Kvant
Bài toán Kvant

Lời giải bài toán M801—M805; F813—F817

Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →

50

P832*. Một khung siêu dẫn hình vuông không biến dạng có cạnh aa được đặt nằm ngang trong một từ trường không đều có cảm ứng trong không gian được cho bởi
Bx=−kx,By=0,Bz=kz+B0.B_x = -kx, B_y = 0, B_z = kz + B_0.
The mass of the frame is mm, its inductivity is LL. At the initial moment the centre of the frame is at the origin with sides parallel to the XX and YY axes. How will the frame move after it is released and where will it be after time tt?
O. Yu. Nikishina

Lời giải bài toán

M801—M805; F813—F817

Lưu ý phần nguyên của số a⩾1a \geqslant 1 bằng số số tự nhiên nhỏ hơn hoặc bằng aa. Cụ thể là [n]+[n3]+⋯+[nn]=[log⁡2n]+[log⁡3n]+⋯+[log⁡nn][\sqrt{n}] + [\sqrt[3]{n}] + \dots + [\sqrt[n]{n}] = [\log_2 n] + [\log_3 n] + \dots + [\log_n n] ([x][x] nghĩa là phần nguyên của số xx).

Vế phải được xử lý tương tự: [log⁡mn]−1[\log_m n] - 1 là số tự nhiên x⩾2x \geqslant 2 sao cho x⩽log⁡mnx \leqslant \log_m n, tức là mx⩽nm^x \leqslant n. Đó là lý do tại sao
([log⁡2n]−1)+([log⁡3n]−1)+⋯+([log⁡nn]−1)=N([\log_2 n] - 1) + ([\log_3 n] - 1) + \dots + ([\log_n n] - 1) = N
(đối với m>nm > n, y⩾2y \geqslant 2 thì bất đẳng thức my⩽nm^y \leqslant n rõ ràng là không đúng).

Vì vậy, cả hai vế đẳng thức của chúng ta đều bằng N+n−1N + n - 1.
V. V. Kasil

M802. Trên các cạnh AB và BC của tam giác ABC, cũng như ở các cạnh trung tâm, các tam giác vuông APB và BQC có các góc ở đỉnh bằng nhau BB được dựng bên ngoài nó. Tìm các mặt lồi của tam giác PQK, trong đó KK là trung điểm của cạnh AC.

Đáp số: P^=Q^=β,K^=180∘−2β\hat{P} = \hat{Q} = \beta, \hat{K} = 180^\circ - 2\beta.

bài toán này thuộc về một nhóm khá lớn bài toán, trong đó các hình tam giác (hoặc đa giác khác) có hình dạng nhất định được xem xét, được xây dựng trên các cạnh của một hình tam giác (hoặc đa giác) khác; Có lẽ nổi tiếng nhất trong số đó là cái gọi là “bài toán Napoleon” - để chứng minh rằng tâm của các tam giác vuông dựng trên các cạnh của một tam giác tùy ý bên ngoài nó tạo thành một tam giác vuông. Nói chung, những bài toán này có thể được giải bằng cách sử dụng thành phần biến đổi mặt phẳng.

Hãy xem xét hai phép biến đổi phân chia (Hình 1):
Fp=Hpk∘Rp90,F_p = H_p^k \circ R_p^{90}, trong đó k=∣PB∣:∣PA∣k = |PB|:|PA|, là thành phần của phép quay Rp90R_p^{90} quanh PP nhân 90∘90^\circ và được chuẩn bị với tâm PP và hệ số kk và Fq=Hqk∘Rq90F_q = H_q^k \circ R_q^{90} (các phép biến đổi như vậy được gọi là hình học phép quay hoặc phân chia xoắn ốc). Thành phần của chúng F=Fq∘FpF = F_q \circ F_p giữ nguyên điểm KK (điều này giải thích sự lựa chọn của các phép biến đổi như vậy; chúng tôi sẽ đưa ra bằng chứng sau). Đặt Fp(K)=K1F_p(K) = K_1 (Hình 2), sau đó đặt Fq(K1)=KF_q(K_1) = K. Các hình tam giác KPK1,KQK1KPK_1, KQK_1 và APB được ghép với nhau thành các tam giác vuông có cùng tỷ lệ hai chân (∣KP∣:∣PK1∣=∣KQ∣:∣QK1∣=k=∣PA∣:∣PB∣|KP|:|PK_1| = |KQ|:|QK_1| = k = |PA|:|PB|). Và vì KK1KK_1 là cạnh huyền chung của các tam giác KPK1KPK_1 và KQK1KQK_1 nên chúng bằng nhau nên ∣KP∣=∣KQ∣|KP| = |KQ|. Vì vậy, PKQ^=360∘−2⋅90∘−2β\hat{PKQ} = 360^\circ - 2\cdot 90^\circ - 2\beta, KPQ^=KQP^=(180∘−(180∘−2β))/2=β\hat{KPQ} = \hat{KQP} = (180^\circ - (180^\circ - 2\beta))/2 = \beta.

Còn phải chứng minh rằng KK là điểm cố định trong phép biến đổi của phân khu FF. Lưu ý các thuộc tính sau của FF:

51

  1. FF - độ dịch chuyển (vì hệ số tương tự FF bằng k⋅1k=1k \cdot \frac{1}{k} = 1);

  2. Khi chuyển động FF thì tia nào cũng chuyển hướng ngược lại (với tomathety thì hướng của tia được bảo toàn; khi quay thì tia nào cũng quay một góc bằng góc quay nên tổng góc quay của tia bất kỳ khi biến đổi FF đều bằng 90∘+90∘=180∘90^\circ + 90^\circ = 180^\circ);

  3. F(A)=CF(A) = C (FP(A)=BF_P(A) = B theo lựa chọn FPF_P và FQ(B)=CF_Q(B) = C vì BQC=90∘BQC = 90^\circ và ∣QC∣:∣QB∣=∣PA∣:∣PB∣=1/k|QC|:|QB| = |PA|:|PB| = 1/k).

Điều này ngụ ý rằng FF là đối xứng tâm của ZKZ_K với tâm KK và đặc biệt là F(K)=KF(K) = K.

Hãy thử phương pháp tương tự để giải “bài toán Napoleon”.

V. N. Dubrovsky

M803. Tổng của hai số hữu tỷ xx và yy là số tự nhiên, tổng nghịch đảo của chúng 1/x1/x và 1/y1/y cũng là số tự nhiên. xx và yy có thể là gì?

Đáp số: (x,y)=(1,1),(1/2,1/2),(2,2)(x, y) = (1, 1), (1/2, 1/2), (2, 2). Hãy biểu diễn các số xx và yy dưới dạng phân số tối giản: x=ab,y=cdx = \frac{a}{b}, y = \frac{c}{d}. Khi đó x+y=ad+bcbdx + y = \frac{ad + bc}{bd} là một số tự nhiên. Do đó, ad+bcad + bc chia hết cho bb và vì aa và bb là các số nguyên tố cùng nhau nên dd chia hết cho bb. Mặt khác, ad+bcad + bc chia hết cho dd, vì vậy bb chia hết cho dd. Theo sau đó là b=±db = \pm d. Tương tự, 1x+1y=ad+bcac\frac{1}{x} + \frac{1}{y} = \frac{ad + bc}{ac} là số tự nhiên nên a=±ca = \pm c. Vì vậy, x=yx = y hoặc x=−yx = -y. Trường hợp thứ hai là không thể, vì theo điều kiện x+y≥1x + y \ge 1. Trong trường hợp đầu tiên, x+y=2x=2a/bx + y = 2x = 2a/b và 2/x=2b/a2/x = 2b/a là số tự nhiên. nghĩa là, aa và bb là ước của 2 và a/b>0a/b > 0. Do đó, a/b=1/1=1a/b = 1/1 = 1, hoặc a/b=1/2a/b = 1/2, hoặc a/b=2/1=2a/b = 2/1 = 2.

A. P. Savin

M804. Điểm OO là trung điểm trục của một hình trụ tròn vuông, AA và BB là các điểm đối xứng đường kính trên đường tròn đáy dưới của hình trụ, CC là một điểm nào đó trên đường tròn đáy trên không nằm trong mặt phẳng OABOAB. Chứng minh rằng tổng hai góc của một tam giác OABCOABC (có đỉnh OO) là 2π.

Đặt DD là một điểm trên đường tròn của đáy trên của hình trụ, đối xứng đường kính với điểm CC (Hình 1). Chúng ta chứng minh rằng các góc tam giác OABC,OBCD,OCDAOABC, OBCD, OCDA và ODABODAB có chung một đỉnh OO là bằng nhau. Vì ba góc này có chung một cạnh (OA,OB,OCOA, OB, OC hoặc ODOD) và tổng các góc nhị diện của chúng ở cạnh đó là rất indo, bằng 2π, nên tổng của tất cả 12 góc nhị diện của chúng là 4⋅2π=8π4 \cdot 2\pi = 8\pi. Do đó, tổng các góc nhị diện của mỗi góc, đặc biệt là góc OABCOABC, bằng 8π/4=2π8\pi/4 = 2\pi.

Để chứng minh sự bằng nhau của các góc tam diện này, hãy lưu ý rằng các cạnh đối diện của tam giác ABCDABCD theo cặp bằng nhau (∣AB∣=∣CD∣|AB| = |CD| như đường kính của các đường tròn đồng dạng và các cạnh ACAC Và BDBD, và cả ADAD Và BCBC đối xứng lẫn nhau so với hình trụ; (xem hình 1). Và kể từ thời điểm OO cách đều tất cả các đỉnh của tam giác △OAB≅△OCD,△OAC≅△OBD\triangle OAB \cong \triangle OCD, \triangle OAC \cong \triangle OBD Và △OAD≅△OBC\triangle OAD \cong \triangle OBC. Do đó, các góc tam diện đang xét có sự tương ứng của các góc phẳng bằng nhau và do đó bằng nhau. Tính đồng thời của các góc tam diện cũng có thể được chứng minh rõ ràng bằng cách thay thế các đường thẳng nối trung điểm của các cạnh ACAC Và BDBD, và cả ADAD Và BCBC, giống như dilinda thông thường, là các trục đồng dạng của tam giác ABCDABCD.

Tứ diện ABCDABCD với các mặt bằng nhau sẽ giúp chúng ta giải được bài toán, có nhiều tính chất đáng chú ý. Có một danh sách lớn các thuộc tính của nó trong bài viết của V. E. Matizen ở «Kvant» số 6 cho năm nay.

I. K. Zhuk

52

M805*. a) Trên các cạnh BC, CA, AB của tam giác ABC lần lượt chọn các điểm A₁, B₁, C₁ sao cho các đoạn AA₁, BB₁ và CC₁ cắt nhau tại một điểm. Chứng minh rằng S₁A₁B₁C₁ ₁ABC/4.

  1. Trên các mặt BCD, CDA, BDA, ABC của tam giác ABC, lần lượt chọn các điểm A₁, B₁, C₁, D₁ sao cho các đoạn AA₁, BB₁, CC₁, DD₁ cắt nhau tại một điểm. Chứng minh rằng V₁A₁B₁C₁ ₁ABCD/27.

Hình 1.

Hình 2.

Hình 3.

Trước hết, chúng ta sẽ chứng minh một số bổ đề đơn giản nhưng rất hữu ích về mối quan hệ giữa diện tích hình tam giác và thể tích của tứ diện.

(1) Nếu đường thẳng MM₁ cắt đường thẳng KL tại điểm P (Hình 1), thì

SKLM:SKLM1=∣MP∣:∣M1P∣.S_{KLM}: S_{KLM_1} = |MP|: |M_1P|.

Điều này suy ra từ đẳng thức hiển nhiên hₘ:hₘ₁ = |MP|: |M_1P|, trong đó hₘ và hₘ₁ là chiều cao của các tam giác KLM và KLM₁.

(2) Nếu điểm L₁ và M₁ nằm trên đường thẳng KL và KM (Hình 2), thì

SKLM:SKL1M1=∣KL∣⋅∣KM∣∣KL1∣⋅∣KM1∣.S_{KLM}: S_{KL_1M_1} = \frac{|KL| \cdot |KM|}{|KL_1| \cdot |KM_1|}.

Thật vậy, S_{KLM}: S_{KL_1M_1} = (S_{KLM}: S_{KL_1M}) \cdot (S_{KL_1M}: S_{KL_1M_1}) = (|KL|: |KL_1|) \cdot (|KM|: |KM_1|) do (1).

(3) Nếu đường thẳng NN₁ cắt mặt phẳng KLM tại điểm P thì

VKLMN:VKLMN1=∣NP∣:∣N1P∣.V_{KLMN}: V_{KLMN_1} = |NP|: |N_1P|.

(Chứng minh tương tự (1).)

(4) Nếu các điểm L₁, M₁, N₁ nằm trên các đường thẳng KL, KM, KN thì

VKLMN:VKL1M1N1=∣KL∣⋅∣KM∣⋅∣KN∣∣KL1∣⋅∣KM1∣⋅∣KN1∣V_{KLMN}: V_{KL_1M_1N_1} = \frac{|KL| \cdot |KM| \cdot |KN|}{|KL_1| \cdot |KM_1| \cdot |KN_1|}

(Chứng minh tương tự với (2).)

Hãy đi thẳng tới lời giải bài toán.

a) Gọi O là giao điểm của các đoạn AA₁, BB₁ và CC₁; S, Sₐ, Sₑ và Sₒ là diện tích của các tam giác ABC, OBC, OCA và OAB (Hình 3). Khi đó theo (1)

∣OA∣∣OA1∣=∣AA1∣−∣OA1∣∣OA1∣=SSA−1=S−SASA.\frac{|OA|}{|OA_1|} = \frac{|AA_1| - |OA_1|}{|OA_1|} = \frac{S}{S_A} - 1 = \frac{S - S_A}{S_A}.

Mối quan hệ tương tự được giữ cho các phân đoạn BB₁ và CC₁. Như vậy,

∣OA1∣∣OA1∣=SAS−SA,∣OB1∣∣OB1∣=SBS−SB,∣OC1∣∣OC1∣=SCS−SC.\frac{|OA_1|}{|OA_1|} = \frac{S_A}{S - S_A}, \frac{|OB_1|}{|OB_1|} = \frac{S_B}{S - S_B}, \frac{|OC_1|}{|OC_1|} = \frac{S_C}{S - S_C}.

Chia thể tích của △A1B1C1\triangle A_1B_1C_1 thành ba hình tam giác theo các đoạn OA₁, OB₁ và OC₁ rồi ước tính diện tích của từng hình tam giác một cách riêng biệt.

Có hiệu lực (2)

SOA1B1=SOAB⋅∣OA1∣⋅∣OB1∣∣OA∣⋅∣OB∣=SC⋅SASB(S−SA)(S−SB)=SASBSC(S−SA)(S−SB)(S−SC).S_{OA_1B_1} = S_{OAB} \cdot \frac{|OA_1| \cdot |OB_1|}{|OA| \cdot |OB|} = S_C \cdot \frac{S_A S_B}{(S - S_A)(S - S_B)} = \frac{S_A S_B S_C}{(S - S_A)(S - S_B)(S - S_C)}.

⋅(S−SC)=k⋅(S−SC).\cdot (S - S_C) = k \cdot (S - S_C).

Cộng đẳng thức này với các đẳng thức tương tự của tam giác OB₁C₁ và OC₁A₁, chúng ta thu được:

SA1B1C1=k((S−SC)+(S−SA)+(S−SB))=2kS.S_{A_1B_1C_1} = k((S - S_C) + (S - S_A) + (S - S_B)) = 2kS. (*)

Để ước tính k, chúng ta viết “bất đẳng thức về phương tiện” cho Sₐ và Sₑ, Sₑ và Sₒ, Sₒ và Sₐ:

SASB≤SA+SB2,SBSC≤SB+SC2,SCSA≤SC+SA2\sqrt{S_A S_B} \leq \frac{S_A + S_B}{2}, \sqrt{S_B S_C} \leq \frac{S_B + S_C}{2}, \sqrt{S_C S_A} \leq \frac{S_C + S_A}{2}

và các biến của chúng:

SASBSC≤(SA+SB)(SB+SC)(SC+SA)/8=(S−SC)(S−SA)(S−SB)/8.S_A S_B S_C \leq (S_A + S_B)(S_B + S_C)(S_C + S_A)/8 = (S - S_C)(S - S_A)(S - S_B)/8. (*)

Do đó k 1/8 và S₁A₁B₁C₁ ≤ S₁ABC/4.

  1. Chúng tôi sẽ chỉ đưa ra một phác thảo chung về bằng chứng - nó lặp lại cách lập luận ở điểm a) gần như từng chữ.

Gọi O là giao điểm của các đoạn này, V, Vₐ, Vₑ, Vₒ và Vₒ là thể tích của tam giác ABCD, OBCD, OCDA, ODAB và OABC (Hình 4). Bổ đề người dùng (3)

53

F813. Ba thanh bản lề không trọng lượng có chiều dài a, mỗi thanh bản lề ở các điểm A và B nằm trên cùng một phương ngang (xem hình); ∣AB∣=2a|AB|=2a. Vào khớp treo C một vật có khối lượng m. Với lực nhỏ nhất tác dụng lên bản lề D thì thanh giữa sẽ giữ ở vị trí nằm ngang?

F814. Một quả cầu bán kính R nằm trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn của xe. Xe bắt đầu di chuyển với tốc độ v0v_0. Bắt đầu chiếu ngang tốc độ của quả bóng tại thời điểm nó chạm sàn.

và (4) (thay vì (1) và (2) ở phần a)), dễ dàng chứng minh được VA1B1C1D1=3kVV_{A1B1C1D1} = 3kV,
(xem (*)), ở đâu
k=VAVBVCVD(V−VA)(V−VB)(V−VC)(V−VD).k = \frac{V_A V_B V_C V_D}{(V - V_A)(V - V_B)(V - V_C)(V - V_D)}.

Biến “bất bình đẳng về phương tiện” cho cả bốn hàng bao gồm các số VA,VB,VCV_A, V_B, V_C và VDV_D:
VAVBVC3≤13(VA+VB+VC)=13ΠV−VD),…, получим\sqrt[3]{V_A V_B V_C} \leq \frac{1}{3} (V_A + V_B + V_C) = \frac{1}{3} \Pi V - V_D), \dots, \text{ получим}
(cf. (**)), tức là k≤1/81k \leq 1/81, và do đó VA1B1C1D1≤VABCD/27V_{A1B1C1D1} \leq V_{ABCD}/27.

R. P. Ushakov

◆
Vì khớp C ở trạng thái cân bằng nên tổng các lực tác dụng lên nó bằng 0. Vì vậy (xem hình),
(m+mω)gsin⁡α=T2cos⁡α,(m + m_\omega)g \sin \alpha = T_2 \cos \alpha,
(1)
trong đó mωm_\omega là khối lượng của bản lề. Từ điều kiện cân bằng của bản lề D và điều kiện thanh ngang ở giữa suy ra
T2cos⁡α=Fcos⁡β+mωgsin⁡α.T_2 \cos \alpha = F \cos \beta + m_\omega g \sin \alpha. (2)
Từ (1) và (2) chúng ta thu được
F=T2cos⁡α−mωgsin⁡αcos⁡β=mgsin⁡αcos⁡β≥mgsin⁡α.F = \frac{T_2 \cos \alpha - m_\omega g \sin \alpha}{\cos \beta} = \frac{mg \sin \alpha}{\cos \beta} \geq mg \sin \alpha.
Do đó, lực tối thiểu F⃗min⁡\vec{F}_{\min} mà tại đó thanh giữa giữ ở vị trí nằm ngang có giá trị tuyệt đối bằng mgsin⁡α=mg/2mg \sin \alpha = mg/2 và hướng vuông góc với thanh BD.

S. K. Strokov

Hãy đưa ra một lời giải khác trong số bài toán này, do độc giả A.P. Zubatkin gửi.

Các ngoại lực tác dụng lên hệ gồm: phản lực tác dụng vào các điểm A và B tính từ phía “trần”, bằng ∣T⃗1∣|\vec{T}_1| và ∣T⃗3∣|\vec{T}_3| tương ứng và hướng dọc theo các thanh AC và BD; lực hấp dẫn mωgm_\omega g tác dụng lên bản lề; lực mgmg, bằng trọng lượng của tải; lực F⃗\vec{F} tác dụng lên bản lề D. Vì hệ ở trạng thái cân bằng nên tổng mômen của tất cả các lực tác dụng lên bản lề bất kỳ phải bằng 0. Hãy viết điều kiện này cho điểm O (xem hình):
mgasin⁡α+mωgasin⁡α=Facos⁡β+mωgasin⁡α.mg a \sin \alpha + m_\omega g a \sin \alpha = Fa \cos \beta + m_\omega g a \sin \alpha.
Từ đây
F=mgsin⁡αcos⁡β⇒Fmin⁡=mgsin⁡α=mg/2,F⃗⊥[BD].F = \frac{mg \sin \alpha}{\cos \beta} \Rightarrow F_{\min} = mg \sin \alpha = mg/2, \vec{F} \perp [BD].

◆
Chúng ta hãy xem xét chuyển động của một quả bóng trong hệ quy chiếu chuyển động với tốc độ v⃗0\vec{v}_0. Trong hệ thống này, quả bóng di chuyển với tốc độ v0v_0. Từ thời điểm tâm quả bóng ở ngay trên mép xe và cho đến thời điểm tâm quả bóng văng ra, nó chuyển động dọc theo một đường tròn bán kính R với tâm là điểm tiếp xúc (trong khi quả bóng không quay quanh tâm của chính nó). Hãy tìm góc α (xem hình) tại thời điểm tách hai vật. Để làm điều này, chúng ta sẽ sử dụng định luật bảo toàn năng lượng và định luật thứ hai của Newton.
Gọi u là vận tốc của tâm quả bóng tại thời điểm tách ra. Sau đó
mu22=mv022+mgR(1−cos⁡α)(m−массашара)\frac{mu^2}{2} = \frac{mv_0^2}{2} + mgR(1 - \cos \alpha) \quad (m - масса шара)

54

(định luật bảo toàn năng lượng),
mu2R=mgcos⁡α\frac{mu^2}{R} = mg \cos \alpha

(Định luật II Newton). Từ (1) và (2) ta tìm được
cos⁡α=13(v02gR+2),u=13(v02+2gR).\cos \alpha = \frac{1}{3} \left( \frac{v_0^2}{gR} + 2 \right), u = \sqrt{\frac{1}{3} \left( v_0^2 + 2gR \right)}.
Vì cos⁡α≤1\cos \alpha \leq 1, rõ ràng ở v02≥gRv_0^2 \geq gR sự phân tách sẽ xảy ra ngay tại thời điểm tâm của quả bóng ở trên điểm cực trị của xe và hình chiếu nằm ngang của tốc độ của quả bóng uru_r khi rơi xuống sàn sẽ bằng 0. Nếu v02<gRv_0^2 < gR thì
ur=v0−ucos⁡α=v0−13Rg13(v02+2gR)3.u_r = v_0 - u \cos \alpha = v_0 - \frac{1}{3Rg} \sqrt{\frac{1}{3} \left( v_0^2 + 2gR \right)^3}.
A. R. Zilberman

F815. Đầu dưới của mao quản có bán kính r=0,2r=0,2 mm và chiều dài l=8l=8 cm được ngâm trong nước, nhiệt độ của nó không đổi và bằng 0∘C0^\circ C. Nhiệt độ ở đầu trên của mao quản là t0=100∘Ct_0=100^\circ C. Sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số sức căng bề mặt σ(t)\sigma(t) của nước được cho trong bảng. Nước sẽ dâng lên trong mao mạch đến độ cao nào? Độ dẫn điện của mao quản lớn hơn nhiều so với độ dẫn điện của nước trong đó; trao đổi cơ thể với ảnh hưởng xung quanh có thể được bỏ qua.

◆ Gọi xx là chiều cao của cột nước trong mao quản. Nhiệt độ của mao quản và do đó của nước ở độ cao này rõ ràng là
tx=t0xl.t_x = t_0 \frac{x}{l}.
Nước trong mao quản được giữ lại nhờ sức căng bề mặt. Nếu σ(tx)\sigma(t_x) là hệ số căng bề mặt ở nhiệt độ txt_x thì
x=2σ(tx)ϱgr,x = \frac{2\sigma(t_x)}{\varrho g r},
trong đó ϱ\varrho là mật độ của nước. Từ đây là
σ(tx)=ϱgrx2=ϱgrltx2t0.\sigma(t_x) = \frac{\varrho g r x}{2} = \frac{\varrho g r l t_x}{2 t_0}.
Nhiệt độ txt_x ở mức nước dâng tối đa

<table><thead><tr><th>t,∘Ct,^\circ C</th><th>σ,mHM\sigma, \frac{\text{mH}}{M}</th></tr></thead><tbody><tr><td>0</td><td>76</td></tr><tr><td>20</td><td>73</td></tr><tr><td>50</td><td>67</td></tr><tr><td>90</td><td>60</td></tr></tbody></table>

55

F816. Trong mạch như hình vẽ, điện trở của các điện trở bằng nhau và bằng R=60R = 60 Ohm thì điốt là lý tưởng. Một cục pin tạo ra điện áp U=12U = 12 V sẽ được nối với các điểm AA và BB trong thời gian t1=1t_1 = 1 s. Sau đó, đặt dải vào các vị trí, nối pin với mạch điện trong thời gian t2=5t_2 = 5 s. Tìm nhiệt lượng tỏa ra trong mạch.

Điều kiện bài toán không cho biết dải nào kết nối pin với các điểm AA và BB trong thời gian t1t_1, vì vậy hãy xem xét hai tùy chọn kết nối khả thi.

  1. Đầu tiên, pin “phẳng” được nối với điểm AA, còn pin “âm” được nối với điểm BB. Vì các điốt là lý tưởng nên điện trở của chúng bằng 0 và cả ba điện trở được mắc song song với nhau. Tổng điện trở của mạch là R1=R/3=20R_1 = R/3 = 20 ohms. Trong thời gian t1t_1 lượng nhiệt sẽ toả ra trong mạch

Q1=U2R1t1=7,2 Дж.Q_1 = \frac{U^2}{R_1} t_1 = 7,2 \text{ Дж.}

Khi dải được đặt vào các vị trí, không có dòng điện chạy qua điốt và cả ba điện trở đều được mắc nối tiếp. Tổng điện trở của mạch bằng R2=3R=180R_2 = 3R = 180 Ohm. Trong thời gian t2t_2 lượng nhiệt sẽ toả ra trong mạch

Q2=U2R2t2=4 Дж.Q_2 = \frac{U^2}{R_2} t_2 = 4 \text{ Дж.}

Tổng lượng khí thải trong chuỗi nhiệt bằng Q=Q1+Q2=11,2 Дж.Q = Q_1 + Q_2 = 11,2 \text{ Дж.}.

  1. Nếu đầu tiên, điểm trừ của pin được kết nối với điểm AA và điểm phẳng của pin được kết nối với điểm BB, thì

Q1′=U23Rt1≈0,8 Дж.Q_1' = \frac{U^2}{3R} t_1 \approx 0,8 \text{ Дж.}

Q2′=3U2Rt2≈36 Дж.Q_2' = \frac{3U^2}{R} t_2 \approx 36 \text{ Дж.}

Q′=Q1′+Q2′≈36,8 Дж.Q' = Q_1' + Q_2' \approx 36,8 \text{ Дж.}

L. II. Bakanina

F817. Hình vẽ thể hiện sự phụ thuộc của chiết suất nn vào tọa độ. Một chùm ánh sáng đơn sắc hẹp chiếu vào mặt phân cách giữa môi trường II và IIII. Ánh sáng đi vào môi trường III theo góc nào?

Từ định luật khúc xạ, giá trị n(x)⋅sin⁡αxn(x) \cdot \sin \alpha_x không đổi dọc theo quỹ đạo của tia (ở đây αx\alpha_x là góc tới của tia trên mặt phân cách, tương ứng với tọa độ xx). Vì chiết suất ban đầu giảm trong môi trường thứ hai nên góc tới αx\alpha_x sẽ tăng khi quỹ đạo tiến đến ranh giới, tương ứng với tọa độ x1x_1. Trong trường hợp này, các tiếp tuyến của đường truyền tia sẽ tiến tới phương thẳng đứng. Nếu góc tới trong môi trường thứ hai đạt 90∘90^\circ thì chùm tia sẽ không thoát ra khỏi môi trường này. Nếu góc tới nhỏ hơn 90∘90^\circ ngay cả tại ranh giới có tọa độ x1x_1, trong đó giá trị n(x1)n(x_1) là nhỏ nhất thì chùm tia sẽ chuyển từ môi trường II sang môi trường III.

Giả sử ở một góc tới ban đầu nào đó α0\alpha_0 (α0\alpha_0 là góc tới trên mặt phân cách giữa môi trường II và IIII), góc tới của chùm tia trên ranh giới x1x_1 đạt 90∘90^\circ. Sau đó

n1sin⁡α0=n(x1)⋅sin⁡90∘⇒sin⁡α0=1,21,4≈0,86,α0≈60∘.n_1 \sin \alpha_0 = n(x_1) \cdot \sin 90^\circ \Rightarrow \sin \alpha_0 = \frac{1,2}{1,4} \approx 0,86, \alpha_0 \approx 60^\circ.

Do đó, ở góc α≥α0\alpha \geq \alpha_0, tia sáng sẽ không thể truyền vào môi trường III. Ở góc 0≤α<60∘0 \leq \alpha < 60^\circ một tia sáng truyền vào môi trường III.

V. V. Mozhaev