Strona główna

Konkurs fizyczny


Pobieranie 87.77 Kb.
Data19.06.2016
Rozmiar87.77 Kb.
II

KONKURS FIZYCZNY

„FASCYNUJĄCA FIZYKA”

Instrukcja:


  1. Proszę rozwiązać zadania.

  2. Przy każdym zadaniu podana jest możliwa do uzyskania liczba punktów.

  3. Za rozwiązanie wszystkich zadań można otrzymać łącznie 50 punktów.

  4. Odpowiedzi należy zapisać czytelnie, pokazując drogę ich uzyskania.

  5. Należy użyć tylko niebieskiego lub czarnego koloru tuszu długopisu albo pióra. Proszę nie używać korektora.

  6. W przypadku podania błędnej odpowiedzi należy dany fragment pracy wyraźnie przekreślić.

  7. Podczas konkursu można korzystać z własnego kalkulatora( poza graficznym i programowalnym).

Zadanie 1 Samochód (10 pkt)

Samochód poruszający się z prędkością o wartości uderza w przeszkodę. W wyniku tego samochód zostaje zgnieciony a jego długość zmniejsza się o 50cm.


  1. Oblicz, jak długo trwa zgniatanie, przy założeniu, że ruch samochodu jest wówczas jednostajnie opóźniony, a przeszkoda nie poruszyła się? ( 2pkt.)

B) Oblicz, ile razy siła bezwładności działająca na kierowcę podczas zderzenia jest większa od jego ciężaru? ( 2 pkt.)

  1. Na 1,2 sekundy przed uderzeniem w przeszkodę kierowca rozpoczął gwałtowne hamowanie. Oblicz wartość prędkości samochodu w chwili rozpoczęcia hamowania, jeżeli wiadomo, że współczynnik tarcia, pomiędzy oponami a jezdnią wynosił 0,5.

( 3 pkt)
D) Oblicz ciepło wydzielone w trakcie hamowania, przyjmując, że masa samochodu

wynosi 1,4t. ( 3 pkt.)



Zadanie 2 Silnik cieplny (10pkt)
Gaz doskonały poddano cyklowi przemian (A ® B ® C ® D ® A) przedstawionym poniżej w układzie współrzędnych p – V.

  1. Wykonaj odpowiednie obliczenia i uzupełnij znajdującą się obok wykresu tabelę. ( 9 pkt.)









zmiana energii wewnętrznej DU

ciepło pobrane przez gaz

praca wykonana przez gaz

A ® B


- 50 J





B ® C


25 J






C ® D





140 J


D ® A











  1. Zakładając, że przedstawiony cykl, odpowiada cyklowi pracy pewnego silnika cieplnego, wyznacz jego sprawność. ( 1 pkt.)

Zadanie 3 Siatka dyfrakcyjna (10 pkt)
Monochromatyczna wiązka światła o długości fali 595nm pada prostopadle na siatkę dyfrakcyjną. W odległości 4m za siatką, w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny siatki znajduje się ekran. Na ekranie widoczny jest obraz interferencyjny, przy czym odstęp pomiędzy dwoma maksimami I-go rzędu wynosi 15,2cm.

  1. Oblicz stałą siatki i ilość szczelin przypadającą na 1mm. ( 2 pkt.)



  1. Jakiego najwyższego rzędu maksima można uzyskać za pomocą siatki o stałej równej 30μm? ( 2 pkt.)

W kolejnym doświadczeniu z siatką, źródło monochromatyczne zastąpiono żarówką. Cienka, równoległa wiązka światła uzyskana z tej żarówki zawiera fale o długościach od 400nm do 770nm. Stała siatki wynosiła 30μm, zaś ekran znajdował się w odległości 4m za siatką.



  1. Opisz jakie zmiany w obrazie interferencyjnym zaszły w stosunku do sytuacji, w której stosowano źródło monochromatyczne. ( 2 pkt.)



  1. Ustal, poprzez dokonanie odpowiednich obliczeń, czy maksimum I-go rzędu pokrywa się częściowo z maksimum II-go rzędu. ( 2 pkt.)



  1. Oblicz odległość na ekranie pomiędzy najbardziej odległymi końcami dwóch maksimów I-go rzędu. ( 2 pkt.)


Zadanie 4 Księżyce Jowisza ( 10 pkt.)

W naszym układzie planetarnym prawie każda planeta posiada co najmniej jeden księżyc. Niektóre z planet mają ich bardzo dużo . Poniższa tabela zawiera wybrane dane charakterystyczne dla księżyców Jowisza.

Tabela nr 1

Nazwa

Odległość od środka Jowisza [tys. km]

Okres obiegu wokół Jowisza [dni]

Średnica

[km]


Masa [kg]

Prędkość ucieczki

Io

423,3

1,75

3640



2,555

Europa

673,8

3,54

3130



2,046

Ganimedes

1074,3

7,125

5270



2,744

Kallisto

1892,5

16,67

4850



2,381

Amalthea

181,4

0,46

420



0,222

Himalia

11455

250,58

160



0,085

Elara

11739

260,08

60



0,032

Pasiphac

23265

735

16



0,009

Sinope

23692

758

20



0,011

Lysithea

11668

260

18



0,010

Carme

22341

692

22



0,012

Ananke

20704

617

16



0,009

Leda

11099

238,7

14



0,007

Thebe

221,9

0,674

100



0,053

Adrasthea

129

0,2979

20



0,011

Metis

128

0,294

40



0,021



  1. Oblicz średnie gęstości trzech księżyców o największej masie i uzupełnij następującą tabelkę. ( 3 pkt)



Nazwa księżyca

Masa [kg]

Gęstość






























  1. Księżyce obiegają planetę Jowisz w różnej od niego odległości R i z różnym okresem obiegu T. Wykaż, że znając wyżej wymienione parametry można obliczyć masę planety Jowisz z następującego wzoru . Opisz z jakiego założenia wychodzisz i pokaż jakie wykonujesz przekształcenia. ( 3pkt)



  1. Sprawdź dla czterech , najbardziej oddalonych od Jowisza, księżyców, czy obiegają one Jowisz zgodnie z III prawem Keplera. Uzupełnij w tym celu poniższą tabelę. W czwartej kolumnie napisz jaką wielkość będziesz liczył i w jakich jednostkach.

Nazwa księżyca

Odległość od Jowisza

Okres obiegu




















































Wyciągnij wniosek na podstawie wyników zawartych w ostatniej kolumnie ( 4pkt)



Zadanie 5 Promieniowanie ( 10 pkt.)

Awaria elektrowni w Czarnobylu uświadomiła światu jak groźne, niebezpieczne i długotrwałe mogą być skutki promieniowania jądrowego. W praktyce stosuje się różne parametry promieniowania i wielkości do opisywania efektów spowodowanych promieniowaniem jonizującym. Wymieńmy podstawowe z nich; aktywność źródła, dawka promieniowania ekspozycyjna i pochłonięta i biologiczny równoważnik dawki . Omówmy po kolei każdą wielkość.

Przez aktywność źródła rozumie się liczbę rozpadów promieniotwórczych występujących w jednostce czasu. Tradycyjną jednostką aktywności jest kiur (Ci). Preparat promieniotwórczy ma aktywność równą 1 Ci jeżeli w ciągu sekundy zachodzi rozpadów .Chociaż 1 Ci jest jednostką powszechnie używaną, to jednostką z układu SI jest bekerel (Bq) równy jednemu rozpadowi na sekundę.

Dawka ekspozycyjna określa nam natężenie promieniowania, którego działaniu została poddana substancja. Zależy ona wyłącznie od własności źródła. Miarą dawki ekspozycyjnej jest sumaryczny ładunek elektryczny wytworzony przez padające promieniowanie w substancji. Jednostką dawki ekspozycyjnej jest rentgen (R) . Odpowiada on takiej dawce promieniowania , która w 1 kg suchego powietrza w warunkach normalnych wytwarza ładunek elektryczny jonów jednego znaku równy C. Czyli .

Dawka pochłonięta jest to energia promieniowania pochłonięta przez jednostkę masy substancji. Powszechnie używaną jednostką dawki pochłoniętej jest rad, który odpowiada pochłonięciu przez jeden kg substancji energii 0,01 J. Inaczej mówiąc 1 rad = 0,01 J/kg . W układzie SI jednostką dawki pochłoniętej jest grej. 1 Gy = 1 J/kg .

Chociaż dawka pochłonięta opisuje ilość energii pochłoniętej przez substancję, to jednak skutki działania promieniowania na układy biologiczne zależą przede wszystkim od rodzaju promieniowania jonizującego. Wybierzmy za wzorcowe promieniowanie rentgenowskie o energii 200 KeV. Zdefiniujmy teraz współczynnik jakości promieniowania jonizującego(QF) określający względną skuteczność biologiczną danego rodzaju promieniowania w porównaniu ze skutkami promieniowania wzorcowego. Na przykład dla neutronów o energii 100 KeV współczynnik QF wynosi 10. Oznacza to , że ten sam efekt wywoła wiązka neutronów dla której dawka pochłonięta jest dziesięciokrotnie niższa niż dla promieniowania wzorcowego. Poniższa tabelka pokazuje współczynniki QF dla różnego rodzaju promieniowania.


Tabelka nr 1

Rodzaj promieniowania

QF

Cząstki

10 – 20

Neutrony

10

Protony ( od 1 MeV do 10 MeV)

2

Cząstki

1

Promieniowanie około 4 MeV)

0,6

Promieniowanie ( od 1,17 MeV do 1,33 MeV)

0,7

Wielkością określającą działanie biologiczne promieniowania jest biologiczny równoważnik dawki. Jednostką równoważnika dawki jest 1 rem .W układzie SI jednostką jest siwert (Sv). Tabela nr 2 przedstawia wielkości promieniowania jonizującego i związki pomiędzy nimi. Tłustym drukiem wyróżniono jednostki układu SI.


Tabela nr 2

Symbol wielkości

Wielkość

Nazwa Jednostki

Skrót

Uwagi

A

Aktywność źródła

bekerel

kiur


Bq

Ci


1 rozpad/s

3,7*1010 rozpadów/s



X

Dawka ekspozycyjna

-

rentgen


C/kg

R

2,58*10-4 C/kg


D

Dawka pochłonięta

grej

rad


Gy

rad


1J/kg

0,01 J/kg



QF

Współczynnik jakości promieniowania







skuteczność biologiczna względem promieniowania o energii 200 KeV

ED

Biologiczny równoważnik dawki

siwert

rem


Sv

rem


QF*D [Gy]

QF*D[rad]






  1. Żywa tkanka pochłonęła dawkę 100 000 radów i uległa całkowitemu zniszczeniu. Oblicz o ile stopni podniosła się temperatura tkanki biologicznej ? Przyjmij , że ciepło właściwe tkanki biologicznej jest równe cw= 4180 J/(kg K). Czy bezpośrednią przyczyną zniszczenia tkanki organicznej było jej przegrzanie ?( 3pkt )

Atmosfera ziemska w bardzo dużym stopniu pochłania promieniowanie jonizujące docierające z kosmosu. Biologiczny równoważnik promieniowania w Polsce na powierzchni Ziemi wynosi około 280 mrem/rok . Ale już na wysokości 10 km wynosi on 0,9 mrem/godzinę.


  1. Oblicz ile wynosi biologiczny równoważnik dawki dla stewardessy przebywającej przez 20 godzin tygodniowo na wysokości 10 km ? Załóż, że rok ma 52 tygodnie. Wynik podaj w Sv.( 2 pkt)



  1. W Polsce ustalono następujące maksymalne dawki promieniowania wyrażone w Sv/rok


Osoby pracujące bezpośrednio przy źródłach promieniotwórczych

Osoby pracujące w pobliżu takich źródeł

Pozostałe osoby

0,05

0,005

0,0005




Na podstawie powyższej tabeli określ z jaką grupą ryzyka zawodowego porównywalny jest zawód stewardessy ? Odpowiedź swoją uzasadnij. ( 2pkt)


W 1954 roku w Stanach Zjednoczonych przeprowadzono w atmosferze wybuch bomby termojądrowej o mocy rażenia 15 megaton TNT( trotylu). Rybacy znajdujący się w odległości 200 km od miejsca wybuchu odczuli skutki promieniowania po wybuchu tej bomby.



  1. W rejonie w którym znajdowali się rybacy gęstość energii wynosiła .Oblicz wielkość dawki pochłoniętej przez rybaka o masie 80 kg , jeżeli na promieniowanie była narażona powierzchnia około . Wyraź tę dawkę w Gy ( 2 pkt )



  1. Na podstawie wieloletnich obserwacji ustalono określone działanie dawki promieniotwórczej na organizmy żywe.


Dawka [Sv]

Obserwowane skutki biologiczne







do 0,25

0,25-0,5
0,50-1


1-2


2-4
4-6
6-

brak wykrywalnych objawów klinicznych
czasowe zmiany w obrazie krwi
mdłości, zmęczenie ,zmiany we krwi

dodatkowo pojawiają się wymioty, objawy ustępują po kilku tygodniach


całkowita niezdolność do pracy, zdarzają się zgony

50% zgonów w ciągu 2-6 tygodni


100% zgonów w ciągu kilku dni










Zakładając , że współczynnik jakości promieniowania w miejscu znajdowania się rybaków wynosił 0,8 oblicz biologiczny równoważnik dawki , jaką otrzymał każdy rybak a następnie wyciągnij wniosek na temat stanu zdrowia rybaków po wybuchu ( 1 pkt)








©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość