ОГЭ по физике


Динамометр

Динамометром называют устройство для количественного измерения силы. Это прибор, состоящей из силового звена, содержащего упругий элемент, и шкалы с делениями в ньютонах или дольных (либо кратных) значениях этой единицы измерения. Простейший динамометр действует с использованием обычной пружины соответствующей жесткости.

С помощью динамометра может быть измерен еще и момент силы.

КПД

КПД – коэффициент полезного действия – показатель эффективности системы, осуществляющей преобразование и (или) передачу энергии. Системой в данном случае может выступать устройство, механизм и т.п. КПД в физике принято обозначать греческой буквой ɳ («эта»).

Вычисляется КПД по формулам:

где Еп, Ап, Nп – соответственно полезная энергия, работа, мощность; Е, А, N – полная (затраченная) энергия, работа, мощность.


Разбор типовых вариантов заданий №7 ОГЭ по физике


Демонстрационный вариант 2018

К динамометру прикрепили цилиндр, как показано на рисунке 1. Затем цилиндр полностью погрузили в воду (рисунок 2).

Определите объём цилиндра.

Ответ: _____ см3.

Алгоритм решения:
  1. Записываем табличное значение для плотности воды, которое понадобится при решении.
  2. Анализируем условие и рис.1. Определяем силы, действующие в этом случае на цилиндр. Составляем уравнение для равнодействующей, т.е. для состояния равновесия цилиндра (1).
  3. Анализируем рис.2. Определяем силы, действующие на цилиндр после погружения. Выводим уравнение для равнодействующей (2). Подставляем (1) в (2), получаем уравнение для выталкивающей силы (3).
  4. Записываем формулу для силы Архимеда (4). Объединив (4) и (3), получаем уравнение для искомого объема. Вычисляем его.
Решение:
  1. Плотность воды составляет: .
  2. До погружения в воду на цилиндр действует сила тяжести (mg, направленная вертикально вниз) и сила натяжения нити динамометра F1 (направленная вверх), значение которого отражает динамометр на рис.1. Поскольку цилиндр достиг состояния равновесия, то .
  3. После погружения в воду на цилиндр действует еще и выталкивающая – архимедова – сила (FA). Именно поэтому значение динамометра (F2) изменилось: . При этом для состояния равновесия получаем:  . . Отсюда:
  4. Выталкивающая сила равна:  . Поскольку на рисунке показано, что цилиндр погрузился в воду целиком, то V в данном случае – объем всего тела, что и является искомой величиной. (3=4):  . Выражаем объем:  . Тогда: .

Ответ: 500 см3.


Первый вариант (Камзеева, № 5)

Под действием силы 20 Н груз массой 2 кг перемещается вверх по наклонной плоскости (трение пренебрежимо мало). Коэффициент полезного действия наклонной плоскости 50%. Чему равна длина наклонной плоскости, если ее высота 1 м?

Ответ: ____м

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу для нахождения КПД с использованием работы (1).
  2. Выражаем из нее уравнение для нахождения полезной работы (2).
  3. Записываем уравнение для полной работы (3).
  4. Находим значение для КПД, подставив (2) и (3) в (1). Из него выражаем искомую длину.
Решение:
  1. КПД в данном случае может быть найден по формуле:  . При этом полезной является работа, выполненная для подъема груза на заданную высоту (h = 1 м).
  2. Поскольку A = F • S , то полезная работа, выполненная для поднятия тела на высоту, заключается в преодолении силы тяжести. При этом s = h . Тогда получаем: .
  3. Полная работа равна A = F • l  (3), поскольку для того, чтобы поднять груз на высоту h, требуется преодолеть расстояние l.
  4. (2,3) → (1) : . Отсюда:

Ответ: 2 метра.


Второй вариант (Камзеева, № 8)

Под действием тормозящей силы в 100 кН тормозной путь поезда массой 100 т составил 50 м. Какую скорость имел поезд до начала торможения?

Ответ: ___ м/с

Алгоритм решения:
  1. Переводим в СИ несоответствующие ей значения величин.
  2. Записываем уравнение 2-го закона Ньютона. Находим из него ускорение. Вычисляем его значение.
  3. Записываем формулу для перемещения при равнозамедленном движении. Из нее выражаем искомую скорость. Вычисляем ее.
Решение:
  1. Записываем значения в СИ: тормозящая сила ; масса  .
  2. По 2-му закону Ньютона . Отсюда: . Найдем величину ускорения:  .
  3. Поскольку в условии не дано время, используем для расчета скорости формулу . Здесь: 1) v – конечная скорость, которой в данном случае является скорость после завершения торможения (значит, v=0); 2) v0 – скорость перед началом торможения, т.е. искомая скорость; 3) а<0, т.к. при торможении вектор перемещения и ускорения направлены противоположно. Тогда получим:  Определяем скорость: .

Ответ: 10 м/с


Третий вариант (Камзеева, № 13)

Движущийся шар массой 4 кг соударяется с неподвижным шаром массой 2 кг. После удара шары движутся как единое целое со скоростью 2 м/с. Чему была равна скорость первого шара до соударения?

Ответ: ___ м/с

Алгоритм решения:
  1. Вводим обозначения для необходимых для решения физ.величин.
  2. Анализируем ситуацию до удара шаров и после него.
  3. Используя уравнение закона сохранения импульса, найдем искомую скорость.
Решение:
  1. Обозначим для 1-го (движущегося) шара массу и скорость соответственно m1 и v1. Аналогично для 2-го (неподвижного) шара – m2 и v2. Скорость после соударения обозначим v’.
  2. До удара 1-й шар имеет некую ненулевую скорость, которая и является искомой величиной. 2-й шар имеет . После соударения шары двигаются вместе, т.е. имеют одинаковую скорость. Поэтому . Поскольку шары после удара непосредственно контактируют друг с другом, то их система представляет собой единой физ.тело с массой ( ).
  3. По з-ну сохранения импульса   . Здесь векторы v1 и v’ сонаправлены, вектор v2 нулевой (т.к. по условию до удара 2-й шар неподвижен). Тогда получим:   . Отсюда .

Ответ: 3 м/с