Решения задач М876—М878, М880; Ф887—Ф889
38
P906. A conductor whose resistance depends on temperature is connected to a source of constant tension . The resistance of the conductor depends on temperature according to the rule , where is the resistance at °C, . Determine the established temperature of the conductor if the surrounding temperature is °C, while the power of heat loss to the surroundings is , where is the temperature difference between the conductor and the surroundings. Changes in the conductor’s size may be neglected.
P. Yu. Vinokur
P907. Two metallic balls of mass each, whose radii are and are placed in an electric field whose tension is directed from the larger ball to the smaller one and equals . The distance between the centres of the balls is . The larger ball carries the charge , the small one is uncharged. The ball are released. The time between the first and second collisions of the ball is . Find the time between the -th and -st collisions and the distance covered by the balls during that time. What is their average acceleration during a sufficiently long period of time? The collisions are assumed absolutely elastic.
A. A. Lapides
Решения задач
M876 — M878, M880*); Ф887 — Ф889
Будем считать, что окружность расположена вне треугольника (см. рисунок; второй случай, когда она висена в этот треугольник, рассматривается аналогично). Пусть и — точки пересечения сторон угла с касательной к окружности в точке , так что (в рассматриваемом случае) данная окружность висена в треугольник . Очевидно, что этот треугольник готовится треугольнику с центром , следовательно, — точка касания висанной окружности треугольника со стороны . Обозначим через и точки касания этих двух окружностей с прямыми и . По теореме о равенстве касательных, проведенных к окружности из одной точки,
аналогично,
по той же теореме, , поэтому , что и требовалось.
A. C. Меркурьев
*) Решение задачи M879 войдет в статью «Теорема Виета и вспомогательный многочлен», публикуемую в «Кванте» № 12 за этот год.
39
М877. Из листа клецчатой бумаги размеры 29×29 клеtok вырезали 99 квадратков размеры 2×2 каждый. Докажите, что из него можно вырезать еще один квадратик.
На рисунке серым цветом закрашены 100 квадратков 2×2. Вырезая из исходного квадрата 29×29 любой квадратик 2×2, мы «задеваем»ровно один квадратик. Следовательно, после 99 таких операций один из серых квадратков останется нетронутым.
С. В. Фомин
М878. Докажите, что если сумма плоских углов при вершине парамды больше 180°, то каждое боковое ребро парамды меньше полуперimetра ее основания.
Пусть — данная парамида. Разрежем ее боковую поверхность по ребру и развернем ее на плоскость (см. рисунок, на котором и — это два экземпляра ребра , образовавшиеся в результате разрезания, так что ). Из условия задачи следует, что точка лежит внутри многоугольника . Продолжая отрезок за точку до пересечения с ломаной , мы получим точку , разбиивающий ломаню на две части: ломаную длины и ломаную длины . Из неравенств , следует, что .
Остается заметить, что в правой части стопперметр основания парамиды.
Ю. И. Ионин
М880*. В последовательности 1, 0, 1, 0, 1, 0, … каждый член, начняя с седьмого, равен последней цифре суммы предыдущих. Докажите, что в этой последовательности не встречается подряд шесть чисел 0, 1, 0, 1, 0, 1.
Эту задачу схематически можно представить так: задано преобразование некоторого множества (множества шестерок чисел; шестерке сопоставляется , где — последняя цифра суммы ); требуется доказать, что повторяя это преобразование, из одной данной «точки» множества (шестерки ) нельзя получить другую (шестерку ). Очень часто такие задания решения решить, найдая инвариант, то есть величину, не изменяющего при заданном преобразовании: достаточно установить, что значение инварианта для двух данных «точек» различны *).
В нашем случае такой величины может служить последняя цифра числа . В самом деле, просто вычисление показывает, что разность (далее цифра ) равна , то есть окончательно нулю.
*) Об инвариантах мы расссказывали неоднократно: см., например, статью А. Ходулева «Расселенение физек» («Квант», 1982, № 7, c. 28); там же приводятся ссылки и на другие статьи по этой теме. Ряд задач на инварианты можно найти в «Кванте» № 10 за 1983 г. на с. 30.
40
lem. Следовательно, последние цифры чисел и совпадают: указывая намивлична — действительное инвариант. Остается проверить, что ее значения для заданных в условиях шестерок различины:
A. C. Меркурьев
Ф887. На проразное стеклянное тело, представляющее собой два соедининых оснований конуса, падает пучок параллельных световых лучей, имеющих круглое сечение диаметра (рис. 1,a). Размеры тела указаны на рисунке 1,a; показатель преломления стекла n. Кавая картина будет наблюдаться на экране, установленном на расстоянии от тела?
◆ Изображение на экране будет различным в зависимости от соответствия между , и .
- Расстоярим случай, когда луч после преломления на грани попадает в точку (см. рис. 1,a). В этом случае после двукратного преломления лучей (на гранях и , и ) пучок остается параллельным и на экране получится равномерно освещенный круг (рис. 1,6) диаметра . Получающая картина от не зависит.
Рис. 1.
Рис. 2.
Рис. 3.
варнит, определяем из рисунка 1,a:
Подставляя
получаем:
41
- Пусть . В этом случае каждый луч после двукратного преломления будет новый паралелен (рис. 2, а). На экране получится равномерно освещенное колюцо (рис. 2, б). Радиусы внутри и внешней окружности колюца —
Получаются картина от не зависит.
- Пусть . В этом случае (рис. 3, а) картина, получющаяся на экране, зависит от того, на каком расстоянии от точки находится экран. На рисунке 3, б показаны картины, получшиеся при разных положениях экрана: .
А. В. Хельвас
Ф888. На рисунке изображена прициппальная схема грамметра — прибора для измерения варшацей ускорения свободного падения . В теплозолювованных газовых баллонах и давления соответственно Pa и Pa. Цилиндрические сосоды и радиуса 10 см и соединицая их трубка заполнены рутью. Поверх력 налита очень легкая жидкость (толуол); эта жидкость заполняет также частью капилляры радиуса 1 мм, соединицание сосоды и с баллонами 1 и 2. Опишите процесс измерения варшацей ускорения с помощью этого прибора. Какова величина варшацей , которые можно зарезервировать этим грамметром, если известно, что при измерениях в разных пунктах измерения разности горизонтальных смесений толуола в капиллярах могут достигать несколько
◆ Предположим, что в некоторых пунктке на поверхности Земли разность уровней рутии в сосудах и оказывается равной . Если разность давления и в сосудах фиксирована, то из условия определяется значение ускорения свободного падения в данной пунктке:
В другом пункте ускорение будет отличаться от ; пусть оно равно . Разность уровней рутии в сосудах и будет теперь . При сохранении разности давления в сосудах и при малых варшацях и, соответственно, малых приращениях
Таким образом, порядок величины варшацей определяется порядком измерения . Измерить непосредственно малые приращения трудно. Чтобы определить значение , поверх력 налита легко удовлетворяет требованиям толуола в капиллярах равна (эта величина измеряется), то, очевидно,
где и — площади секений сосудов и капилляров, соответствующих.
По условиям , кг/м, Pa, м. Поскольку м/c, относя
42
Миллиметров (до 1 см)? Температура во время разных изменений поддерживает постоянной плотность ртути .
Ф889. Солнце находится на угловой высоте ф над горизонтом. Под каким углом α к поверхности Земли нужно бросить тело в вертикальной плоскости, проходящей через Солнце, чтобы тело тела прошана набольшей путь по Земле?
Рассмотрим отдельно случай, соответствующий различным соответствиим между α и φ.
- Если бросать тело под углом α≤φ, то путь, проходимый тенью за время полета тела, будет равен дальнейсти полета, то есть (см. рис. 1).
При () значение тем больше, чем больше α; следовательно, надо бросать тело под углом α=φ, и тогда
Если же , то α должно быть равным 45°, так как максимально при (в этом случае ).
- Если бросать тело под углом α>φ, то тень пройдет путь, равный (см. рис. 2)
Найдем . Для этого нам надо получить уравнение касательной к параболе в точке M и определить абсциссу точки пересечения касательной с осью X ().
Чтобы получить уравнение касательной AM, определим координаты и точки M. Угловой коэффициент касательной равенtgφ и равен произвольной функции , описывающей парабoly, в точке M. Нетрудно показать, что
и следовательно,
откуда
Теперь мы можем записать уравнение касательной AM (см. рис. 3) —
и найти абсциссу точки A (и ):
42