Задачи

Здесь собраны интересные задачки по общей физике повышенной, как это принято называть, сложности. Многие из них предлагались в разные годы на Всесоюзных (или Всероссийских) физических олимпиадах.
Градация по сложности и по классам носит волюнтаристский характер. Если вы находите какую-то задачу явно несоответствующей заявленной сложности, сообщите, пожалуйста, нам.
Для большинства задач указан источник, в котором авторы сайта впервые встретили эту или подобную задачу. Если вы считает информацию об источнике неточной или неправильной, мы будем рады исправить недочёт.

  • Имеется динамомашина с независимым возбуждением, на якоре которой имеются две совершенно одинаковые обмотки с сопротивлением R. Каждая из обмоток соединена с одним из двух одинаковых коллекторов. Одну из обмоток подключили к источнику с напряжением U, а другую замкнули на резистор с сопротивлением r. Как зависит угловая скорость вращения якоря и сила тока в каждой из обмоток от сопротивления r?
  • Ученые обратили внимание на то, что единицы длины, времени и массы «приспособлены» к людям и связаны с особенностями планеты Земля, но могут оказаться «неудобными» при контактах с представителями внеземных цивилизаций. Поэтому было предложено в качестве основных механических единиц взять фундаментальные постоянные c ≈ 3∙10^8 м/с, G ≈ 7∙10^−11 Н∙м^2/кг^2 и ħ ≈ 1∙10^−34 Дж∙с. Тогда единицы длины l_P, времени t_P и массы m_P будут производными от этих физических величин и выражаться через них. Такие единицы назвали планковскими. Выразите единицы длины l_P, времени t_P и массы m_P через «новые» основные единицы c, G и ħ, взятые в соответствующей степени. Примите коэффициент пропорциональности между производной единицей и основными единицами равным 1. Сколько метров в единице длины l_P, секунд в единице времени t_P и килограммов в единице массы m_P?
  • На наклонной плоскости лежит кубик массой m. На ту же плоскость аккуратно кладут цилиндр так, что он соприкасается с боковой гранью кубика (см. рис.). При какой максимальной массе M_max цилиндра система будет оставаться в равновесии? Коэффициент трения между всеми поверхностями, о которых идет речь в задаче, равен μ = 0,5. Угол α наклона плоскости таков, что tg α = 1/4. Радиус цилиндра меньше длины ребра кубика.
  • Один моль гелия расширяется так, что его давление линейно зависит от объёма. Температуры в исходном и конечном состояниях одинаковы. Вычислите работу, совершаемую газом, если известно, что в ходе рассматриваемого процесса разность между максимальной и минимальной температурой равна ΔT, а объём гелия увеличивается в k раз, причём k > 1.
  • Из пункта A в пункт B выехал автомобиль «Волга» со скоростью 80 км/ч. В то же время навстречу ему из пункта B выехал автомобиль «Жигули». В 12 часов дня машины проехали мимо друг друга. В 12:32 «Волга» прибыла в пункт B, а ещё через 18 минут «Жигули» прибыли в A. Вычислите скорость «Жигулей».
  • Какой максимальный объём воды плотностью ρ1 = 1,0 г/см^3 можно налить в H-образную несимметричную трубку с открытыми верхними концами, частично заполненную маслом плотностью ρ2 = 0,8 г/см^3? Площадь горизонтального сечения вертикальных частей трубки равна S. Объёмом горизонтальной части трубки можно пренебречь. Вертикальные размеры трубки и высота столба масла приведены на рисунке (высоту h считать заданной). Примечание. Затыкать открытые концы трубки, наклонять её или выливать из неё масло запрещено.
  • Пространство между двумя коаксиальными металлическими цилиндрами заполнено водой, находящейся при температуре t0 = 20°C (cм. рис.). Расстояние между цилиндрами равно 1 мм и значительно меньше их радиусов. Цилиндры подключают к источнику постоянного напряжения U = 42 В. Через какое время вода между цилиндрами закипит? Теплоёмкостью цилиндров и потерями теплоты пренебречь. Атмосферное давление нормальное. Плотность воды ρ = 1000 кг/м^3, удельная теплоёмкость воды c = 4200 Дж/(кг·°C), удельное электрическое сопротивление воды r = 3200 Ом·м.
  • Тонкую длинную планку перемещают вдоль оси Ox с постоянной скоростью υ1. Её пересекает под углом α другая планка (рис. 12), скорость которой υ2. С какой скоростью движется вдоль оси Oy точка A, лежащая на пересечении планок?
  • При гребле на байдарке по «гладкой воде» в месте вытаскивания весла из воды образуется маленький водоворотик. Если гребец делает n1 = 24 гребка в минуту, то расстояние между соседними водоворотиками равно L1 = 4 м. Вычислите расстояние L2 между водоворотиками, если тот же гребец на той же лодке будет делать n2 = 20 гребков в минуту. Считайте, что в обоих случаях за один гребок спортсмен всегда совершает одну и ту же работу, а лодка движется с постоянной скоростью. Со стороны воды на лодку действует сила сопротивления F, прямо пропорциональная скорости лодки.
  • U-образная длинная тонкая трубка постоянного внутреннего сечения заполнена ртутью так, что в каждом из открытых в атмосферу вертикальных колен остаётся слой воздуха высотой H = 320 мм. Правое колено плотно закрыли пробкой, а в левое опустили кусок свинцовой проволоки, зазор между проволокой и трубкой много меньше диаметра трубки (см. рис.). Какой максимальной длины L могла быть проволока, если при этом ртуть не выливалась из зазора между проволокой и трубкой? Примечание. Плотность ртути ρHg = 13,55 г/см^3, плотность свинца ρPb = 11,35 г/см^3. Атмосферное давление p0 = 720 мм. рт. ст., температура в течение всего опыта оставалась постоянной.