previous arrow
next arrow
Slider

Задание 4 ЕГЭ по физике

Механическое равновесие, механические колебания и волны. Условие равновесия твёрдого тела, закон Паскаля, сила Архимеда,

В. З. Шапиро

Четвертое задание ЕГЭ по физике проверяет ваши знания по нескольким разделам физики: «Механические колебания и волны», «Сила Архимеда», «Условие равновесия рычага». Это задание базового уровня, без возможности выбора ответа.

Сила Архимеда

Необходимая теория: Статика жидкостей и газов

1. Деревянный кубик имеет ребро 3 см. Определите архимедову силу, действующую на кубик при его полном погружении в воду.

Ответ: __________________________ Н.

Применим формулу для силы Архимеда.

F_A= \rho gV, где \rho – плотность жидкости, в которую погружается тело. Проведем расчет: F_A= 1000\cdot 10\cdot {0,03}^3=0,27 (H).

Ответ: 0,27 Н.

Секрет решения: В этой достаточно простой задаче можно допустить ошибку, перепутав плотности жидкости (воды) и дерева. В законе Архимеда используется плотность жидкости, в которую погружается тело.

Механические колебания и волны

Необходимая теория: Механические колебания и Механические волны

2. Колеблющаяся струна издаёт звук с длиной волны 0,17 м. Какова частота её колебаний, если скорость звука в воздухе 340 м/с?

Ответ: ___________________________ Гц.

Формула, которая связывает длину волны, частоту и скорость ее распространения, имеет вид: \nu= \lambda \nu. Отсюда можно выразить частоту колебаний \nu =\frac{v}{\lambda };\ \nu = \frac{340}{0,17}=2000 (Гц).

Ответ: 2000 Гц.

Обратите внимание на тему «Колебания и волны». Если у вас есть глубокое понимание процессов колебательного и волнового движения в механике – вы сможете провести полную аналогию, рассматривая колебательные процессы  в электродинамике.

3. Груз, подвешенный на лёгкой пружине жёсткостью 400 Н/м, совершает свободные вертикальные гармонические колебания. Пружину какой жёсткости надо взять вместо первой пружины, чтобы период свободных колебаний этого груза стал в 2 раза меньше?

Ответ: ___________________________ Н/м.

Формула для периода колебаний пружинного маятника имеет вид:

T=2\pi \sqrt{\frac{m}{K}}.

Для двух случаев запишем уравнения:

T_1=2\pi \sqrt{\frac{m}{K_1}};

T_2=2\pi \sqrt{\frac{m}{K_2}}; отсюда \frac{T_1}{T_2}=\sqrt{\frac{K_2}{K_1}}=2;

\frac{K_2}{K_1}=4; \,  k_2={4K}_1.

Рассчитаем K_2=4\cdot 400=1600 Н/м.

Ответ: 1600 Н/м.

 Формулы периодов колебаний математического и пружинного маятников являются базовыми и входят в Кодификатор ЕГЭ по физике. Только через многократное решение задач и вывод физических величин, входящих в эту формулу можно добиться безошибочного применения этих закономерностей.

Условие равновесия рычага

Необходимая теория: Простые механизмы

4. С использованием нити ученик зафиксировал рычаг. Какова масса подвешенного к рычагу груза, если сила натяжения нити равна 3 Н?

Ответ: ______________________ кг.

Условие равновесия рычага можно выразить следующим образом:

F_1l_1=F_2l_2 (1).

Силу натяжения нити T можно приравнять к F_1, а вес груза P к F_2. Кроме того, P=mg. Тогда формула (1) примет вид

Tl_1=mgl_2; отсюда m=\frac{Tl_1}{gl_2};\ \ m=\frac{3\cdot 5}{10\cdot 3}=0,5 (кг).

Ответ: 0,5 кг.

Секрет решения: При рассмотрении условия равновесия рычага надо помнить, что плечо силы – это кратчайшее расстояние от линии действия силы до оси вращения (точки опоры). Если дополнительно в задаче дается масса рычага, то необходимо принять во внимание силу тяжести, которая действует на сам рычаг.