Kvant 1985, số 3 · Trang
KEANT
3
1985
Tạp chí vật lý và toán học khoa học nổi tiếng
Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô và Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô
Hiển thị ở đây là một mô hình bề mặt
từ một bộ sưu tập độc đáo được lưu trữ
tại Đại học quốc gia Moscow
phát bóng. Các mô hình bộ sưu tập đã
sản xuất tại Đức
vào đầu thế kỷ dưới sự lãnh đạo
tiếng Đức tuyệt vời
nhà toán học Felix Klein.
Bề mặt được mô tả là
nó là hình học
hình ảnh của một trong những tích phân của dạng
trong khu phức hợp.
Sự tương ứng với bề mặt của nguyên thủy -
cái gọi là
hàm elip - có
nhiều ứng dụng
đến hình học, lý thuyết số,
phân tích và cơ học.
TRONG PHÒNG:
2 L. S. Pontryagin. Tổng quát hóa các con số
6 V. A. Nhà chế tạo. Nghịch lý Vavilov
8 A. S. Steinberg. Báo cáo từ thế giới hợp kim
L. S. Pontriagin. Generalized numbers
V. A. Fabrikant. The Vavilov paradox
A. S. Shteinberg. Report from the world of alloys
15 Phòng thí nghiệm «Kvant»
A. V. Balko. Bóng bàn… trong chậu rửa mặt
Kvant’s lab
A. V. Byalko. Ping-pong… in the sink
18 Trường học ở «Kvant»
Vật lý 9, 10
Trường học yêu thích bài toán
Kvant’s school
Physics 9, 10
Selected school problems
23 «Kvant» cho học sinh nhỏ
Nhiệm vụ
Kvant for younger school children
Problems
24 Bài toán Kvant
Người chiến thắng cuộc thi “Bài toán Kvant
Bài toán M911—M915; F923—F927
Lời giải bài toán M891—M895; F903—F907
N.V. Vasiliev. Vấn đề về điểm sáp
N. V. Vasiliev. Vấn đề tám điểm
List of readers who have sent correct solutions
32 Kính Vạn Hoa «Kvant»
Kvant’s kaleidoscope
43 Hội thảo của người nộp đơn
I. G. Gabovich, P. I. Gornitsa. Phương trình có bao nhiêu nghiệm?
College applicant’s section
I. G. Gabovich, P. I. Gornshtein. How many roots does the equation have?
47 Thông tin
Thế vận hội Latvia và trường hè “Alpha” khai mạc
Information
Latvian open olympiads and the “Alpha” summer school
50 lựa chọn thi tuyển sinh
College entrance examination problems
57 Đáp số, gợi ý, lời giải
Trang bìa của chúng tôi (55)
Answers, hints, solutions
Our cover page (55)
«Kvant» mỉm cười (49)
Trang cờ vua
Sự trở lại của các số liệu (trang bìa thứ 3)
Người chiến thắng trong cuộc thi cờ vua năm 1984 (56)
Kvant smiles (49)
The chess page
Returning pieces (3rd cover page)
1984 chess contest prizewinners (56)
Trong biểu đồ, được mô phỏng ở trang đầu tiên của trang bìa, bạn có thể thấy cách nhận dạng phân tách ánh sáng trắng thành quang phổ.
2
Tổng quát hóa các con số
Viện sĩ L. S. PONTRAGIN
Bài viết này tiếp tục câu chuyện về những khái quát hóa có thể có của khái niệm số, đã bắt đầu từ số trước «Kvant»*). Ở đây cho thấy rằng không thể xoay dữ liệu theo hướng này, nghĩa là phải suy nghĩ về những khái quát hóa sâu hơn về các con số khác với những gì đã thảo luận trong bài viết trước.
§ 6. Định lý Frobenus
Cho là một tập đại lượng nhất định , được viết dưới dạng
trong đó là số thực (tọa độ của giá trị ) và ký hiệu
được gọi là đơn vị tối thiểu.
Cùng với nhau, định nghĩa phép cộng và phép nhân. Đặt là một giá trị khác của tổng
Các đại lượng và được coi là bằng nhau khi và chỉ khi tọa độ của chúng bằng nhau, nghĩa là đẳng thức giữ nguyên
Việc cộng các đại lượng và diễn ra theo quy luật
Do đó, các đại lượng từ được cộng theo tọa độ. Các giá trị từ cũng có thể được nhân với bất kỳ số thực nào, cũng theo tọa độ:
Để đặt ra quy tắc nhân các đại lượng và với , trước hết chúng ta phải chấp nhận rằng các số thực có thể hoán vị với đơn vị tối thiểu (51) có trong , tức là khi thay đổi
biểu thức (50) và (52) mở dấu ngoặc đơn và nhóm các thuật ngữ, đặc biệt là , v.v. Ngoài ra, bạn cần xác định quy tắc biến nào cho các đơn vị tối thiểu (51), ví dụ: cho biết bằng bao nhiêu. Trong trường hợp này, giả định rằng tích của hai đơn vị tối thiểu bất kỳ của hệ (51) là đại lượng nào đó từ , tuy nhiên, chúng tôi không yêu cầu phép nhân của các đơn vị tối thiểu phải có tính chất giao hoán. Kết quả của Frobenous là tập hợp số lượng trùng với tập hợp các số thực, trong trường hợp đó số lượng được viết dưới dạng , hoặc với tập hợp các số phức, trong trường hợp đó số lượng được viết dưới dạng
(55)
hoặc với tổng của tất cả các ô vuông, trong trường hợp đó giá trị từ được viết dưới dạng
§ 7. Một số câu bổ trợ
Khi chứng minh định lý Frobenus, tôi sẽ giả sử rằng đã biết khái niệm không gian vectơ có chiều tùy ý . Ví dụ: mỗi vectơ trong không gian được cho bởi một dãy số thực , được gọi là tọa độ của vectơ. Trong không gian này, phép cộng các vectơ được xác định, xảy ra theo tọa độ, phép nhân vectơ với một số thực, trong đó tất cả tọa độ của vectơ được nhân với số thực này. Vectơ 0 là vectơ có tọa độ đều bằng 0.
Cho phép
là một tập vectơ nhất định trong không gian . Các vectơ (57) được gọi là phụ thuộc tuyến tính nếu có các số thực và , không phải tất cả đều bằng 0, sao cho
Kết quả mà tôi đã sử dụng ở đây mà không có bằng chứng là
*) Thông tin cần thiết về không gian vectơ có thể được đọc trong Phụ lục của bài viết này (tr.5).
3
trong phần tiếp theo. Trong không gian vectơ có chiều m, mọi hệ k vectơ, trong đó k > m, đều phụ thuộc tuyến tính.
Bây giờ chúng ta chuyển sang phần chuẩn bị chứng minh định lý Frobenus. Một đại lượng nằm trong tập các đại lượng L sẽ được coi là số thực nếu chỉ có tọa độ của nó khác 0, các đại lượng còn lại đều bằng 0. Chúng ta hãy chọn từ L các giá trị z thỏa mãn điều kiện sau: là số thực không dương, nghĩa là nó âm hoặc bằng 0. Chúng ta biểu thị tập hợp các đại lượng như vậy bằng I. Lưu ý rằng tập R gồm các số thực và tập I chỉ có một phần tử chung - 0.
Bây giờ chúng ta chứng minh điều sau:
Mỗi giá trị x của L có thể được biểu diễn dưới dạng tổng
một cách độc đáo.
Để chứng minh nhận định này, hãy tạo một chuỗi các giá trị x, bắt đầu từ 0 đến n+1. Vì dãy (60) chứa n+2 đại lượng và chiều của không gian vectơ L bằng n+1, nên đại lượng (60) phụ thuộc tuyến tính. Điều này có nghĩa là có một đa thức f(u) của một số biến u với các hệ số thực, nghiệm của nó là x, nghĩa là điều kiện được thỏa mãn
Vì x là nghiệm của đa thức f(u), nên số x sẽ là nghiệm của một đa thức tối giản với hệ số thực bậc một hoặc hai, như đã được chứng minh ở cuối § 5. Nếu đa thức tối giản này có bậc một, nghĩa là có dạng u - a, trong đó a là số thực, thì x - a = 0, và do đó x là số thực a. Nếu đa thức tối giản q(u) có bậc hai và nghiệm của nó không thực thì nó có thể dễ dàng chuyển về dạng
trong đó b là một số dương. Vì x là nghiệm của đa thức này nên (x-a)^2=-b và x được viết dưới dạng
trong đó a là số thực và z ∈ I, hoặc z^2=-b. Như vậy, công thức (59) đã được chứng minh.
Bây giờ chúng ta hãy chứng minh rằng các số hạng a và z trong khai triển (59) được xác định duy nhất bởi đại lượng x. Tuyên bố này có thể dễ dàng xác minh trong trường hợp x là số thực, do đó z=x-a, và R và tôi chỉ có một phần tử chung - 0, vì vậy z bằng 0. Giả sử rằng nếu chúng ta vi phạm khai triển (59), thì một khai triển khác sẽ diễn ra:
Hermann Grassmann (1809-1877), nhà toán học, vật lý học và ngữ văn học người Đức, người tạo ra khái niệm chung về không gian vectơ và (cùng với A. Cayley và Y. Hamilton) lý thuyết quaternons.
Trường hợp một trong các giá trị z hoặc z₀ bằng 0 đã được chúng tôi thảo luận. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ giả sử rằng cả hai đều khác 0. Sự tương ứng (59) và (63) hàm ý sự bình đẳng
Nâng cao sự tương ứng này bằng bình phương, chúng ta nhận được
Vì z₀(a₀ - a) là một số thực, nên từ sự tương ứng này, tích z₀(a₀ - a) là một số thực. Vì z₀ không bằng 0 nên điều này chỉ có thể xảy ra khi a₀—a=0. Do đó, khai triển duy nhất (59) được thiết lập.
Lưu ý rằng với bất kỳ phần tử z nào từ tập I, nó bao gồm tích của phần tử này với một số thực bất kỳ. Cùng với phần tử z≠0, tôi cũng bao gồm phần tử z⁻¹, nghịch đảo với z. Hãy viết điều này dưới dạng công thức:
Bây giờ chúng ta chứng minh điều sau:
I là không gian tuyến tính đối với các số thực, tức là với hai đại lượng u và v từ I, I cũng bao gồm tổ hợp tuyến tính của chúng với các hệ số thực
4
entami và . Chúng ta hãy viết tuyên bố này dưới dạng một công thức:
Để chứng minh khẳng định cuối cùng, chúng ta chỉ cần xét trường hợp khi và không bằng 0, vì trường hợp có ít nhất một trong các số này bằng 0 nằm trong khẳng định đã được chứng minh (65). Nhờ khai triển (59) ta có
Hãy để chúng tôi bình phương tương ứng (68). Sau đó chúng ta sẽ nhận được
Nhờ khai triển (59) ta có
Ở đây các giá trị và không phụ thuộc vào các số và mà chỉ phụ thuộc vào và . Do tính duy nhất của khai triển (59) nên đẳng thức suy ra từ (68) và (70)
Và vì các số và đều được coi là khác 0. chúng tôi nhận được
Từ đẳng thức cuối cùng, suy ra rằng nếu thì . (73)
Ngoài ra, đối với mọi giá trị của và , vì không phụ thuộc vào và . Xét đẳng thức cuối cùng, chúng ta có thể viết lại thư từ (68) dưới dạng:
trong đó là số thực khác 0. Bây giờ chúng ta chọn hai số và , không tỷ lệ với và , tức là không xảy ra đẳng thức
Khi đó, nhờ điều đã được chứng minh, ta có
trong đó số không bằng 0. Bây giờ chúng ta hãy trừ đi tương ứng (74) tương ứng (76), nhân với một số thực , sao cho đẳng thức giữ nguyên. Sau đó chúng ta sẽ có
trong đó , và là số thực. Hoặc, nếu không,
Vì vế trái của đẳng thức này thuộc về nên vế phải của đẳng thức này phải chứa một phần tử từ (do tính duy nhất của phép phân tách (59)), tức là . Chúng ta đi đến kết luận rằng các vectơ và tỷ lệ thuận với nhau. Đối với trường hợp này, tuyên bố của chúng tôi (67) là rất quan trọng. Như vậy khẳng định (67) đã được chứng minh.
Từ những gì đã được chứng minh, suy ra rằng, theo (68), số thực luôn bằng 0 và do đó, do sự tương ứng (72), giá trị cũng luôn bằng 0. Và thế là
là một số thực. Từ đây
5
Do đó, với giá trị (85)
tất cả các điều kiện áp dụng cho đơn vị quaternion đều được đáp ứng (xem «Kvant» Số 2, trang 11). Nếu bây giờ bất kỳ phần tử nào của phụ thuộc tuyến tính vào giá trị , thì trùng với tập hợp tất cả các quaternion.
Vẫn còn phải xem xét trường hợp khi chứa phần tử độc lập tuyến tính với giá trị . Chúng ta hãy đặt (xem (59))
(86)
Chúng ta cũng hãy đặt
(87)
Có thể dễ dàng kiểm tra xem đối với giá trị tùy ý của số thực thì giá trị thuộc về và không bằng 0. Ta chọn số sao cho thỏa mãn điều kiện
(88)
Từ thư từ (80) nó suy ra rằng
(89)
Bây giờ hãy xem xét số lượng . chúng tôi có
(90)
Vì vậy, chúng ta đi đến kết luận rằng , điều này là không thể vì . Như vậy, chúng ta đã đi đến mâu thuẫn - định lý Frobenus đã được chứng minh.
Phụ lục về không gian vectơ
Xét tập của tất cả các vectơ trong không gian ba chiều có gốc tọa độ tại một điểm cố định . Nếu chúng ta giới thiệu một hệ tọa độ trong không gian có gốc tọa độ tại điểm , thì bất kỳ vectơ nào cũng được biểu diễn duy nhất dưới dạng
(1)
ede là các vectơ duy nhất của trục và là một số số (được gọi là tọa độ của vectơ ). Khi cộng vectơ, tọa độ của chúng được cộng và khi nhân vectơ với một số, tọa độ của nó được nhân với số này, nghĩa là
(2)
(3)
Sau khi giới thiệu tọa độ, chúng ta có thể giả sử rằng các vectơ trong không gian không gian là bộ ba số và quên đi nguồn gốc hình học của chúng. Với điều đó
có cách tiếp cận nghiên cứu thuần túy đại số và dựa trên công thức (1) - (3).
Phương pháp đại số giúp dễ dàng xác định không gian vectơ có số thay đổi lớn hơn ba. Cụ thể, với bất kỳ nào, không gian vectơ n chiều (số học) là tập hợp các tập hợp của số thực trong đó các phép cộng được thực hiện:
(4)
và nhân với số :
(5)
Trong trường hợp này, các tập hợp được gọi là vectơ chiều. Chúng có thể được viết ở dạng hoặc ở dạng , như đã được thực hiện trong bài viết của L. S. Pontryagin (xem trang 2).
Khái niệm chính khi nghiên cứu không gian vectơ chiều là sự phụ thuộc tuyến tính: một tập hợp vectơ được cho là phụ thuộc tuyến tính nếu có các số , không phải tất cả đều bằng 0, sao cho
Có thể chứng minh rằng bất kỳ tập hợp nào nhiều hơn các mảnh vectơ trong -không gian chiều phụ thuộc tuyến tính; Ngoài ra, trong không gian này bạn có thể chỉ định một bộ các mảnh vectơ độc lập tuyến tính (một tập hợp như vậy tùy thuộc vào cơ sở), ví dụ như một tập hợp
Bài tập
- Chứng minh khẳng định về in nghiêng ở đầu Phụ lục này.
- Chứng minh rằng hai vectơ trong không gian phụ thuộc tuyến tính khi và chỉ khi chúng nằm trên cùng một đường thẳng và ba vectơ - khi chúng nằm trong cùng một mặt phẳng.
- Chứng minh (hình học) rằng bốn điểm bất kỳ trong không gian đều phụ thuộc tuyến tính.
4*. Chứng minh rằng mọi vectơ trong không gian chiều đều phụ thuộc tuyến tính.
5*. Chứng minh rằng tập hợp các đa thức bậc nhỏ hơn hoặc bằng thể tích của không gian vectơ số học có chiều bốn, cơ sở của nó có thể là các đa thức .
O.M.
6
nghịch lý
Vavilova
Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô V. A. FABRIKANT
Trong quang học hình học, khái niệm chùm tia sáng song song có tiết diện hữu hạn thường được sử dụng một cách hiệu quả. Hơn nữa, ngay cả trong lý thuyết về hiện tượng sóng như tích phân, trong nhiều trường hợp, khái niệm này vẫn được phép sử dụng.
Trong nhiều trường hợp, nhưng không phải tất cả. Trong cuốn sách “Cấu trúc vi mô của ánh sáng” của cựu nhà vật lý Liên Xô S.I. Vavilov, một nghịch lý quang học rất quan trọng theo nghĩa này đã được phân tích.
Chúng ta hãy nhớ lại ngắn gọn năng lượng của bức tranh tích hợp trông như thế nào. Tích phân, như chúng ta biết, là sự cộng của các dao động. Trong sóng điện tử, giá trị cường độ điện trường và cảm ứng từ trường dao động. Những đại lượng này tại mỗi điểm trong không gian tại mỗi thời điểm xác định năng lượng của trường điện từ. Sóng điện từ truyền năng lượng và khái niệm mật độ dòng năng lượng có thể được đưa ra. Đây là cái mà chúng ta gọi là đại lượng bằng lượng năng lượng trường truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị bề mặt.
Mỗi sóng cũng được đặc trưng bởi một pha. Nếu khi thêm hai chùm ánh sáng, độ lệch pha của chúng luôn không đổi thì chúng ta nói rằng chúng ta đang xử lý các chùm tia kết hợp.
Trong bức tranh tích phân nảy sinh do việc bổ sung hai chùm tia kết hợp, xảy ra sự phân phối lại năng lượng ánh sáng. Trong các dải sáng, năng lượng lớn hơn tổng năng lượng của các chùm tia xếp chồng lên nhau; ở sọc sẫm màu thì ngược lại thì ít hơn. Năng lượng dư thừa ở các sọc sáng chỉ được bù đắp bằng sự thiếu hụt năng lượng ở các sọc tối. Tổng năng lượng được phân bổ trên toàn bộ mô hình tích hợp chính xác bằng tổng năng lượng của hai chùm tích hợp.
hình 1 cho thấy sự phụ thuộc của mật độ dòng năng lượng trong hình tích phân vào sự trộn trên màn hình mà nó được quan sát trên đó. Hình ảnh thu được bằng cách thêm hai chùm ánh sáng kết hợp có năng lượng bằng nhau. Đường chấm ngang mô tả tổng mật độ dòng năng lượng trong các chùm xếp chồng lên nhau. Các phần của đường cong phía trên đường này tương ứng với các sọc tích hợp ánh sáng và các phần của đường cong nằm dưới đường chấm tương ứng với các sọc tối. Tổng năng lượng phân bổ trong hình tích phân được biểu thị bằng diện tích dưới đường cong. Diện tích này chính xác bằng diện tích dưới đường chấm. Yêu cầu của “người kế toán” khắt khe của tự nhiên - định luật bảo toàn năng lượng - được thực hiện một cách nghiêm ngặt.
Bây giờ chúng ta chuyển sang nghịch lý của S.I. Vavilov. Hãy tưởng tượng hai chùm ánh sáng giới hạn rõ ràng kết hợp hoàn toàn giống hệt nhau có chiều rộng giao nhau ở một góc nhỏ (hình 2). Sự tích hợp xảy ra trong khu vực ABCD.
Để quan sát hình ảnh tích phân, bạn có thể lắp một màn hình vuông góc với mặt phẳng của bản vẽ.
8
phóng sự
từ thế giới hợp kim
Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
A. S. STEINBERG
- Kim loại nguyên chất và hợp kim
Hãy lấy đồng nguyên chất. Trong điều kiện bình thường, nó là một chất có cấu trúc tinh thể. Những “viên gạch” tạo nên tinh thể có thể được mô tả như trong hình 1. Đây được gọi là tế bào cơ bản của đồng. Nó được gọi là khối lập phương tâm mặt (fcc) vì các nguyên tử nằm ở cả các đỉnh của khối lập phương và ở tâm các mặt của nó. Kích thước của hình lập phương nhỏ - chiều dài cạnh của nó là m. Nếu chúng ta “tiếp tục” định kỳ các phần tử như vậy của hình lập phương theo cả ba chiều, thì chúng ta sẽ thu được một mạng tinh thể fcc bằng đồng.
Bây giờ chúng ta sẽ thêm các nguyên tử của một nguyên tố khác, ví dụ như vàng, vào tinh thể đồng. Tất nhiên, bạn không thể thêm từng nguyên tử một. Nhưng bạn có thể lấy một lượng vàng và đồng nhất định, nấu chảy chúng lại với nhau và để chất lỏng nguội và đóng băng.
9
kết tinh. Nếu bây giờ bạn nhìn vào ô cơ bản của tinh thể, hóa ra nó vẫn là khối lập phương tâm mặt và một số vị trí đồng đã bị các nguyên tử vàng chiếm giữ. (hình 2). Những hợp kim như vậy được gọi là hợp kim thay thế vì nguyên tử của một nguyên tố chỉ thay thế nguyên tử của nguyên tố khác. Đây có lẽ là nhóm hợp kim phổ biến nhất.
Bạn có thể thay đổi hệ số tương đối của vàng và đồng hợp kim. Sau đó, các chi tiết của bức tranh kính hiển vi sẽ thay đổi, nhưng nói chung, hoặc, như các nhà vật lý nói, về mặt chất lượng, nó sẽ giữ nguyên - cùng một mạng fcc, dọc theo các nút (vị trí) mà các nguyên tử vàng và đồng được phân bố. Sự phân bố này có thể hỗn loạn hoặc hơi có trật tự - ví dụ, tại các đỉnh của khối lập phương sẽ có các nguyên tử thuộc loại này và tại tâm của các mặt - thuộc loại khác. Vậy chính xác thì các nguyên tử thuộc các loại khác nhau sẽ được “ổn định” như thế nào trong mạng tinh thể? Điều gì quyết định cách chúng được phân bổ giữa các vị trí?
Tất nhiên, bạn luôn có thể đáp số Để trả lời những câu hỏi này, hãy thiết lập một thí nghiệm cho phép bạn quan sát bằng chính mắt mình “những cảnh trong cuộc sống của các nguyên tử”. Chúng tôi có một cơ hội như vậy. Bằng cách chiếu sáng một mẫu hợp kim mà chúng ta quan tâm bằng tia X, chúng ta sẽ thu được mô hình nhiễu xạ mà từ đó chúng ta có thể tái tạo lại bản chất của sự sắp xếp tương đối của các nguyên tử thuộc các loại khác nhau trong mạng tinh thể. Ví dụ: nếu ở nhiệt độ phòng, chúng ta nhìn “qua con mắt của tia X” vào một hợp kim bao gồm 75% nguyên tử đồng và 25% nguyên tử vàng còn lại, thì chúng ta sẽ thấy một bức tranh gần như hoàn hảo, đã được đề cập đến - gần như tất cả các đỉnh của hình khối đều bị chiếm giữ bởi các nguyên tử vàng và gần như tất cả tâm của các mặt đều bị chiếm giữ bởi các nguyên tử đồng (hình 3). Chúng tôi nói “gần như tất cả” bởi vì không có gì lạ khi một số nguyên tử đồng lạc chỗ nhấp nháy trên đỉnh khối lập phương hoặc một nguyên tử vàng không rõ ràng xuất hiện ở vị trí đồng, nhưng đây là một trường hợp rất hiếm. Về cơ bản, bức tranh chỉ đơn giản là có trật tự về tính chính xác của nó: ở trên cùng của khối lập phương có vàng, ở giữa mặt có đồng. Hợp kim cũng được cho là được đặt hàng. Lực nào buộc các nguyên tử trong hợp kim phải có trật tự? Điều này có luôn xảy ra không? Những cấu trúc có trật tự nào khác có thể có? Lại là một loạt câu hỏi; những câu hỏi mà chính thiên nhiên đặt ra cho nhà nghiên cứu. Hợp kim của tất cả các nguyên tố ở nồng độ thành phần khác nhau và ở nhiệt độ khác nhau không chuyển động dưới tia X, và do đó, đáng để thử phát triển một số phương pháp chung để dự đoán sự “phân tán” của các nguyên tử trong hợp kim. Và để làm được điều này, trước tiên bạn phải hiểu các định luật cơ bản của “cộng đồng” nguyên tử.
Các nguyên tử trong tinh thể luôn “được giám sát”. Họ có hai ông chủ quyền lực đang xung đột với nhau. Bạn sẽ đến đó trong vòng một phần nghìn giây. Chúng tôi biết rõ tên của một nhà lãnh đạo: đó là năng lượng. Người thứ hai hiện đang ẩn danh đối với chúng tôi và hiện tại chúng tôi sẽ gọi cô ấy là Nữ hoàng của sự hỗn loạn.
- Năng lượng
Đầu tiên, chúng ta cần đưa ra các thước đo định lượng về sự tương tác của các nguyên tử trong vật chất. Đầu tiên, chúng ta sẽ xem xét
Hình 1. Ô đơn vị bằng đồng. Mũi tên chỉ ra một số cặp hàng xóm gần nhất.
Hình 2. Hợp kim thay thế đồng-vàng bị xáo trộn.
Hình 3. Hợp kim thay thế đồng-vàng theo thứ tự (cấu trúc Cu₃Au; mỗi ô chứa 1/8 · 8=1 nguyên tử vàng và 1/2 · 6=3 nguyên tử đồng).
10
Nó có nghĩa là tất cả các nguyên tử tương tác với nhau theo cặp. Chúng ta đã biết rõ các lực lượng đôi. Chúng bao gồm lực Coulomb, tác dụng giữa các điện tích và lực hấp dẫn lẫn nhau giữa các vật thể. Đặc điểm đặc trưng của các lực này là chúng giảm dần theo khoảng cách. Các vật thể tương tác càng yếu thì khoảng cách giữa chúng càng lớn. Do đó, năng lượng tương tác Coulomb của các điện tích tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng.
Trong một tinh thể bao gồm các nguyên tử kim loại, năng lượng tương tác giữa các nguyên tử giết chết nhanh hơn nhiều. Do đó, đề xuất thứ hai là hợp lý: sự tương tác giữa các nước láng giềng gần nhất trong mạng sẽ có tầm quan trọng hàng đầu.
Bây giờ chúng ta hãy quay lại hình 1. Nó biểu thị một số cặp lân cận gần nhất trong mạng fcc. Từ định lý Pythagore, có thể dễ dàng tính được khoảng cách giữa các lân cận gần nhất: nó bằng (hãy nhớ rằng là chiều dài cạnh của một khối cơ bản). Mỗi nguyên tử trong mạng fcc có 12 nguyên tử lân cận gần nhất (hãy thử tự chỉ ra điều này). Số lân cận gần nhất, thường được gọi là số tọa độ, được ký hiệu là .
Vì vậy, mỗi nguyên tử trong mạng tương tác với các nguyên tử lân cận gần nhất. Nhưng, một cách tự nhiên, các nguyên tử thuộc các loại khác nhau tương tác với nhau theo những cách khác nhau. Vì mạng chứa các nguyên tử thuộc hai loại và nên tương tác của chúng được mô tả theo chủ đề về các giá trị năng lượng mà chúng ta ký hiệu như sau: là năng lượng tương tác của các nguyên tử lân cận cùng loại ( hoặc ), là năng lượng tương tác của hai nguyên tử lân cận cùng loại và . Bây giờ, thông qua các tham số này, người ta dễ dàng mô tả năng lượng của bất kỳ cấu hình nguyên tử nào trong mạng. Nó sẽ là tổng năng lượng tương tác của tất cả các cặp lân cận gần nhất - loại :
trong đó là số cặp lân cận tương ứng.
Giả sử chỉ có nguyên tử trong tinh thể mà chúng ta đang xem xét, trong đó nguyên tử loại và nguyên tử loại (tức là ). Cụ thể, nồng độ các thành phần trong hợp kim được thể hiện qua các đại lượng sau:
Bây giờ chúng ta có mọi thứ cần thiết để đánh giá những đóng góp năng lượng khác nhau. Lưu ý rằng có sự tương ứng giữa các số và . Mỗi nguyên tử thuộc loại chỉ có thể có lân cận gần nhau. Theo đó, tổng số lân cận gần của tất cả các nguyên tử là . Trong số này, vị trí chiếm các nguyên tử thuộc loại . Nếu lân cận gần nhất của một nguyên tử thuộc loại là một nguyên tử khác cùng loại, thì lân cận này sử dụng hai trong số các vị trí cùng một lúc, vì đối với nguyên tử thứ hai, nguyên tử thứ nhất sẽ lần lượt là lân cận gần nhất. Vì vậy, đối với các nguyên tử thuộc loại phải khớp:
và đối với các nguyên tử thuộc loại , tương tự -
Bây giờ, từ những đẳng thức này, chúng ta biểu thị các đại lượng và đến và thay chúng thành biểu thức năng lượng:
Vì vậy, chúng tôi trình bày năng lượng tương tác của các nguyên tử trong tinh thể hợp kim dưới dạng tổng của hai nguyên tử liền kề. Có thể thấy rằng sự dịch chuyển thứ hai phụ thuộc vào vị trí của các nguyên tử, vì sự phân bố lại của các nguyên tử trong mạng ảnh hưởng rất lớn đến số . Ví dụ: hãy tưởng tượng một tinh thể ở một phần trong đó tất cả các nguyên tử tập trung và ở phần còn lại - tất cả các nguyên tử , như được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong hình 4. Trong một tinh thể như vậy, số sẽ là tối thiểu, vì khoảng cách gần của các nguyên tử khác nhau chỉ xảy ra trong một vùng chồng chéo hẹp giữa cả hai phần của tinh thể. Đương nhiên, khi “trộn” các nguyên tử, con số này sẽ tăng lên rất nhiều.
12
những quả bóng có màu sắc khác nhau sẽ tập trung ở hai đầu khác nhau của ống mật. Thậm chí còn ít có khả năng các quả bóng màu đỏ và xanh lam sẽ “mô tả” một số mẫu hình phức tạp đều đặn. Điều này có vẻ rất hợp lý đối với chúng tôi ngay cả khi không có thử nghiệm.
Nhưng mặt khác… Chúng ta ném những quả bóng một cách ngẫu nhiên (hỗn loạn), và vị trí của chúng trên cành cũng hoàn toàn ngẫu nhiên. Có vẻ như quả bóng không quan tâm đến việc nó được định vị như thế nào - hỗn loạn hay ở dạng quy luật. Tại sao chúng được đặt một cách hỗn loạn?
Hãy làm thí nghiệm này. Ví dụ: hãy tạo một số mẫu từ các quả bóng, chẳng hạn như mẫu trên hình 5. Bây giờ, hãy lấy một quả bóng ra khỏi mẫu và đặt nó ở bất kỳ vị trí nào khác - mẫu chắc chắn sẽ bị hỏng. Chúng ta hãy thực hiện thí nghiệm tương tự với việc sắp xếp các quả bóng một cách hỗn loạn - khi di chuyển một quả bóng đến vị trí khác, bức tranh vẫn sẽ hỗn loạn. Để tạo ra một mô hình hỗn loạn, chúng ta cần di chuyển nhiều quả bóng hơn một cách phối hợp. Về mặt sơ đồ, các mẫu này có thể được mô tả như sau:
Nói cách khác, mọi con đường đều dẫn đến hỗn loạn.
Bằng cách chuyển một quả bóng từ nơi này sang nơi khác, về cơ bản chúng ta “vứt bỏ” một cấu hình mới của các quả bóng. Nhưng sự hỗn loạn có nhiều mặt, và trong mỗi cấu hình, nó chỉ hướng đến chúng ta một trong những mặt tự do của nó. Cấu hình mới - liên kết mới của sự hỗn loạn tương tự.
Từ đó, chúng ta có thể hiểu rằng mặc dù tất cả các cấu hình của quả bóng đều có “quyền tồn tại” như nhau, nhưng số lượng cấu hình tương ứng với mẫu ít hơn đáng kể so với số lượng cấu hình.
những hình tượng tương ứng với sự hỗn loạn. Nói cách khác, với mỗi lần ném, sự sắp xếp hỗn loạn của các quả bóng trên cành có nhiều khả năng xảy ra hơn so với cách sắp xếp theo thứ tự, dưới dạng một kiểu mẫu nào đó.
Từ tất cả những gì đã nói, chúng ta có thể kết luận: ngoài yếu tố năng lượng, còn có một yếu tố khác kiểm soát hoạt động của các quả bóng. Nhờ ảnh hưởng của nó, với mỗi lần ném, mô hình phân phối bóng đáng tin cậy nhất trên đường mật được thực hiện - hỗn loạn.
Bây giờ chúng ta hãy quay trở lại với hợp kim của chúng ta. Mặc dù có một số “mô hình” và “hỗn loạn”, sự tương đồng giữa các quả bóng có màu sắc khác nhau trong trường mật và các nguyên tử thuộc các loại khác nhau trong mạng tinh thể là khá rõ ràng. Trong trường hợp hợp kim, việc thay thế mô hình đường mật tương ứng với một hợp kim có trật tự, và sự sắp xếp hỗn loạn của các quả bóng tương ứng với một hỗn loạn. Và bây giờ chúng ta đã hiểu người cai trị thứ hai đóng vai trò gì trong cuộc sống của các nguyên tử, mà chúng ta gọi là Nữ hoàng của sự rối loạn - bà ta tìm cách đưa sự hỗn loạn vào sự sắp xếp của các nguyên tử trong mạng tinh thể. Và tên thật của thước đo này là entropy.
- Trật tự và rối loạn trong hợp kim
Hãy tóm tắt một số kết quả. Chúng ta biết rằng hệ số năng lượng có xu hướng sắp xếp trật tự các nguyên tử trong các nút của mạng tinh thể. Điều này dẫn đến sự hình thành cấu trúc có trật tự hoặc sự phân hủy hợp kim thành các nguyên tố nguyên chất. Mặt khác, hệ số entropy có xu hướng làm rối loạn hệ thống, tạo ra một kiểu sắp xếp hỗn loạn nào đó của các nguyên tử. Cuộc đấu tranh của hai xu hướng này quyết định những quy luật của “cộng đồng” nguyên tử mà chúng ta đang nói đến.
13
đã xảy ra lúc đầu. Xu hướng nào sẽ chiếm ưu thế: năng lượng hay liên quan đến năng lượng? Ai quyết định cuộc tranh chấp giữa hai người phụ nữ đầu tiên - Năng lượng và Entropy? Thẩm phán hóa ra là một đại lượng mà chúng ta đã biết rõ - nhiệt độ! Và thẩm phán không vô tư. Nhiệt độ đóng vai trò như một sự đồng nhận thức về các lực gây rối loạn, các lực lượng, theo ngôn ngữ “bàn bida” của chúng ta, cố gắng biến một khuôn mẫu nghiêm ngặt thành hỗn loạn.
KHÔNG CÓ GÌ ĐẶC BIỆT ĐÁNG TIN CẬY VỀ ĐIỀU NÀY. Từ ví dụ về chất khí, chúng ta biết rằng khi nhiệt độ tăng, chuyển động của các phân tử ngày càng trở nên mãnh liệt hơn. Điều tương tự cũng xảy ra với các chất khác. Ở một nhiệt độ nhất định, chuyển động ấm này có khả năng phá vỡ “đường năng lượng” và từ đó làm rối loạn hệ thống.
Có rất nhiều ví dụ về những biến đổi như vậy. Một trong số đó đang tan chảy. Chúng ta hãy nhớ điều gì xảy ra khi đun nóng thành một vật rắn là một tinh thể thông thường, tức là cùng một kiểu mà chúng ta chưa nói đến. Khi nhiệt độ tăng lên, mong muốn thoát ra khỏi mạng tinh thể ngày càng mạnh mẽ hơn, và cuối cùng họ thành công - trên điểm nóng chảy, một chất lỏng được hình thành từ một tinh thể thông thường - mô hình trở nên hỗn loạn.
Vì vậy, ở nhiệt độ đủ cao, yếu tố năng lượng có vai trò quyết định. Sự tuân thủ ở nhiệt độ thấp hơn bị chi phối bởi yếu tố năng lượng. Nhiệt độ “đủ cao” và “thấp hơn” nghĩa là gì được quyết định trong từng trường hợp cụ thể theo cách riêng của nó. Điều chính cần được hiểu và ghi nhớ là bộ điều chỉnh nhiệt độ liên quan đến tầm quan trọng của năng lượng và các yếu tố năng lượng.
Chúng ta hãy quay trở lại và cuối cùng bây giờ là thế giới của hợp kim. Ở nhiệt độ cao, sự phân bố của các nguyên tử sẽ chủ yếu được xác định bởi hệ số năng lượng - và hợp kim sẽ bị mất trật tự. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, yếu tố năng lượng sẽ ngày càng đóng vai trò nhiều hơn cho đến khi, ở một nhiệt độ nào đó, yếu tố năng lượng trở nên quan trọng hơn yếu tố năng lượng. Nhiệt độ này được gọi là quan trọng. Ở nhiệt độ tới hạn, hợp kim trở nên trật tự và sẽ giữ nguyên như vậy khi được làm nguội thêm.
Tất cả thông tin về trật tự và sự hỗn loạn trong hợp kim thường được chứa trong các sơ đồ đặc biệt, được gọi là sơ đồ trạng thái. Vào hình 6, sơ đồ như vậy được đưa ra ở dạng hơi đơn giản hóa đối với hợp kim đồng-vàng mà chúng ta đã bắt đầu câu chuyện này. Trục hoành biểu thị nhiệt độ và trục hoành biểu thị nồng độ tương đối của các thành phần. Bất kỳ điểm nào trên sơ đồ đều tương ứng với định nghĩa về giá trị nồng độ và nhiệt độ. Các điểm nằm trên các đường cong biểu thị giá trị nhiệt độ tới hạn đối với các nồng độ khác nhau của các thành phần. Phía trên các đường là vùng trạng thái hỗn loạn của các hợp kim, phía dưới các đường là vùng các hợp kim có trật tự. Các trạng thái có trật tự dưới hai đường cong cực trị đã biết cấu trúc thuộc loại được hiển thị trong hình 3: bên trái là hợp kim có nồng độ tương đối và , và bên phải là hợp kim với , . Các vị trí do các nguyên tử đồng chiếm giữ trong mạng tới hạn của hợp kim thứ nhất bị chiếm giữ bởi các nguyên tử vàng trong hợp kim thứ hai và ngược lại. Và dưới đường cong
Hình 6. Biểu diễn đơn giản một phần sơ đồ pha của hợp kim đồng-vàng. Ở nhiệt độ thấp, hình dạng chính xác của sơ đồ vẫn chưa được biết.
14
- Phần kết luận
Bây giờ chúng ta hãy thoải mái phát huy trí tưởng tượng của mình. Chúng ta có cần một hợp kim có độ bền, độ dẻo và độ dẫn điện nhất định không? Không có gì có thể đơn giản hơn. Chúng tôi đưa tất cả các yêu cầu vào máy tính và máy cho ra kết quả hợp kim chính xác.
Anh ấy thực sự muốn mọi thứ diễn ra đúng như thế này. Nhưng điều này vẫn còn một chặng đường dài. Ngày nay chúng ta vẫn xem xét trạng thái của vật chất rắn, và bài toán về dạng hợp kim chỉ là một khâu khiêm tốn trong một hành trình dài.
bài toán này đã 65 tuổi rồi. Các nhà vật lý học Liên Xô L. D. Landdu và E. M. Lifshitz, các nhà khoa học Mỹ H. Bethe và L. Onsager, và nhà vật lý người Anh R. Peierls đã tham gia vào quá trình phát triển nó. Nhưng vẫn còn nhiều chỗ trống: làm thế nào để tính các giá trị năng lượng trộn? Làm thế nào để tính đến sự tương tác tầm xa của các nguyên tử, nghĩa là vượt xa sự gần đúng của các nước láng giềng gần gũi? làm thế nào để khái quát hóa kết quả cho hợp kim có ba thành phần trở lên? Những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác sẽ khiến lời giải của họ bật cười.
Nghịch lý Vavilov
(Để bắt đầu, xem trang 6)
Hãy chứng minh rằng để thỏa mãn điều kiện thì góc phải rất nhỏ.
Như có thể thấy từ (3),
(4)
Hãy lấy cm, cm; thì radian.
Vì vậy, các vấn đề về định luật bảo toàn năng lượng nảy sinh khi góc giữa các chùm tia có thứ tự bước sóng tương đối với chiều rộng chùm tia.
Nghịch lý Lời giải nằm ở chỗ ở những góc nhỏ như vậy người ta không còn có thể sử dụng lý tưởng dễ hiểu về một chùm tia song song có tiết diện hữu hạn nữa.
Mọi nỗ lực triển khai các gói như vậy sẽ thất bại. Do hiện tượng nhiễu xạ, việc hạn chế kích thước của chùm tia nhất thiết dẫn đến sự biến đổi của nó thành chùm phân kỳ. Góc phân kỳ chùm tia được xác định chính xác theo công thức (4). Đương nhiên, góc mà các dầm giao nhau chỉ có thể được xác định với độ chính xác theo thứ tự của góc . Trong khi , có thể bỏ qua sự phân kỳ của các chùm giao nhau. Nhưng khi có thể so sánh được với về độ lớn, khái niệm về một bó song song có giới hạn sẽ mất đi ý nghĩa của nó.
Nếu nhiễu xạ vẫn chưa được phát hiện, thì trên cơ sở định luật bảo toàn năng lượng và công thức (4), chúng ta sẽ không chỉ phải đồng ý về sự tồn tại của nó mà còn phải chỉ ra mô hình cơ bản chi phối độ lớn của góc nhiễu xạ (góc phân kỳ). Đây là một ví dụ điển hình về việc định luật bảo toàn trong vật lý luôn có thể đóng vai trò là ngôi sao dẫn đường đáng tin cậy như thế nào.
Xét các tính chất của chùm tia, tất nhiên chúng ta sẽ không bao giờ mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng. Trong các thí nghiệm giao thoa thuộc loại này sẽ luôn có bằng chứng về sự phân bố lại không gian của dòng năng lượng.
15
Bóng bàn…
trong chậu rửa
Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
A. V. BYALKO
Mọi thí nghiệm sẽ được thảo luận đều có thể truy cập được đối với mọi người và không yêu cầu bất kỳ thiết bị đặc biệt nào. Tất cả những gì bạn cần là một quả bóng bàn (bóng bàn), chậu rửa (hoặc bồn tắm) tiêu chuẩn, thước milimet, bình ba lít và đồng hồ có kim giây.
Thí nghiệm 1. Đóng lỗ thoát nước của bồn rửa (bồn tắm) và đổ đầy nước đến mức 3 - 5 cm. Đặt một quả bóng bàn dưới dòng nước nơi nó cắt qua mặt nước và thả nó ra. Đối với tôi, có vẻ như máy bay phản lực nên ném quả bóng sang một bên. Nhưng điều đó không đúng! Ngược lại, máy bay phản lực sẽ bắt quả bóng và nó vẫn ở nguyên nơi nó rơi.
Hãy nhìn kỹ hơn. Hóa ra quả bóng không bất động - dưới tác dụng của phản lực, nó tạo ra những dao động nhỏ. Chụm lòng bàn tay của bạn và di chuyển chúng dưới quả bóng để nó tiếp tục nổi dưới dòng nước mà không chạm vào tay bạn. Bây giờ nhấc bóng dọc theo dòng suối. Bạn sẽ nhận thấy tần số rung giảm dần khi quả bóng bay lên.
Thí nghiệm 2. Mở lỗ thoát nước. Trong bồn rửa tiêu chuẩn (bồn tắm), nó xuất hiện dưới dạng một lỗ hình trụ có cấu trúc dạng lưới sâu khoảng 20 mm và đường kính khoảng 40 mm. Quả bóng bàn nhỏ hơn một chút - đường kính 37 mm nên bóng nằm gọn trong lỗ thoát nước và vẫn có khe hở 1 - 2 mm (hình 1).
Đưa quả bóng xuống nước đến lỗ thoát nước và thả ra. Dòng nước sẽ kéo quả bóng vào lỗ, mặc dù quả bóng không nổi trong nước. Nhưng nó là gì? Bạn nghe thấy một âm thanh vo ve trầm, rất indo, do sự rung động của quả bóng gây ra. Ý nghĩ đầu tiên xuất hiện trong đầu là quả bóng đang nảy trên lưới. Tuy nhiên, không phải điều này. Chạm ngón tay vào quả bóng từ phía trên và bạn sẽ tin chắc rằng nó dao động không phải theo chiều dọc mà theo chiều ngang - trong khoảng cách cho phép.
Hơn thế nữa. Nhìn vào dấu hiệu xuất xưởng trên quả bóng, bạn sẽ thấy quả bóng cũng quay và quay khá chậm nên có thể nhìn thấy bằng mắt. Đôi khi chuyển động quay chỉ xảy ra theo một hướng và đôi khi hướng quay của quả bóng thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian.
Làm thế nào những thí nghiệm này có thể được thực hiện? Hãy nói ngay rằng cả hai đều là minh họa sống động cho định luật Bernoulli - một
16
nhiều định luật đầu tiên của thủy động lực học. Về mặt định tính, nó có thể được xây dựng như sau (“Vật lý 8”, § 65): trong chất lỏng chuyển động, áp suất sẽ lớn hơn trong những giây mà tốc độ chuyển động thấp hơn và ngược lại, khi tốc độ cao hơn thì áp suất thấp hơn. Nói cách khác, khi tốc độ của chất lỏng tăng lên thì áp suất trong nó giảm đi. Sự giảm áp suất này dẫn đến thực tế là trong cả hai thí nghiệm, dòng nước dường như hút một quả bóng nhựa vào bên trong nó.
Định luật Bernoulli sẽ giúp giải thích cả dao động của quả bóng trong dòng nước và trong vỏ. Nhưng trước tiên, hãy ước tính tốc độ nước chảy từ vòi nước.
Không khó để chọn một dòng nước chảy vào bồn rửa (hoặc bồn tắm) sao cho mực nước trong đó hầu như không thay đổi. Sử dụng bình ba lít và đồng hồ bấm giờ, bạn có thể đo mức tiêu thụ chất lỏng tương ứng (nghĩa là khối lượng chất lỏng tiêu thụ trên một đơn vị thời gian). Hóa ra là khoảng (80 - 100) g/s. Bây giờ, dùng thước đo, đo đường kính của dòng nước gần mặt nước trong bồn rửa. Nó gần 6 mm. Điều này tương ứng với tốc độ phản lực khoảng 3 m/s (kiểm tra cái này). Tất nhiên, tốc độ hiện tại có thể được thực hiện lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị thu được, nhưng trong các ước tính áp suất sâu hơn, nó có thể được coi là chính xác như vậy.
Để thảo luận chi tiết hơn về các hiệu ứng quan sát được, chúng ta không chỉ cần một công thức định tính mà còn cần một công thức định lượng của định luật Bernoulli*). Theo cái này
Trên thực tế, trong bất kỳ phần nào của dòng chất lỏng lượng không đổi
trong đó là mật độ, là tốc độ, là áp suất chất lỏng, là chiều cao của phần đã chọn.
Giải thích thí nghiệm 1. Chúng ta hãy tạm đơn giản hóa bài toán cho mình: khoảng cách không phải là sự tương tác của quả bóng với dòng hình trụ, mà là tác dụng của dòng phẳng lên hình trụ. Điều này sẽ không thay đổi hiện tượng vật lý hiện có, nhưng chúng ta sẽ dễ dàng suy luận hơn.
Đầu tiên, chúng ta sẽ thảo luận trường hợp hình trụ chỉ tiếp xúc nhẹ với dòng nước và ước tính lực tác dụng lên nó (hình 2). Theo định luật Bernoulli, áp suất bên trong tia uốn giảm đi một lượng
(thuật ngữ có thể bị bỏ qua, vì trong trường hợp của chúng tôi, các giá trị nhỏ hơn đáng kể so với ). Quỹ đạo của phần chất lỏng mô tả hình trụ là một cung tròn nên chúng chuyển động với gia tốc hướng tâm. Gia tốc này là do sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển (cũng là áp suất nước trong dòng thẳng) và áp suất trong dòng cong:
hoặc
trong đó là diện tích tiếp xúc của tia với xi lanh. Đối với một luồng có độ dày nhỏ hơn nhiều so với bán kính của hình trụ , vận tốc dòng chảy chỉ lớn hơn một chút so với vận tốc ban đầu . Do đó, lực làm lệch dòng bằng
Một lực có cùng độ lớn nhưng ngược chiều tác dụng lên hình trụ.
Kết quả này, thu được cho dòng chảy quanh một hình trụ, vẫn đúng cho dòng chảy quanh một quả bóng, có thể với các hệ số số khác. Diện tích tiếp xúc của máy bay phản lực với quả bóng hầu như luôn có thứ tự bình phương bán kính của nó . Do đó lực kéo quả bóng
17
Hình 3.
vào dòng khi chúng chạm vào, có độ lớn bằng nhau
Bây giờ chúng ta hãy xem xét dòng chảy tâm xung quanh quả bóng khi tia rơi chính xác vào đỉnh của nó (hình 3). Trong trường hợp này, nước chảy xung quanh quả bóng một cách đối xứng và do đó . Đối với dòng chảy trung tâm, không khó để tìm thấy độ dày lớp . Từ điều kiện để xây dựng dòng chảy, nó suy ra rằng
(tự trình bày đi).
Cuối cùng, đối với trường hợp trung gian, khi độ dịch chuyển của quả bóng so với trục đối xứng của tia không đáng kể so với bán kính của nó (hình 4), thì lực phụ thuộc tuyến tính vào và có hướng để đưa quả bóng về vị trí cân bằng:
(Thật không may, khó có được giá trị chính xác của lực trong trường hợp này.)
Dưới tác dụng của lực này quả bóng sẽ dao động. Biểu thức tần số dao động có thể được viết tương tự với dao động của một vật nặng hướng ra ngoài:
Với khối lượng quả bóng g, chúng ta thu được và .
Khi nhấc bóng trong lòng bàn tay
Hình 4.
lên tia, và đồng thời thay đổi, nhưng tích không đổi. Khi tăng lên, sản phẩm giảm xuống. Do đó, khi nó tiến tới nguồn, tần số dao động của quả bóng sẽ giảm, điều này được quan sát bằng thực nghiệm.
Khi tần số dao động giảm đi, bạn sẽ nhận thấy quả bóng cũng quay theo các hướng khác nhau. Ở những tia mỏng, chậm, sự dao động và quay của quả bóng được kết hợp thành một chuyển động phức tạp, đẹp mắt xung quanh tia. Hãy tự mình chứng kiến điều này thông qua kinh nghiệm.
Giải thích thí nghiệm 2. Cho vị trí ban đầu của quả bóng như trong hình 5 (nhìn từ trên xuống). Chúng ta hãy ước tính tốc độ dòng chảy của phản ứng thoát nước. Diện tích khe hở không phụ thuộc vào vị trí của quả bóng và bằng , do đó tốc độ trung bình chuyển động quanh quả bóng là . Tuy nhiên, tốc độ này tương đối không cố định trên mặt cắt ngang của khe hở: ở phần rộng nhất của nó lớn hơn đáng kể so với phần khô nhất (gần điểm tiếp xúc ), nơi dòng chảy bị chậm lại do chấn động tác động vào tường. Theo định luật Bernulin, áp suất trong chất lỏng chuyển động sẽ lớn hơn ở nơi tốc độ thấp hơn. Do đó xuất hiện lực khe hở
(Cuối cùng xem trang 48)
Hình 5.
18
Vật lý 9, 10
Cuốn sách đã xuất bản “Khám phá điện tử” dành cho học sinh lớp 9, “Làm thế nào để nhìn thấy cái vô hình?” - học sinh lớp mười.
Nguyên liệu được chuẩn bị bởi N.K. Belkin.
Sự khám phá ra electron
Từ “electron” - tên của một trong những hạt cơ bản được nạp - và các dẫn xuất của nó có lẽ thường được tìm thấy nhiều nhất trong các tài liệu khoa học và kỹ thuật ngày nay. Gần đây, từ “điện tử” xuất hiện, một mặt biểu thị nghiên cứu về sự tương tác của các electron với trường điện từ, mặt khác là một lĩnh vực công nghệ mới. Những tính từ như “điện tử”, “điện tử”, v.v. đã đi vào ngôn ngữ và cuộc sống của chúng ta một cách rộng rãi. Chẳng hạn, chỉ cần nhớ lại sự tồn tại của nhiều thiết bị điện tử và máy tính điện tử là đủ.
Electron được phát hiện khi nào, bởi ai và như thế nào? Khi nào, ai và làm thế nào xác định được các đặc tính cơ bản của nó và làm rõ vai trò của nó trong tự nhiên?
Tia hay hạt? Việc phát hiện ra electron đánh dấu sự hoàn thành của nhiều thập kỷ nghiên cứu về sự phóng điện của khí, tức là quá trình cho dòng điện truyền qua chất khí (Vật lý 9, §70-72). Đặc biệt, vào khoảng giữa thế kỷ trước, người ta phát hiện ra rằng nếu đặt một điện áp đủ cao vào các điện cực được hàn vào ống thủy tinh chứa khí, thì một dòng điện sẽ đi qua chất khí và chất khí đó sẽ tự phát sáng. Bản chất của ánh sáng phụ thuộc vào áp suất khí và điện áp đặt vào, còn màu sắc của ánh sáng được xác định bởi bản chất của khí. Tuy nhiên, ở áp suất đủ thấp (khoảng một pakel, tức là một nửa bầu khí quyển), ánh sáng của khí gần như biến mất (mặc dù dòng điện vẫn tiếp tục chạy), nhưng thủy tinh của ống bắt đầu phát sáng màu xanh lục.
Điều gì xảy ra trong ống phóng điện sau khi ánh sáng khí biến mất? Về vấn đề này, đã nảy sinh tranh chấp giữa các nhà vật lý tích cực nghiên cứu hiện tượng này nhất.
Các nhà vật lý người Đức (G. Hertz, E. Goldstein) tin rằng các tia đặc biệt phát ra từ cực âm của ống, khiến thủy tinh phát sáng. Vì vậy chúng được gọi là tia catôt. Hertz, người phát hiện ra sóng điện từ, có xu hướng tin rằng tia âm cực là sóng điện từ đặc biệt, tương tự như ánh sáng, nhưng là ánh sáng vô hình.
Các nhà vật lý người Anh (W. Crookes, A. Schuster, sau đó là J. J. Thomson) tin rằng không phải các tia phát ra từ cực âm mà là một số hạt tích điện âm, và dưới tác động của chúng, thủy tinh sẽ phát sáng. Ví dụ, Crookes lập luận rằng đây là những phân tử khí di chuyển ra khỏi cực âm, thu được điện tích âm và sau đó được gia tốc bởi lực đốt điện về phía cực dương. Điều này được đề xuất bởi thực tế là các tia âm cực bị lệch bởi từ trường. Tất nhiên, các nhà vật lý người Đức cũng biết về thực tế quan trọng này, nhưng vào thời điểm đó người ta vẫn chưa khẳng định chắc chắn rằng sóng điện từ không tương tác với từ trường.
Cả hai bên tranh chấp đều khẳng định chắc chắn rằng tính chất của tia âm cực không phụ thuộc vào vật liệu làm ra cực âm. Cuộc tranh cãi này đã có kết quả vì mỗi nhóm nhà khoa học đều cố gắng nghĩ ra và thực hiện các thí nghiệm để chứng minh họ đúng.
Các thí nghiệm mang tính quyết định được thực hiện vào năm 1897 bởi nhà vật lý người Anh Joseph John Thomson. Những trạng thái này được kiểm tra bằng cách quan sát chuyển động của các hạt tích điện trong điện trường và từ trường.
Chuyển động của các hạt mang điện trong điện trường và từ trường. Ở số trước, trong bài “Về số Faraday và điện tích riêng của một hạt tích điện”, đã chỉ ra rằng tốc độ v và căn a của một hạt tích điện trong điện trường được xác định bởi điện tích riêng của hạt q/m (q là điện tích của hạt, m là khối lượng của hạt):
21
Hình 2. Sơ đồ chuyển đổi quang điện tử: 1 - vật được chiếu sáng bằng tia hồng ngoại; 2 - các vật thể thu được hình ảnh ánh sáng; 3 - quang điện; 4 - hình ảnh ánh sáng; 5-5’ — điện cực hội tụ; 6 - hình ảnh điện tử; 7 - anom, lớp phủ bằng chất nhiều lớp.
mà mắt người có thể “nhìn thấy”. Hãy nói về điều này chi tiết hơn một chút.
Vào những năm 30, một nhóm các nhà vật lý người Hà Lan do V. Holst đứng đầu đang nghiên cứu vấn đề cải thiện chất lượng ảnh chụp thu được trong điều kiện ánh sáng yếu. Ý tưởng đằng sau phương pháp được đề xuất khá đơn giản.
Phim chụp ảnh vật thể nhận biết ánh sáng khả kiến, vật thể phản xạ được chụp ảnh. Tuy nhiên, bản thân vật thể luôn luôn (ở nhiệt độ khác độ không tuyệt đối) đóng vai trò là nguồn phát ra cái gọi là bức xạ nhiệt, bản chất cũng là điện từ. Hóa ra là bước sóng, tương ứng với mức cực đại trong sự phân bố năng lượng của bức xạ này trên các bước sóng, phụ thuộc vào nhiệt độ (xem biểu đồ trên hình 1, trong đó bước sóng được vẽ dọc theo trục hoành, và năng lượng bức xạ tới một khoảng bước sóng đơn vị được vẽ dọc theo trục tọa độ). Ở nhiệt độ rất cao, cơ thể chủ yếu phát ra ánh sáng nhìn thấy được. Ở nhiệt độ phòng, khi việc chụp ảnh thường được thực hiện ngẫu nhiên, lượng phát xạ tối đa xảy ra ở vùng hồng ngoại vô hình.
Nếu có thể tìm ra cách chuyển đổi hình ảnh hồng ngoại vô hình này thành các bước sóng ngắn hơn mà phim có thể cảm nhận được thì có thể chụp ảnh trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc thậm chí trong bóng tối.
Bộ chuyển đổi như vậy đã được tạo ra và được gọi là chuyển đổi quang điện tử. Thành phần chính của nó là photocathode - một màng xử lý mỏng làm bằng vật liệu chứa các nguyên tử của kim loại nguyên - Caesium, rubidium hoặc kali. Ranh giới màu đỏ của hiệu ứng quang điện đối với các vật liệu đó nằm trong vùng hồng ngoại, do đó, khi các tia hồng ngoại có bước sóng chiếu vào màng thì ánh sáng sẽ hút các electron ra khỏi màng. Để tận dụng lợi thế của các electron phát ra trong quá trình quang hiệu, một lớp kim loại được đặt lên màng, mỏng đến mức màng vẫn có khả năng biến đổi.
Sơ đồ chuyển đổi chính được thể hiện ở hình 2. Hình ảnh của vật 1, được chiếu sáng bằng ánh sáng hồng ngoại, được hình thành trên tế bào quang 3. Như đã đề cập, một lớp kim loại mỏng không phải là vật cản đối với các tia và ở những vị trí của vật thể quang điện nơi hình ảnh của vật chạm vào, các electron quang dẫn xuất hiện ở phía đối diện của màng. Trong một số trường hợp, cực dương 7 nằm trong katom, bề mặt của nó được phủ một lớp vật liệu nghiền (phần này của thiết bị được lấp đầy bằng một ống truyền hình thông thường). Một sự chênh lệch điện thế cao (ở mức hàng chục nghìn volt) được tạo ra giữa cực dương và cực âm, làm tăng tốc các quang điện tử. Điều này sẽ tạo ra một dòng electron bay từ cực âm đến cực dương và tùy theo những điều kiện nhất định, sự phân bố của các electron này trên bề mặt cực dương sẽ tuân theo hình dạng của vật thể được chụp ảnh. Khi ở trên cực dương, các electron làm cho nó phát sáng.
Hơn nữa, nếu photokat cảm thấy -
22
Vì cây lanh nhạy cảm với ánh sáng đỏ và hồng ngoại nên cực dương phát quang phát ra tia xanh lam, phylote và thậm chí cả tia cực tím. Nói cách khác, khi một hình ảnh hồng ngoại vô hình được chiếu lên tế bào quang điện, một hình ảnh nhìn thấy được sẽ được quan sát ở cực dương.
Ở đây chúng tôi chỉ phác thảo sơ đồ nguyên lý hoạt động của quá trình chuyển đổi quang điện tử do Holst và các cộng sự của ông tạo ra vào năm 1933. Các thí nghiệm của họ đã chứng minh khả năng chuyển đổi một ảnh neid bước sóng dài thành một ảnh nhìn thấy có bước sóng ngắn bằng cách sử dụng hiệu ứng quang hợp.
Trong 50 năm qua, công nghệ quang điện đã đi được một chặng đường dài. Hiện nay, nó không chỉ được sử dụng trong khoa học mà còn được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, quân sự và công nghệ.
Trường học yêu thích bài toán
(Dựa trên cuốn sách “The Knot Tale” của Lewis Carroll)
lớp 8
-
Cho độ dài và của hai cạnh kề nhau của một tứ giác và góc nhọn giữa chúng. Ngoài ra, người ta biết rằng các góc của một tứ giác kề với mỗi cạnh này đều vuông. Tìm: a) các cạnh còn lại của tứ giác; b) diện tích tứ giác.
-
Chứng minh rằng tổng bình phương của hai số tự nhiên khác nhau nhân với tổng bình phương của hai số tự nhiên khác nhau có thể biểu diễn dưới dạng tổng bình phương của hai số tự nhiên.
-
Hai du khách rời khách sạn lên đỉnh núi lúc 3 giờ chiều và trở về lúc 9 giờ tối. Lộ trình của họ đi qua mặt đất bằng phẳng, lên dốc hoặc xuống dốc. Trên mặt đất bằng phẳng, chúng di chuyển với tốc độ 4 dặm một giờ, lên dốc với tốc độ 3 dặm một giờ và xuống dốc với tốc độ 6 dặm một giờ. Họ đi được bao xa trong khi đi bộ? Đồng thời xác định, trong khoảng thời gian không quá 30 phút, thời điểm lên đến đỉnh núi, coi khi di chuyển lên đỉnh núi, chiều dài đoạn đi lên lớn hơn chiều dài đoạn xuống.
-
Trên cơ sở của tam giác này, hãy tìm một điểm sao cho đường thẳng nối các đường vuông góc vẽ từ điểm này với các cạnh song song với đáy.
-
Bên trong một góc có đỉnh cho trước một điểm . Vẽ một đường đi qua điểm nảy ra khỏi góc của tam giác có diện tích nhỏ nhất.
lớp 9
-
Hai chuyến đi đến Putrovno lúc 6 giờ sáng cùng ngày. Cả hai đều đi trên cùng một con đường và cùng một hướng. Người đi bộ ban đầu đi trước người đi bộ 14 dặm. Cả hai đều chạy từ 6 giờ sáng đến 6 giờ chiều. Vào ngày đầu tiên , di chuyển suốt cả ngày với tốc độ không đổi, vượt qua 10, vào ngày thứ hai - 9, vào ngày thứ ba - 8 dặm, v.v. Người đi bộ , cũng di chuyển với tốc độ không đổi trong suốt cả ngày, vượt qua 2 vào ngày đầu tiên, vào ngày thứ hai - 4, vào ngày thứ ba - 6 dặm, v.v. Người đi bộ và họ sẽ nói chuyện ở đâu và khi nào với nhau?
-
Hai đường tròn cắt nhau sao cho dây chung của chúng có các góc ở tâm là 30° và 60°. Phần nào của hình tròn được bao quanh bởi hình tròn nhỏ nằm bên trong hình tròn lớn?
-
Trong vòng tròn này, hãy viết một hình thang có một đáy lớn gấp đôi đáy kia và có diện tích lớn nhất.
-
Một ly nước chanh, 3 chiếc bánh sandwich và 7 chiếc bánh quy có giá 1 shilling 2 pence. Một ly nước chanh, 4 chiếc bánh sandwich và 10 chiếc bánh quy có giá 1 shilling 5 pence. 2 ly nước chanh, 3 bánh sandwich và 5 bánh quy giá bao nhiêu? (1 shilling bằng 12 xu)
-
Trong tam giác nhọn này, hãy viết một tam giác có các cạnh tại mỗi đỉnh của nó tạo thành các góc trên cạnh của tam giác đã cho.
lớp 10
-
Gọi là nửa chu vi của một tam giác nào đó, diện tích của nó và thể tích của một hình bình hành bên phải có các cạnh bằng các cạnh của tam giác. Tìm tổng bình phương các cạnh của tam giác.
-
Một số người đang ngồi quanh một chiếc bàn tròn. Mỗi người ngồi có một số shilling nhất định. Người thứ nhất nhiều hơn người thứ hai 1 shilling, người thứ hai nhiều hơn người thứ ba 1 shilling, v.v. Người ngồi thứ nhất chia cho người thứ hai một shilling, người thứ hai chia cho người thứ ba hai shilling, v.v. Mỗi người đưa cho người tiếp theo nhiều hơn số tiền mình đã trả 1 shilling, miễn là có thể. Kết quả là một trong những người ngồi có tư thế cân bằng. Tìm độ dài cạnh của hình lục giác nếu độ dài các cạnh của tam giác là , và .
-
Từ một tam giác đã cho, cắt ba hình tam giác có các cạnh thẳng, song song với nhau sao cho hình lục giác còn lại là đều. Tìm độ dài các cạnh của tam giác bằng , và .
-
Ba tháp hình trụ có bán kính đáy 1, 2, 3 được đặt trên một mặt phẳng. Tìm một điểm trên mặt phẳng mà từ đó chiều rộng của chúng có vẻ giống nhau.
-
Tất cả các mặt của tam giác paramid đều là các tam giác bằng nhau có các cạnh , , . Tìm những điểm chung của paramida này.
Ấn phẩm được chuẩn bị bởi A. A. Egorov
23
Kvasht
dành cho học sinh nhỏ tuổi
Nhiệm vụ
-
Trong công thức số hiển thị ở hình, hãy sắp xếp các dấu + và - sao cho thỏa mãn các đẳng thức biểu thị. Không cần thiết phải đặt dấu giữa một số số liền kề bằng cách khoanh tròn chúng thành một số.
-
Trong quá trình thẩm vấn của cuộc thi thu gom kim loại phế liệu, hóa ra 6 “A” thu thập được nhiều phế liệu hơn 6 “B” và 6 “C” cộng lại, nhưng 6 “A” và 6 “B” thu thập được nhiều phế liệu bằng 6 “B” và 6 “D”, ngoài ra, 6 “C” và 6 “D” thu được nhiều phế liệu hơn 6 “A” và 6 “B”. Các vị trí được phân bổ như thế nào trong cuộc thi của các lớp này?
-
Có ba tấm thẻ có ghi số trên bàn. Đầu tiên, họ cộng số lớn nhất có thể, sau đó cộng số lớn nhất tiếp theo. Tổng của chúng hóa ra là 1233. Trên các tấm thẻ có những con số nào?
-
Tổng của 13 số tự nhiên khác nhau là 92. Tìm các số đó.
-
Khi tôi rửa ly bằng nước nóng và đặt chúng úp ngược xuống một chiếc bàn nhẵn để lau khô, chúng bắt đầu bò dọc theo bàn. Tôi nhớ rằng khi tôi rửa chúng bằng nước lạnh, điều này không xảy ra với chúng. Tại sao kính bắt đầu di chuyển?
Những nhiệm vụ này đã được cung cấp cho chúng tôi:
L. P. Mochalov, A. V. Sidriansky,
N. K. Antonovich, A. P. Savin.
23
24
Người chiến thắng cuộc thi
“Vấn đề"Quenta”
Hàng năm tạp chí của chúng tôi tổ chức một cuộc thi dành cho học sinh để giành lời giải bài toán từ Sách Vấn đề “Kvaenta”.
Danh sách người chiến thắng cuộc thi “Quaenta problem” được công bố dưới đây
1984.
Được trao Bằng tốt nghiệp và huy hiệu của tạp chí “Quant”
và nhận quyền tham gia ngay vào vòng thứ tư (cộng hòa) của All-Olympiad 1985:
Trong toán học
M. ALEXANDROV - Moscow, s.sh. Số 542, 9 ô.
A. ASRYAN - Yerevan, Trường Vật lý số 1 tại Đại học Bang Yerevan, lớp 10.
R. VABAEV - Baku, s.sh. Số 145, 10 ô.
S. VELESKO - Minsk, s.sh. Số 103, 9 ô.
E. VELIMETOV - Baku, Trường Vật lý số 1, lớp 10.
L. VERTGEIM - Novosibirsk, s.sh. Số 25, 10 ô.
D. GAMARNIK - Tbilisi, Trường Vật lý được đặt theo tên. V. M. Komarova, lớp 9.
R. GENDLER - Tashkent, s.sh. Số 110, 8 ô.
A. GRIGORYAN - Yerevan, Trường Vật lý số 1 tại Đại học Bang Yerevan, lớp 9.
A. DAVTYAN - Yerevan, Trường Vật lý số 1 tại Đại học Bang Yerevan, lớp 9.
S. DEMyanCHENKO - Moscow, s.sh. Số 315, 10 ô.
V. DZYUVA - Odessa, s.sh. Số 100, 10 ô.
A. DYNNIKOV - Zhukovsky, s.sh. Số 1, 9 ô.
I. DYNNIKOV - Zhukovsky, s.sh. Số 10, 8 ô.
V. ELISTRATOV - Donetsk, s.sh. Số 17, 10 ô.
V. ZHURAVLEV - Gayvoron, s.sh. Số 2, 8 ô.
S. ZEINALOV - Baku, Trường Vật lý số 1, lớp 10.
L. ZOSIN - Kyiv, s.sh. Số 145, 10 ô.
V. KAPOVICH - Khabarovsk, s.sh. Số 2, 9 ô.
I. KAPOVICH - Khabarovsk, s.sh. Số 2, 9 ô.
T. KOVDIKOV - Pavlodar, s.sh. Số 3, 10 ô.
M. KURINNOY - Kharkov, s.sh. Số 27, 9 ô.
S. LAUSMAA - Koktla-Jarve, vĩ độ Bắc số 15, 6 ô.
M. MAKAROV - Sevastopol, phía bắc sh. Số 3, 9 ô.
T. MISIRPASHAYEV - Moscow, s.sh. Số 57, 9 ô.
A. MOLOTKOV - Leningrad, s.sh. Số 366, 10 ô.
V. POGREBNYAK - Vinnitsa, s.sh. Số 6, 10 ô.
I. SAMOVOL - Gayvoron, s.sh. Số 5, 8 ô.
R. SIBILEV - Leningrad, s.sh. Số 30, 9 ô.
A. TRUCHAN - Minsk, s.sh. Số 116, 10 ô.
E. FINK - Leningrad, s.sh. Số 239, 9 ô.
Y. SHAMRUK - làng Novy Dvor, vùng Grodno, lớp 7.
Trong vật lý
O. AVRAMENKO - Kherson, s.sh. Số 30, 10 ô.
V. APALKOV - Kharkov, s.sh. Số 16, 10 ô.
G. ARVELADZE - Tbilisi, s.sh. Số 37, 9 ô.
A. BAIRAMOV - Baku, Trường Vật lý số 1, lớp 10.
A. BEGLAROV - Tbilisi, s.sh. Số 42, 9 ô.
E. BONDARENKO - Poltava, s.sh. Số 6, 10 ô.
R. BOTASHEV - Frunze, s.sh. Số 61, 10 ô.
E. WEINSTEIN - Tashkent, s.sh. Số 71, 10 ô.
M. GOTMAN - Kyiv, s.sh. Số 145, 10 ô.
A. DODA - Korsun-Shevchenkovsky, s.sh. Số 4, 9 ô.
S. DUBOVIK - Brest, s.sh. Số 1, lớp 10.
S. ZHILINSKAS - Vilnius, s.sh. Số 9, 11 ô.
G. KLIMOVICH - Bolshevo, s.sh. Số 3, 10 ô.
D. KUCHULORYAYA - Tbilisi, Trường Vật lý và Âm nhạc được đặt theo tên.
V. M. Komarova, lớp 9.
A. LICHTSINDER - Tashkent, v.sh. Số 49, 10 ô.
K. LOPIN - Frunze, s.sh. Số 61, 9 ô.
D. LUNTZ - Saratov, s.sh. Số 13, 10 ô.
Y. MAKHLIN - Moscow, s.sh. Số 57, 9 ô.
V. MENKOV - Moncherorsk, s.sh. Số 3, 10 ô.
A. MIKALYKEVICHS - Panavezys, s.sh. họ. Y. Balchikonis, lớp 11.
O. MOROZ - Alma-Ata, ROFMSH, lớp 10.
A. ONUFRIEV - Moscow, s.sh. Số 91, 10 ô.
Y. PUGAI - Alma-Ata, ROFMSH, lớp 10.
S. RAKHAMOV - Kazan, s.sh. Số 131, 9 ô.
A. RZHEVSKY - Novosibirsk, s.sh. Số 149, 10 ô.
R. RIVKIN - Minsk, s.sh. Số 16, 10 ô.
M. RUDIK - Vinnitsa, s.sh. Số 33, 10 ô.
M. SAVCHENKO - Belgorod, s.sh. Số 3, 10 ô.
V. SAKBEV - Alma-Ata, ROFMSH, lớp 9.
M. SKOROVOGATOV - Kyiv, s.sh. Số 208, 10 ô.
S. STEPANYANTS - Yerevan, Trường Vật lý số 1 tại Đại học Bang Yerevan, lớp 10.
V. SULEIMANOV - Baku, Trường Vật lý số 1, lớp 10.
S. TUZHANSKY - Vinnitsa, s.sh. Số 33, 9 ô.
L. FEDICHKIN - Moscow, s.sh. Số 91, 10 ô.
S. FERANCHUK - Minsk, s.sh. Số 1, lớp 10.
S. CHERNYSHEV - Tashkent, s.sh. Số 50, 10 ô.
A. SHEGOLEV - Làng Chernogolovka, vùng Moscow, phía bắc sh. Số 82, 10 ô.
25
Nhiệm vụ
M911—M915; F923—F927
M911. Trên các cạnh AB và CD của tứ giác lồi ABCD lần lượt chọn các điểm E và F tùy ý. Chứng minh rằng trung điểm của các đoạn thẳng AF, BF, CE, DE là các đỉnh của một tứ giác và diện tích của nó không phụ thuộc vào việc chọn các điểm E và F.
M912. Chứng minh rằng a) đa thức , b) bất kỳ đa thức nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng hiệu của hai đa thức, mỗi đa thức là một hàm tăng đơn điệu.
B. P. Pikulin
M913. Các đường tròn tiếp tuyến của tam giác ABC vẽ tại các điểm A và B cắt nhau tại điểm P. Chứng minh rằng đường thẳng PC a) cắt cạnh AB tại điểm K và chia nó theo tỷ lệ ;
b) đối xứng với đường trung tuyến vẽ từ C so với đường phân giác góc C của tam giác.
S. Litovchenko, học sinh lớp 10.
M914. Trên đảo Seroburomalin có 13 con tắc kè hoa màu xám, 15 con màu nâu và 17 con tắc kè hoa màu đỏ thẫm. Nếu hai con tắc kè hoa có màu khác nhau gặp nhau, chúng đồng thời đổi màu thành màu thứ ba (cả màu xám và nâu đều trở thành màu đỏ thẫm, v.v.). Có thể tuân theo để sau một thời gian tất cả các con tắc kè hoa sẽ có cùng màu không?
V. G. Ilchev
M915*. Chứng minh rằng với mọi số dương a, b, c, d bất đẳng thức đều đúng
L. D. Kurlyandchik
F923. Trên một mặt phẳng nằm ngang nhẵn, hai đĩa chạm vào nhau được buộc chặt bằng một sợi chỉ không giãn (hình 1). Một đĩa có bán kính R bắt đầu quay quanh một trục thẳng đứng cố định đi qua tâm của nó và tốc độ quay tuyến tính tăng dần theo thời gian. Tại một số thời điểm, một đĩa nhỏ hơn bán kính r tách ra khỏi đĩa lớn (không còn chạm vào nó nữa). Lúc này đĩa lớn sẽ quay một góc bằng bao nhiêu? Không có ma sát giữa các đĩa.
26
Giả sử toàn bộ khối lượng của đĩa tập trung ở tâm của nó.
L. G. Markovich
F924. Khi trời nóng, để làm nguội nhanh nước, bạn hãy đổ vào khuôn đã phủ đá lấy từ ngăn đá của tủ lạnh. Nước được “cuộn” từ mép khuôn này sang mép khuôn khác rồi đổ ra ngoài. Đánh giá xem lượng nước nhiều hay ít trong quá trình vận hành này.
L. A. Ashkinazi
F925. Hai ống lớn giống hệt nhau lăn xuống các cầu trượt có cùng chiều cao nhưng có hình dáng khác nhau (hình 2). Dọc theo đường trượt đầu tiên, đường ống di chuyển suốt toàn bộ phần mà không bị trượt; trên đường trượt thứ hai có một đoạn hoàn toàn bằng phẳng (đoạn 1-2), nhưng đến cuối đường dẫn (dưới chân đường trượt) đường ống lại di chuyển mà không bị trượt. Ống nào ở cuối đường trượt có tốc độ nhanh nhất?
A. I. Buzdin
F926. Trong không gian có 1985 quả cầu kim loại không tiếp xúc với điện tích của chúng lần lượt bằng (). Chứng minh rằng trong số đó có một quả cầu có mật độ điện tích bề mặt không âm. Khoảng cách giữa các quả bóng là hữu hạn.
V. A. Yasinsky
F927. Một hạt tích điện di chuyển qua một bộ đếm nhấp nháy, có hình dạng song song và các phân tử nhấp nháy nằm dọc theo quỹ đạo của nó sẽ phát ra ánh sáng. Ánh sáng tại mỗi điểm được phát ra một cách đẳng hướng, nghĩa là phát ra đều theo mọi hướng. Phần năng lượng ánh sáng nào được giải phóng từ chất phát sáng trong không khí nếu chiết suất của chất phát sáng là ? Bỏ qua sự hấp thụ ánh sáng trong scinitillor.
Lưu ý: góc khối tại đỉnh của hình nón bằng , trong đó là góc giữa trục của hình nón và ma trận của nó.
S. A. Khoroshov
Problems
M911—M915; P923—P927
M911. Arbitrary points and are chosen on sides and respectively of the quadrilateral . Prove that the midpoints of the segments and are the vertices of a convex quadrilateral whose area does not depend on the choice of the points and .
M. V. Stark
M912. Prove that a) the polynomial , b) any polynomial may be represented as the difference of two polynomials, each of which is a monotonic increasing function.
V. P. Pikulin
28
—4q, …, —1984q, 1985q (q>0), respectively.
Prove that one of the balls has an everywhere positive charge density on its surface. The distances between the balls are finite.
V. A. Yasinski
P927. A charged particle flies through a scintillation counter; the scintillating molecules along its trajectory emit light. The light is emitted isotropically (i.e. uniformly in all directions) at each point. What part of the emitted light will leave the scintillator into the air, if the refraction coefficient of the scintillating matter is ? Light absorption in the scintillator may be neglected.
Remark. The solid angle at the vertex of a cone equals , where is the angle between the cone’s axis and its generator.
S. A. Khorozov
Lời giải bài toán
M891 — M895; F903 — F907
Trong tam giác này, chúng ta biểu thị độ dài các cạnh và bằng và , độ dài của các đường trung tuyến và bằng và , giao điểm của các đường trung tuyến bằng (xem. hình). Vì khoảng cách từ giữa một cạnh đến giao điểm của các đường trung tuyến bằng một phần ba của nó và tứ giác được mô tả xung quanh một đường tròn nên đẳng thức hoặc
Hơn nữa, các tam giác và có diện tích bằng nhau (bằng diện tích tam giác ) và có chung đường tròn nội tiếp nên chu vi của chúng bằng nhau: , tức là
Trừ đẳng thức (2) từ (1), chúng ta thu được .
Lưu ý rằng câu bài toán cũng đúng khi đường tròn tiếp xúc với phần kéo dài hai cạnh của tam giác và hai đường trung tuyến.
A. A. Muragov
M892. a) Chứng minh rằng trong các số cũng như trong các số có vô số bậc và trong các số , và không có một số nguyên chính phương nào (ở đây và là các số tự nhiên, ).
b)* Có hình vuông nào giữa các số không?
a) Trước tiên chúng ta lưu ý rằng nếu số là số bình phương thì có vô số số bình phương loại này: (ở đây hoặc cũng có thể bằng 0). Do đó, mệnh đề bài toán cho và suy ra từ các đẳng thức , .
Trường hợp . Đặt , trong đó là số nguyên và ; sau đó hoặc . Theo sau đó là , điều này rất khó xảy ra.
29
Trường hợp . Dễ dàng nhận thấy rằng số với bất kỳ nào đều có chữ số tận cùng là 25, vì vậy chỉ có thể kết thúc bằng 30 (đối với ) hoặc 50 (đối với ) và do đó, không thể là số chính phương (hình vuông tận cùng bằng 0 phải chia hết cho 100).
Trường hợp . lũy thừa của 6 luôn tận cùng bằng 6, nghĩa là số luôn tận cùng bằng 2. Nhưng bình phương các số nguyên chỉ có thể tận cùng bằng 0, 1, 4, 6, 9.
- Đáp số: không. Vì 7 khi chia cho 3 dư 1 nên mọi lũy thừa của 7 cũng có cùng số dư. Do đó, số chia cho 3 dư 2 và do đó, không thể là số bình phương chia hết cho 3 mà là .
A. I. Zaichik, V. N. Dubrovsky
M893. Hai trong số n khối máy tính được kết nối bằng một sợi dây. Có thể phủ mỗi dây này bằng một trong n—1 màu sao cho n—1 dây có màu khác nhau thoát ra khỏi mỗi khối nếu a) ; b) ?
a) Đáp số: bạn có thể. Màu yêu cầu được hiển thị ở hình.
- Đáp số: không thể được. Thật vậy, nếu sử dụng các lỗ có một màu bất kỳ thì số khối là (số đầu của tất cả các lỗ này và mỗi đầu được kết nối với chính xác một khối). Nhưng 13 là số lẻ.
bài toán này thường được xây dựng dưới dạng bài toán về việc lên lịch cho một chuyến tham quan vòng tròn - trong trường hợp này, các dây cùng màu được trả lời bằng cách chia các phần của chuyến tham quan thành từng cặp cho cùng một loại. Chúng ta đã thấy rằng đối với lẻ thì bài toán này là không thể quyết định được. Có thể chứng minh rằng với số chẵn nó luôn có lời giải (ví dụ, xem cuốn sách của O. Ore “Lời mời đến lý thuyết số” (M.: Нayka, 1980, Ch. 8, § 3), cũng như lời giải bài toán 1.16 trong cuốn “Mô tả toán học tương ứng” (M.: Hayka, 1981, tr.19)).
V. V. Alekseev
M894. a) Tổng gót của các số không âm bằng 1. Chứng minh rằng chúng có thể đặt cách nhau xung quanh một đường tròn sao cho tổng gót của tích từng cặp của các số lân cận không vượt quá 1/5.
b)* Xung quanh hình tròn có các số không âm, tổng bằng 1. Chứng minh rằng tổng n tích từng cặp của các số lân cận không vượt quá 1/4.
a) Ta sẽ chứng minh bằng phản chứng. Giả sử rằng đối với mọi cách sắp xếp số , chúng ta xem xét tổng lớn hơn 1/5, cụ thể là (xem hình 1 và 2):
Từ đây ta có mâu thuẫn:
(chúng tôi đã sử dụng bất đẳng thức ).
Từ lời giải rõ ràng không tồn tại điều kiện không âm của các số. Tuyên bố bài toán
30
(với 1/5 được thay thế bằng 1/n) có giá trị cho mọi số .
- Chúng ta phải chứng minh rằng với mọi số không âm có tổng bằng 1 thì bất đẳng thức đúng
Với ngay cả , bất đẳng thức này được chứng minh vô thời hạn: đặt ; thì rõ ràng là
Bây giờ đặt là số lẻ và đặt là số nhỏ nhất trong các số đã cho. (Để thuận tiện, chúng tôi sẽ giả sử rằng - điều này không giới hạn tính tổng quát cho .) Chúng ta hãy đặt cho , và cho . Áp dụng bất đẳng thức cho các số , ta có:
Nó vẫn còn để tận dụng thực tế là
Lưu ý rằng nhìn chung, các ước tính được chỉ ra là chính xác (không thể giảm bớt); ở điểm a) ước tính đạt được khi tất cả các số đều bằng nhau và ở điểm 6) - khi hai trong số chúng bằng 1/2 và các số còn lại bằng 0.
S. V. Gashkov, A. N. Dranshinkov
*M895. Chứng minh rằng diện tích một phần của hình lập phương bởi mặt phẳng tiếp xúc với hình cầu nội tiếp trong đó không vượt quá một nửa diện tích mặt của hình lập phương. Giải quyết trường hợp khi phần này là a) hình tam giác, b) hình tứ giác. b) Chứng minh rằng trong trường hợp a) diện tích toàn phần của hình lập phương nhỏ hơn diện tích mặt. (Các hình chiếu trực giao của ba mặt này lên mặt phẳng của mặt thứ nhất che phủ hoàn toàn nó và diện tích của các hình chiếu nhỏ hơn diện tích của các mặt đó.) Tuy nhiên, chúng ta sẽ chứng minh a) một cách độc lập, vì điều này sẽ cho một kết quả tổng quát hơn một chút.
Chúng ta hãy biểu thị các đỉnh của phần tam giác của hình lập phương đang xét bằng , đỉnh chung của ba cạnh; trên đó chúng nằm - qua , các điểm tiếp xúc của hình cầu nội tiếp với các mặt phẳng - qua (ba điểm cuối cùng, rất thuận tiện, là tâm của mặt khối lập phương; hình 1). Do các tiếp tuyến vẽ với hình cầu bằng nhau từ một điểm, , nên các tam giác và và và (hình 1), cũng như và và và (hình 2) theo cặp bằng nhau và hơn nữa, có kích thước bằng nhau. Do đó, diện tích của phần bằng tổng diện tích của các hình tam giác trên hình 1 và diện tích của toàn bộ bề mặt của tam giác bằng tổng diện tích của các hình tứ giác và , tức là hai lần tổng
31
vùng hình tam giác xanh lục, đỏ và vàng trên hình 2:
Gọi là diện tích của mặt hình lập phương. Hãy chứng minh rằng với ba điểm bất kỳ trên các cạnh của hình lập phương, xuất phát từ đỉnh ,
(1)
(và cụ thể là câu a)).
Để làm điều này, hãy lưu ý rằng nếu hai trong số ba điểm, chẳng hạn như và , là đóng, thì diện tích của các tam giác và , và do đó luôn là tổng , phụ thuộc tuyến tính vào (để chứng minh, xem hình 3). Do đó, bạn luôn có thể di chuyển điểm đến cuối cạnh để giá trị tăng (hoặc trong mọi trường hợp không giảm). Điều tương tự có thể được thực hiện tuần tự từ các điểm và ; do đó, chỉ cần chứng minh bất đẳng thức (1) cho các điểm và nằm ở các đỉnh của hình lập phương là đủ. Chỉ có 4 địa điểm như vậy (có thể sắp xếp lại); chúng được hiển thị ở hình 4. Trong hai trường hợp , trong hai trường hợp còn lại . Dễ hiểu rằng, ngoại trừ hai trường hợp cuối, bất đẳng thức ở (1) luôn chặt chẽ, nhưng tam giác trên hình 4, in có thể coi là vị trí giới hạn của phần tiếp tuyến với hình cầu viết nên ước lượng ở bài toán a) là chính xác.
Bây giờ chúng ta chứng minh bất đẳng thức
(và cùng với nó - câu lệnh b)).
Hãy để định nghĩa . Rõ ràng, đường chia mặt hình lập phương thành hai hình thang bằng nhau có diện tích , một trong số đó - (hình 2) bao gồm bốn hình tam giác và . Như vậy đủ để chứng minh rằng
Chúng ta hãy vẽ đoạn (hình 5) trên cạnh ; thì các tam giác và bằng nhau và .
(Thật vậy, từ đẳng thức của các tam giác một cạnh trên hình 2 suy ra .) Do đó, (hình 5) và, ngoài ra, , , do đó, , đó là
Các thông báo tương tự như ở điểm a) cho thấy ước tính ở đây là chính xác.
- Đặt là một phần tứ giác của khối ngăn cách cạnh với nó và giao các mặt với tâm (hình 6). Như trên dễ thấy diện tích của nó bằng tổng diện tích của các tam giác và , hiển nhiên nhỏ hơn tổng
(Cuối cùng xem trang 34)
32
Kính vạn hoa “Quaita”
P. L. Chebyshev
“Đưa lý thuyết đến gần thực tiễn hơn sẽ tạo ra những kết quả có lợi nhất, và không chỉ thực hành mới tạo ra điều này; bản thân các ngành khoa học cũng phát triển dưới ảnh hưởng của nó: nó mở ra cho chúng những chủ đề nghiên cứu mới hoặc những khía cạnh mới trong những chủ đề đã được biết đến từ lâu…”
P. L. Chebyshev
Pafnuty Lvovich Chebyshev (1821-1894) - nhà toán học và thợ cơ khí vĩ đại người Nga. Ông có kết quả xuất sắc trong nhiều lĩnh vực toán học. Đặc biệt, ông đã chỉ ra rằng số lượng số nguyên tố không vượt quá số của chúng, được mô tả chính xác hơn bằng sự phụ thuộc: . Chebyshev đã phát triển lý thuyết xấp xỉ hàm số bằng đa thức và có đóng góp to lớn cho sự phát triển của lý thuyết xác suất. Đồng thời, ông rất chú trọng đến toán học ứng dụng và cơ học. Các tác phẩm của ông về việc cắt vải hợp lý, cấu trúc bản đồ địa lý và đường bay của đạn pháo đã được biết đến.
Nghiên cứu của P. L. Chebyshev về lý thuyết và thiết kế cơ chế bản lề rất thú vị, ông đã cống hiến 15 công trình của mình cho nghiên cứu này. Ông đã phát minh và thiết kế khoảng 40 cơ chế khác nhau, trong đó có “máy cấp hạt”,
lượng tử 3
1985
hoặc, như người ta thường gọi, “ngựa cơ khí”, một chiếc thuyền có cơ cấu chèo, bộ điều chỉnh cho động cơ hơi nước (xem ảnh), đồng hồ đo số học, v.v.
P. L. Chebyshev cũng là một giáo viên xuất sắc. Ông đã đào tạo nhiều nhà toán học tài năng, những người đã tạo nên trường toán học St. Petersburg, những trường có truyền thống vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay.
Hãy vẽ một số đa giác trên giấy ca-rô với các đỉnh ở các nút lưới, chẳng hạn như hình trên hình 1. Bây giờ chúng ta hãy thử tính diện tích của nó. Làm thế nào để làm điều này? Có lẽ, quá khứ được chia thành các hình tam giác vuông và các đường thẳng, diện tích của chúng dễ dàng tính toán và cộng kết quả. Thực hiện các phép tính tuần tự, chúng ta thấy rằng diện tích đa giác của chúng ta là 20,5, nếu chúng ta lấy diện tích của một hình vuông giấy ca rô làm đơn vị diện tích. Nhưng nếu chúng ta nhớ rằng cạnh của một hình vuông như vậy là 0,5 cm, nghĩa là diện tích của nó bằng 1/4 cm vuông, thì diện tích của một đa giác bằng nhau tính bằng cm vuông sẽ bằng 20,5/4 = 5,125 cm².
Phương pháp chúng tôi sử dụng rất đơn giản nhưng rất
33
công thức diện tích
cồng kềnh, hơn nữa, nó không phù hợp với tất cả các đa giác. Do đó, đa giác trên hình 2 không thể chia thành các hình tam giác vuông và hình chữ nhật giống như cách chúng ta đã làm với đa giác trước đó nữa. Ví dụ: bạn có thể thử thêm đa giác của chúng tôi vào một đa giác “tốt”, nghĩa là với đa giác mà chúng ta có thể tính diện tích theo cách được mô tả, sau đó trừ đi diện tích của các phần được thêm vào từ số kết quả.
Tuy nhiên, hóa ra có một công thức rất đơn giản cho phép bạn tính diện tích đa giác có đỉnh tại các nút của lưới vuông:
trong đó là diện tích của đa giác, được biểu thị bằng diện tích của các ô vuông lưới đơn vị, là số điểm lưới nằm trên đường biên của đa giác và là số điểm lưới nằm bên trong đa giác. Đối với đa giác
Hình 1.
Hình 2.
Hình 3.
CÂU ĐỐ
- National là đường đi khép kín dọc theo các lối đi trong công viên, đi qua từng khu vực được đánh số (hình 1) không quá một lần sao cho tổng các số đi qua là lớn nhất. Và số tiền tối đa có thể đạt được trên một con đường kín đi qua quảng trường trung tâm là bao nhiêu, nếu một lần nữa người ta được phép đi qua từng khu vực không quá một lần?
V. D. Vyun
- Viết các số vào các ô vuông sao cho ở cả ba hàng ngang và năm cột dọc bạn có được các số tự nhiên vuông khác nhau (hình 2).
L. P. Mochalov
- hình 3 thể hiện hai phiên bản của câu đố bao gồm hai ròng rọc và một sợi dây. Một trong số chúng (cái nào?) không có lời giải (không làm sáng tỏ) và cái thứ hai có (cái nào?).
A. T. Kalinin
Hình 2.
Hình 3.
33
34
Hãy chứng minh rằng ( là diện tích của mặt hình lập phương). Rõ ràng, , trong đó là một điểm đối xứng với so với (xem hình 6), vì hình tam giác và có chung đáy và chiều cao của hình tam giác thứ nhất nhỏ hơn cạnh của hình thứ hai. Tương tự, , . Do đó, và, theo cách tương tự,
Cộng hai đẳng thức này, ta được .
Từ lời giải, rõ ràng đẳng thức đúng với mọi điểm trên cùng các cạnh, miễn là tâm của các mặt và nằm ở các phía đối diện của cạnh UV so với các đường và tương ứng. Nếu điểm hoặc trùng với và hoặc với thì ; đặc biệt, trường hợp , , và là trung điểm của các cạnh tương ứng, có thể lấy làm vị trí giới hạn của phần tiếp tuyến với hình cầu nội tiếp tại , , vì vậy trong bài toán ước tính này cũng chính xác.
Hãy cố gắng tự mình chứng minh rằng bề mặt bên của hình chóp cụt (hoặc lăng kính) không vượt quá và sự bằng nhau đạt được chính xác trong trường hợp nhận dạng, tức là khi mặt phẳng tiếp tuyến song song với cạnh .
V. N. Dubrovsky
F903. Trên máy phát phía trên của hình trụ chính có bán kính , trục của nó nghiêng một góc so với đường chân trời, một sợi dây không trọng lượng có răng có chiều dài (hình 1) được cố định. Một vật nặng nhỏ được gắn vào đầu kia của sợi dây. Định nghĩa:
- chiều dài phần treo của dây ở vị trí cân bằng tải;
- chu kỳ dao động nhỏ của tải trong mặt phẳng thẳng đứng song song với trục hình trụ.
Rõ ràng là khi tải ở vị trí cân bằng, phần treo của dây thẳng đứng (tại hình 1 đây là tiết diện , trong đó là điểm tiếp xúc cuối cùng giữa dây và hình trụ) và do đó tạo thành một góc với trục hình trụ.
Chúng ta hãy nhìn vào phần sợi dây nằm trên hình trụ. Chúng ta hãy chia nó thành nhiều phần nhỏ, mỗi phần có thể được coi là hình chữ nhật. Mỗi trong số này liên quan đến tác động của lực căng từ hai phần liền kề và phản lực từ xi lanh. Vì không có ma sát nên phản lực tại mỗi điểm tiếp xúc giữa dây và hình trụ vuông góc với bề mặt của hình trụ (nghĩa là hướng vuông góc với máy phát tương ứng đi qua các trục của hình trụ). Vì dây không có trọng lượng nên lực căng tác dụng lên một phần riêng biệt có hình chiếu bằng nhau về hướng của máy phát xét theo giá trị độ trượt. Điều này có nghĩa là tất cả các phần của dây giao nhau với các máy phát tương ứng ở cùng một góc bằng . Theo đó, nếu chúng ta tình cờ “mở” phần trên cùng của bốn hình trụ (từ máy phát điện đi qua
35
qua điểm , đến ảnh đi qua điểm ), khi đó đoạn của sợi dây sẽ biến thành đoạn thẳng . Hãy tìm độ dài của đoạn này.
Chúng ta vẽ một phần của hình trụ vuông góc với trục của nó và đi qua điểm . Đặt là điểm trên cùng của phần này (xem hình 1). Khi bốn hình trụ trên cùng được “xoay”, các điểm , và hóa ra nằm ở các đỉnh của một tam giác vuông có góc vuông (hình 2). Góc bằng và . Nhưng , vậy
Do đó, phần dây treo tự do bằng
Sau khi tải được truyền một tốc độ nhỏ trong mặt phẳng thẳng đứng song song với các trục của hình trụ, nó sẽ giữ nguyên trong mặt phẳng thẳng đứng này trong toàn bộ chuyển động của nó. Vì sợi dây luôn căng nên ở bất kỳ vị trí trung gian nào phần treo sẽ tạo thành một đường thẳng và toàn bộ sợi dây sẽ nằm trong mặt phẳng đi qua điểm . Vai trò của đường cong sẽ giống như khi điểm nằm trên điểm thẳng đứng phía trên và cách một khoảng cos phía trên điểm đó.
Từ đây, xét chu kì dao động nhỏ của tải, ta thu được
S. S. Krotov
- Chúng ta hãy xem xét trạng thái cân bằng của bán cầu dưới chứa đầy chất lỏng. Hệ này chịu tác dụng của trọng lực
lực áp suất từ chất lỏng từ bán cầu trên; lực thẳng đứng , phải tác dụng lên bán cầu để chất lỏng không tràn ra ngoài, được xác định bởi điều kiện cân bằng:
Theo định luật Pascal, áp suất của chất lỏng ở tâm quả cầu bằng
và do đó
Như vậy,
- Ta hãy viết điều kiện cân bằng cho phần chứa chất lỏng của bán cầu (xem hình 2) trong hình chiếu trên trục hoành:
36
trong đó là lực ép lên bán cầu phải từ phía chất lỏng sang bán cầu trái, là lực phải tác dụng lên bán cầu phải để chất lỏng không tràn ra ngoài.
Hãy tìm giá trị của . Áp suất chất lỏng bên trong quả cầu tăng tuyến tính khi độ sâu tăng từ 0 đến . Kể từ đây,
(ở đây là áp lực lên phần diện tích nằm ở phần trung tâm phía trên).
Do đó, lực tối thiểu phải tác dụng lên bán cầu não phải để chất lỏng không tràn ra ngoài là bằng
L. G. Markovich
F905. Một hình trụ chứa đầy khí có thành mỏng có khối lượng có chiều cao và diện tích đáy nổi trong nước (hình 1). Do mất tính chất nhiệt ở phần dưới của hình trụ, độ sâu thâm nhập của nó tăng lên . Áp suất khí ban đầu trong xi lanh là bao nhiêu? Áp suất nguyên tử , nhiệt độ không thay đổi.
Hình 1.
Ban đầu ngâm hình trụ trong nước đến độ sâu (xem hình 1). Sau đó
Không khó để chỉ ra rằng nếu do mất tính chất nhiệt, hình trụ giảm xuống độ sâu hơn nữa , thì điều này có nghĩa là chiều cao của mực nước chảy vào hình trụ hoàn toàn bằng . Thật vậy, ở vị trí cân bằng mới (hình 2)
Chúng ta hãy tìm áp suất của chất khí trong một bình chứa đầy nước một phần. Tổng áp suất và áp suất của cột nước có độ cao tính đến hình trụ phải bằng áp suất trong nước ở độ sâu , tức là
Từ đây
Vậy khí chiếm thể tích và áp suất khí là . Theo định luật Boyle-Mariotte
trong đó là áp suất khí ban đầu khi nó chiếm thể tích . Như vậy,
Ở đâu
Ô. Yu. Nikshina
Nhiệt năng được giải phóng trong dây dẫn khi nối với nguồn có điện áp bằng
37
nhiệt độ theo định luật , trong đó là điện trở tại , . Xác định nhiệt độ ở trạng thái ổn định của dây dẫn nếu nhiệt độ môi trường là và nhiệt năng do dây dẫn tỏa ra môi trường là , trong đó là chênh lệch nhiệt độ giữa dây dẫn và môi trường. Ngăn chặn sự thay đổi kích thước của dây dẫn do sự giãn nở nhiệt.
Dây dẫn sẽ ở trạng thái cân bằng nhiệt nếu công suất này bằng nhiệt lượng do dây dẫn giải phóng ra môi trường. Từ điều kiện , chúng ta tìm được nhiệt độ nào có thể xảy ra cân bằng nhiệt của vật dẫn:
Ở đâu
Hãy viết lại biểu thức căn thức dưới dạng
ở đâu :
(ý nghĩa vật lý của tham số , có thứ nguyên ứng suất, trở thành sau khi phân tích lời giải của phương trình (*)).
Hãy xem xét ba trường hợp có thể xảy ra:
a) ; phương trình (*) có hai lời giải:
b) ; lời giải phương trình (*) —
c) ; phương trình (*) không có nghiệm thực. Điều này có nghĩa là ở điều kiện cân bằng nhiệt là không thể.
Để hiểu rõ hơn ý nghĩa vật lý của các biểu thức toán học thu được, chúng ta hãy vẽ đồ thị các hàm và cho trường hợp , và ).
Trong trường hợp , đồ thị của các hàm này có hai điểm chung tương ứng với trạng thái cân bằng nhiệt - tại và tại . Tuy nhiên, ở trạng thái cân bằng không ổn định: nếu thì —dây nguội đi; nếu thì là dây đốt nóng (về nguyên tắc là đến nhiệt độ nóng chảy). Trạng thái cân bằng nhiệt ổn định được thiết lập ở nhiệt độ .
Trong trường hợp , đồ thị và có một điểm chung - tại . Nhưng trạng thái cân bằng này cũng không ổn định: khi nhiệt độ tăng, phát triển nhanh hơn , dây đốt nóng.
Trong trường hợp các đồ thị không giao nhau; trong trường hợp cân bằng nhiệt là không thể.
Vì vậy, dây có thể cân bằng nhiệt ở ; cài đặt nhiệt độ .
R. Yu. Vinokur
38
F907. Hai quả cầu kim loại có khối lượng m, mỗi quả có bán kính r và 2r được đặt trong một điện trường chẳng hạn, độ lớn của điện trường hướng từ quả bóng lớn đến quả bóng nhỏ hơn và bằng E. Khoảng cách giữa tâm của hai quả bóng là . Quả bóng lớn mang điện tích q (), quả bóng nhỏ không nhiễm điện. Những quả bóng được thả ra. Thời gian giữa lần va chạm thứ nhất và lần thứ hai của hai quả bóng là m. Tìm thời gian giữa lần va chạm thứ n và (n-1) và khoảng cách mà hai quả bóng sẽ đi được giữa những lần va chạm này. Gia tốc trung bình của các quả bóng trong một khoảng thời gian đủ dài là bao nhiêu? Các va chạm được coi là đàn hồi tuyệt đối.
Khi thả các quả bóng ra, quả bóng nhỏ đứng yên không chuyển động (ta không xét đến tác dụng của trọng lực). Quả bóng lớn bắt đầu chuyển động với gia tốc ; sau thời gian anh ta sẽ tiếp cận quả bóng nhỏ hơn với tốc độ . Khi va chạm, hai quả bóng sẽ trao đổi vận tốc: quả bóng lớn ngay sau va chạm sẽ có tốc độ bằng 0, quả bóng nhỏ ngay sau va chạm sẽ có tốc độ . Vì các quả bóng là kim loại nên khi va chạm, điện tích sẽ phân bố trên cả hai quả bóng. Gọi là tầm nhìn của quả bóng lớn sau va chạm (); thì mục tiêu của quả bóng nhỏ hơn sẽ là . Rõ ràng là trong những va chạm tiếp theo, điện tích của các quả bóng sẽ không thay đổi. Gia tốc mà các quả bóng sẽ chuyển động giữa các lần va chạm là (quả bóng lớn hơn) và (quả bóng nhỏ hơn). Với mỗi lần va chạm các quả bóng sẽ trao đổi vận tốc.
Va chạm thứ hai sẽ xảy ra sau va chạm thứ nhất một thời gian t. Từ điều kiện đẳng thức, quãng đường mà hai quả bóng đi được giữa lần va chạm thứ nhất và lần va chạm thứ hai là
— tìm giá trị :
Trước va chạm thứ hai, quả bóng lớn có tốc độ , quả bóng nhỏ có tốc độ .
Để xác định thời gian giữa lần va chạm thứ hai và lần thứ ba, chúng ta sẽ chuyển sang hệ tọa độ chuyển động với vận tốc (vận tốc của quả bóng lớn ngay sau lần va chạm thứ hai). Trong hệ thống này, tại thời điểm đầu tiên, quả bóng lớn hơn có tốc độ bằng 0 và quả bóng nhỏ hơn có tốc độ . Nhưng điều này có nghĩa là thời gian giữa lần va chạm thứ hai và thứ ba cũng bằng m.
Lập luận theo cách tương tự, chúng ta đi đến kết luận rằng thời gian giữa tất cả những lần va chạm liên tiếp bằng tức là.
Từ các tính toán được thực hiện, rõ ràng tốc độ của quả bóng lớn sau va chạm thứ bằng . Khi tính đến điều này, chúng ta tìm thấy đường đi mà các quả bóng đi qua giữa lần va chạm thứ và :
Gia tốc trung bình mà hệ sẽ chuyển động (trọng tâm của các quả bóng) bằng
A. A. LanUDE
39
Vấn đề
khoảng điểm thứ tám
Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
N. V. VASILBEV
Trong ghi chú này, chúng ta đang nói về bài toán, được cung cấp cho học sinh lớp 10 vào tháng 4 năm ngoái tại Cuộc thi Optimide toàn Liên minh cuối cùng về Toán học ở Ashgabat.*) Chúng ta hãy trình bày công thức của nó với những thay đổi nhỏ.
Bài toán 1. Một đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Qua một điểm P tùy ý trong mặt phẳng của tam giác (không nằm trên đường tròn), vẽ các đường thẳng AP, BP, CP và các điểm thứ hai giao nhau với đường tròn lệch nhau. Chứng minh rằng có nhiều nhất 8 điểm P sao cho tọa độ của điểm đó không trùng với một trong các điểm A, B, C và một đỉnh của tam giác bằng tam giác ABC.
bài toán này hóa ra lại khá khó khăn. Một số người tham gia đã giải quyết nó bằng cách thử các vị trí khác nhau của điểm P so với các đường thẳng AB, BC, CA và đường tròn. Đây là một lời giải khác, vinh dự hơn trong số bài toán này, được sử dụng “ngôn ngữ chuyển động”: chúng ta sẽ tưởng tượng rằng các phần tử riêng lẻ trong cấu hình của chúng ta đang quay và tại một thời điểm nào đó, hình mong muốn sẽ xuất hiện.
Đầu tiên chúng ta giải “nghịch đảo” bài toán sau.
Vòng xoay và giao điểm đường
Bài 2. Hai tam giác ABC và A1B1C1 nội tiếp trong một đường tròn (không nhất thiết phải bằng nhau). Tam giác ABC cố định và tam giác A1B1C1 được lành quanh tâm đường tròn. Tại vị trí nào các đường AA1, BB1 và CC1 chỉ cắt nhau một lần tại một điểm (và trong một số trường hợp “được phát âm” sẽ không có vị trí nào như vậy cả).
Giải bài toán 2 bằng phương pháp quỹ tích.
Bổ đề. Cố định dây AB của đường tròn và dây A1B1С1 trượt hai đầu dọc theo đường tròn. Khi đó góc giữa các đường thẳng AA1 và BB1 không đổi và điểm M là giao điểm của các đường thẳng này (nếu φ≠0) mô tả một đường tròn đi qua các điểm A và B (hình 1).
Chúng ta bắt đầu chứng minh bổ đề. Nếu các điểm A1 và B1 di chuyển đều dọc theo đường tròn với cùng tốc độ thì các đường thẳng AA1 và BB1 quay đều với cùng tốc độ góc quanh hai điểm A và B, nghĩa là góc giữa chúng không đổi (tại hình 1 đối với điểm M nằm một bên đường thẳng AB, góc AMB bằng φ - góc giữa hai đường thẳng và đối với các điểm M nằm phía bên kia của AB, góc AMB bằng φ). Nếu tại thời điểm ban đầu đường thẳng AA1
*) Các bài toán oimpid khác được phát triển vào «Kvant» Số 11 năm 1984.
Hình 1. Nếu điểm A và B cố định, điểm A1 và B1 chuyển động cùng tốc độ góc (di chuyển theo đường tròn) thì các đường thẳng AA1 và BB1 được điều chỉnh với tốc độ góc /2 và giao điểm M1 của chúng di chuyển dọc theo đường tròn màu đỏ (với tốc độ góc)).
và BB1 cắt nhau tại một điểm M1 nhất định thì đường tròn ngoại tiếp ABM1 sẽ là quỹ đạo mong muốn của điểm M, đồng thời M cũng chuyển động đều dọc theo đường tròn (vận tốc góc quay của các đường thẳng bằng đường đa giác của vận tốc góc quay dọc theo các đường tròn của chúng các điểm A1, B1 và M).
Ẩn đằng sau lập luận trực quan “bằng ngôn ngữ phép quay,” như dễ thấy, là việc sử dụng lặp đi lặp lại định lý về độ lớn của góc nội tiếp.*)
Bổ đề cần phải làm rõ hai điều, sau này sẽ được làm tròn thành những điều cần thiết.
1°. Trường hợp đặc biệt φ=0 phát sinh nếu các dây AB và A1B1 có độ dài bằng nhau và tại một thời điểm ban đầu nào đó, điểm A1 trùng với B và B1 với A. Trong trường hợp này, tại thời điểm ban đầu, các đường thẳng AA1 và BB1 trùng nhau và khi chuyển động xa hơn, chúng sẽ luôn song song với nhau.
2°. Tại thời điểm A1 trùng với A (hoặc B1 với B), đường thẳng AA1 (tương ứng với BB1) “theo tính liên tục” phải được coi là tiếp tuyến trực tiếp với đường tròn đã cho (hoặc nếu không làm như vậy thì hai điểm tương ứng phải bị loại khỏi vị trí hình học tìm được - đường tròn).
Hãy quay lại bài toán 2. Sử dụng bổ đề, chúng ta dựng hai đường tròn - vị trí hình học của giao điểm của các đường AA1 và BB1, cũng như BB1 và CC1 (hình 2). Điểm thứ nhất đi qua các điểm A và B, điểm thứ hai đi qua các điểm B và C. Đối với vai trò là điểm P, trong đó cả ba đường thẳng AA1, BB1 và CC1 phải cắt nhau (tất nhiên nó không thể nằm trên một đường tròn cho trước), chỉ có một điểm phù hợp - khác với B, điểm giao nhau của hai đường tròn đã dựng. (Chúng ta không có các đường thẳng cần thiết cho vị trí hình học của giao điểm AA1 và CC1 - đường tròn thứ ba đi qua A và C - tất nhiên nó sẽ tự động đi qua cùng điểm P của giao điểm của hai đường tròn đã dựng.) Vậy, nói một cách tổng quát, chỉ có một vị trí của tam giác A1B1C1 thỏa mãn điều kiện yêu cầu. Trong mọi trường hợp, xét đến những giải thích nêu trên, chúng ta có thể khẳng định rằng có nhiều nhất một điểm bắt buộc P (đặc biệt
40
Hình 2. Điểm P nằm ở giao điểm của hai vị trí hình học: hệ số BB1 so sánh với vị trí BP thì AA1 và CC1 trùng với AP và CP.
trường hợp được mô tả trong hình 3). Vấn đề 2 đã được giải quyết.
Bây giờ chúng ta có thể giải quyết Bài toán 1. Với mỗi điểm P không nằm trên đường tròn, chúng ta ký hiệu A1, B1 và C1 là các điểm giao nhau thứ hai với đường tròn của các đường thẳng AP, BP và CP. Điều kiện bài toán chọn những điểm P sao cho tam giác A1B1C1 bằng tam giác ABC; Thoạt nhìn có vẻ như khi lấy các tam giác bằng nhau trong nhiệm vụ 2, chúng ta sẽ chỉ tìm thấy một ΔA1B1C1 cần thiết (đối xứng với tam giác ABC so với tâm đường tròn). Nhưng có một sự tinh tế ở đây, không quá hình học mà lại logic. Chúng tôi sẽ công bố nó sau một thời gian tĩnh tâm ngắn.
Hoán vị của các đỉnh và đối xứng
Mọi người đều biết rằng các tam giác bằng nhau (theo thuật ngữ khác là “đồng dạng”), theo định nghĩa, có các góc và cạnh tương ứng bằng nhau, do đó chúng có thể được kết hợp bằng cách chồng lên nhau. Trong sách giáo khoa của Viện sĩ A.V. Pogorelov “Hình học 6-10”, đẳng thức của các tam giác ΔABC = ΔDEF, các đỉnh được biểu thị bằng các chữ cái, luôn được viết sao cho các đỉnh tương ứng theo cùng một thứ tự (nghĩa là A = D, B = E, C = E, AB = DE, v.v.).
Hình 3. Đường cơ sở φ=0, hệ số P không tồn tại (các đường AA1, BB1 và CC1 vẫn song song).
Hình 4. Tình huống cơ bản: điểm P xuất hiện tại thời điểm hai tam giác trùng nhau.
Đọc lại điều kiện bài toán 1, bạn có thể thấy rằng theo nghĩa này, ΔA1B1C1 của chúng ta không nhất thiết phải bằng tam giác ABC - nó có thể bằng (có tính đến sự tương ứng của các đỉnh) với bất kỳ tam giác nào trong sáu tam giác ABC, BCA, CAB, BAC, ACB, CBA. Và số lượng biến thể này cần phải tăng gấp đôi, vì lý do hình học thuần túy: ΔA1B1C1 có thể, như người ta nói, “bằng” với tam giác ABC - nghĩa là, nó có thể được kết hợp với nó bằng chuyển động liên tục trong mặt phẳng (trong bài toán của chúng tôi - bằng cách xoay R), hoặc “gương bằng” - trong trường hợp này, để kết hợp các hình tam giác, một trong số chúng cần phải được “lật” (trong bài toán của chúng tôi) đủ để thực hiện tính đối xứng của S đối với một đường thẳng nào đó; tất cả các tam giác A1B1C1, gương bằng tam giác ABC, sẽ thu được từ nhau bằng phép quay). Để phân biệt các quy tắc này, chúng ta sẽ viết chữ R hoặc S trên sự bình đẳng của các hình tam giác. Và đối với mỗi trong số 2 6 = 12 tùy chọn, chúng ta, sử dụng bài toán 2, có thể xây dựng (nhiều nhất) một điểm cần thiết P.
Vollee, lý do này có thể được tóm tắt một cách trực quan như sau: chúng ta lấy một hình tam giác bằng bìa cứng T (có cùng bán kính đường tròn ngoại tiếp với tam giác ABC), đặt các đỉnh của nó trên đường tròn, đặt một hoặc cạnh kia trên mặt phẳng, đánh dấu chúng bằng các chữ cái A1, B1, C1 (6 cách) và xoay nó như trong nhiệm vụ 2, tìm điểm P cho mỗi phương án trong số 2·6 phương án.
Để hoàn thành lời giải bài toán 1, vẫn phải giải thích lý do tại sao trong trường hợp T=ΔABC, 4 tùy chọn bị loại trừ. Tuy nhiên, trong số này (trường hợp ΔABC = ΔDEF, các đỉnh được ký hiệu bằng các chữ cái, người ta thường viết nó sao cho các đỉnh tương ứng theo cùng một thứ tự (nghĩa là A = D, B = E, C = E, AB = DE, v.v.).
Hình 3. Đường cơ sở φ=0, hệ số P không tồn tại (các đường AA1, BB1 và CC1 vẫn song song).
42
66, 68, 73, 76; N. Ustinov (Kalinerrad) 66—69, 75, 77; N. Fedin (Omsk) 68, 69, 72, 76, 78, 79; R. Fedosov (Kyiv) 73, 76; E. Fink (Leningrad) 66—69, 72, 73, 75; D. Fikozenov (Magadan) 69; I. van der Flint (Leningrad) 66, 69, 72, 73, 75; M. Khovanov (Moscow) 66, 67, 69; S. Khosid (Almaty) 69; E. Khotkov (Naro-Fominsk) 73; A. Tsirs (Apatity) 78; T. Chabanovsky (Kyiv) 73; E. Chebukova (Kyiv) 73; A. Cherevatiy (Kyiv) 67-69, 72-80; E. Chernaya (Dneprodzerzhinsk) 66, 67, 73; M. Chernomysov (p/o Nikolskoye, vùng Leningrad) 76; G. Shalleev (Sevastopol) 68, 70, 72, 73, 75; Yu. Shampuk (làng Novy, vùng Dvorgen) 66, 67, 69, 73, 77; A. Shapoval (Kyiv) 73, 76, 78, 80; O. Sharov (Kyiv) 66, 67, 69; S. Sheinin (Molodechno) 66, 67, 69, 73, 75, 77; A. Shishkin (Kalinin) 69; G. Shpitalnik (Leningrad) 73; B. Shryer (Leningrad) 73, 76, 77; G. Shuklin (Kyiv) 76; V. Shulza (Evpatoria) 72, 73, 75, 76; M. Shulza (Fatezh) 66, 67, 70; G. Shukhlin (Kyiv) 72, 75; V. Shepinov (Sevastopol) 68, 69; E. Yuditsky (Kyiv) 66, 68, 76-78; E. Yakub (Bakhchisaray) 66, 67, 69.
Vật lý
O. Abramenko (Kherson) 79, 82, 85, 86, 89, 91, 92; V. Antitenko (Kyiv) 82; V. Apalkov (Kharkov) 82, 84, 85, 88, 89, 91, 92; M. Aprelenko (Kyiv) 85; A. Bayramov (Baku) 92; V. Barzikin (làng Chernogolovka, vùng Moscow) 82—86, 88, 91, 92; N. Barsky (Donetsk) 82; K. Batalin (Ninjin Tagil) 91; G. Batrak (Kyiv) 88; B. Bayaraa (Ulaanbaatar, Mông Cổ) 86; E. Bondarenko (Poltava) 82—86, 88, 91; Yu. Borovsky (Kyiv) 83, 85, 88, 89; R. Botashev (Frunze) 82, 85, 91; T. Breigus (Moscow) 82; E. Vayshtein (Tashkent) 88; O. Vasiliev (Alma-Ata) 82, 85, 88, 91; V. Viktorov (làng Chimshilia, Liên Xô Moldova) 88; A. Vorotyazhk (Kyiv) 83, 85, 88, 91; I. Gavrik (Chasov Yar) 82, 85, 86, 88, 91, 92; V. Gai (Kyiv) 82; K. Galochkin (Tashkent) 85; V. Galukhin (Ryazan) 82-86, 89, 91; E. Genchikhakher (Kyiv) 91; A. Glukhov (Saratov) 82, 85, 88, 91; M. Gotman (Kyiv) 82, 85, 91, 92; V. Grinshulun (Karaganda) 82, 85; V. Gusev (Krasnoirsk) 82, 84—86, 91; Yu. Deykalo (Kyiv) 85; A. Doda (Korsun-Shevchenkovsky) 82, 85, 88, 91; P. Drobyshev (Kyiv) 82, 85, 89, 91; S. Dubovik (Brest) 82, 84, 85, 89; S. Dudko (Donetsk) 84-86; A. Erenburg (Zaporozhye) 82, 84-86; S. Erlykov (Leningrad) 89; M. Zamkovich (Brest) 82; A. Ivanov (Petrozavodsk) 82; A. Karnaukhov (Ustinov) 82, 85, 86; D. Kashper (Kyiv) 91; T. Kvitkowski (Bydgosh, Ba Lan) 82; R. Kerimbekov (Ordzhonkidze) 82; V. Kireev (Kyiv) 87; P. Klimkin (Kyiv) 88, 91; A. Klimchev (Minsk) 82—84, 86, 88, 91; G. Klimovich (làng Bolshevo, vùng Moscow) 82-89, 91, 92; V. Knyagnitsky (Pruzhany) 85, 87-89; S. Komechko (Brest) 86; Yu. Kondratenko (Kyiv) 91; V. Kostenko (Kyiv) 88, 91; S. Kotov (Pervouralsk) 81, 82, 85; M. Kudrashev (Moscow) 84—88, 91; M. Kudrachev (Stakhanov) 86; V. Kuznetsov (Kyiv) 85; N. Kurilo (làng Olkhovatka, vùng Kharkov) 86; V. Kuskov (làng Krasny Oktyabr, vùng Vladimir) 83-85; D. Kuchuloria (Tbilis) 84, 88, 89; Yu. Litvinenko (Voronezh) 85; Yu. Lobkov (Kyiv) 82, 85; K. Lopin (Frunze) 91; D. Lunts (Saratov) 83—86, 88, 91, 92; P. Lushinkov (Moscow) 84—88, 91; O. Mazar (Lviv) 85, 86, 88, 91; K. Makarchuk (Kyiv) 84-86; A. Makimov (Tashkent) 84, 85; A. Mastykin (Minsk) 91; Yu. Makhlin (Moscow)
43
Phương trình có bao nhiêu nghiệm?
I. G. GABOVICH,
P.I.GORNITEIN
Trong các kỳ thi đại học nâng cao, các ví dụ thường được đưa ra để xác định xem một phương trình đã cho có bao nhiêu nghiệm. Lưu ý rằng trong các ví dụ này, thường chỉ cần tìm số lượng nghiệm chứ không phải bản thân các nghiệm.
Một câu hỏi phân tích khó hơn liên quan đến phương trình chứa tham số. Trong trường hợp này, người ta đề xuất xác định giá trị nào của tham số mà phương trình đã cho có một, hai hoặc số nghiệm hữu hạn khác.
Lời giải những ví dụ như vậy được gửi trong bài viết này.
Ví dụ 1 (KSU, Cơ học và Toán học, 1981). Phương trình có bao nhiêu nghiệm?
(1)
Lời giải. Chúng ta hãy viết lại phương trình (1) dưới dạng
(2)
Rõ ràng là (2) ⇔ (1). Cũng lưu ý rằng dấu của biểu thức dưới dấu hoành độ có thể được đổi thành ngược lại.
Số nghiệm của phương trình (2) bằng số giao điểm của đồ thị hàm số là vế trái và vế phải của phương trình (2). Đồ thị của các hàm số này (hình 1) cắt nhau tại bốn điểm ( và ). Do đó, phương trình (2), và do đó phương trình tương đương (1), có nghiệm chẵn (bằng hoành độ của các điểm giao nhau).
Ví dụ 2 (MSU, VMK, 1980). Tại giá trị nào của tham số a phương trình thực hiện
(3)
có nhiều nhất một gốc thực sự?
Lời giải. 1) Đặt . Khi đó phương trình (3) là bậc hai và có nhiều nhất một nghiệm thực nếu , tức là
(4)
Tam thức bình phương có nghiệm: và . Rõ ràng là . Hãy để chúng tôi chứng minh rằng :
điều này có nghĩa là .
Do đó, nghiệm của (4) sẽ là gộp các khoảng:
2) Tại , phương trình (3) chuyển thành phương trình bậc một: , có một nghiệm thực.
Vì vậy, chúng tôi nhận được đáp số sau:
Ví dụ 3 (MIEM, 1982). Giải phương trình
(5)
và xác định các giá trị của mà nó có lời giải duy nhất.
Lời giải. Phương trình (5) tương đương với một bộ gồm hai hệ hỗn hợp:
44
Khi tính đến , chúng ta thu được sự phụ thuộc , có các biểu thức tương tự khác nhau trên mỗi khoảng được sắp xếp:
Hãy vẽ đồ thị sự phụ thuộc này trong hệ tọa độ (hình 2). Đồ thị của hàm và lần lượt là các đường cong màu xanh lam và đỏ “đặc”. Sự kết hợp của những đường này là đồ thị . (Các đường cong chấm màu xanh lam và đỏ là đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của và bên ngoài các khoảng mà chúng được rasterized. Các đường chấm chấm này được tìm thấy bên dưới khi chọn lời giải.) Các đường cong màu xanh lam và đỏ giao nhau tại điểm có tọa độ .
Việc kiểm tra các hàm và cho thấy (như cũng có thể thấy trong hình 2) rằng và .
Trục hoành của các điểm tại đó đường thẳng song song với trục cắt đường liền nét là nghiệm của phương trình (5).
Từ hình đã cho và các nhận xét ở trên, suy ra phương trình (5) có:
a) Với có hai lời giải: , được xác định từ phương trình
- Tại có hai lời giải: và
Bàn
| Ý nghĩa của | Số lời giải | Lời giải |
| :— | :— | :— |
| | hai | |
| | hai | |
| | hai | và |
| | bốn | |
| | ba | |
| | hai | |
| | một | |
| | 0 | - |
46
]1; ∞[, tức là khi
(12)
phương trình (11) có ba nghiệm. Điều này là do đối với các giá trị được chỉ ra trong (12), đường thẳng cắt đồ thị của hàm tại ba điểm: tại một điểm - một nhánh của đường cong trên khoảng ]0; 1[ và tại hai điểm - trên khoảng ]1; ∞[. Trục hoành của những điểm này sẽ là nghiệm của phương trình (11).
Có vẻ như đối với dương nhỏ thì đường thẳng sẽ cắt nhánh của đồ thị hàm trên khoảng ]1; ∞[ chỉ tại một điểm có trục hoành gần bằng một điểm. Nhưng ý kiến này là sai. Người ta biết rằng khi tăng lên, hàm lũy thừa tăng nhanh theo logarit (“Đại số và Nguyên tắc Phân tích 9-10” 1980, đoạn 70, trang 214). Do đó, đối với bất kỳ và bất kỳ giá trị hoành độ nhỏ nào, đường thẳng sẽ cắt nhánh hai lần tương ứng với khoảng ]1; ∞[.
Bây giờ chúng ta hãy xác định giá trị nào đường thẳng chạm vào nhánh được đề cập.
Gọi là điểm tiếp tuyến. Sau đó, giá trị mong muốn được tìm thấy từ hệ thống
hoặc
từ đâu ; .
Vì vậy, . Do đó, với [ phương trình (10) có ba nghiệm.
Các ví dụ được thảo luận trong bài viết có nội dung khác nhau. Trong lời giải một số chúng tôi đã sử dụng đồ thị để rõ ràng, trong khi một số khác chỉ được giải quyết bằng phương pháp phân tích.
Đồng thời, khi đã làm quen với các giải pháp được đưa ra, bạn đã có được một số kỹ năng mà bạn có thể áp dụng trong lời giải các ví dụ tương tự khác và đặc biệt là những ví dụ được đưa ra trong bài tập.
Bài tập
1 (MSU, Khimak, 1982). Với giá trị nào của tham số phương trình
có nhiều nghiệm dương hơn nghiệm âm không?
2 (LSU, Toán., 1979). Phương trình có bao nhiêu nghiệm?
3 (NSU, cơ học, 1977). Xác định những giá trị nào của thì phương trình có một lời giải duy nhất.
4 (LSU, Toán., 1980). Với giá trị nào của tham số phương trình
có chính xác hai nghiệm trên đoạn ?
5 (MSU, VMK, 1980). Với giá trị nào của tham số phương trình
có hai gốc thực không?
6 (MSU, cơ học, 1980). Với giá trị nào của tham số phương trình
có chính xác ba gốc riêng biệt không?
7 (MSU, địa chất tổng quát, 1979). Tìm tất cả các giá trị của mà phương trình
có một đĩa đơn lời giải.
8 (Đại học bang Ural, toán học, 1981). Với giá trị nào của tham số phương trình
có một lời giải không?
9 (MSU, Khimak, 1980). Tìm tất cả các giá trị như vậy của , với mỗi giá trị đó số lời giải tương ứng với của phương trình
không nhỏ hơn số lời giải so với phương trình
10 (MEPhI, 1980). Tìm giá trị của mà phương trình
chỉ có một lời giải.
11 (MIEM, 1980). Tìm tất cả các phương trình lời giải cho
nằm trên đoạn và tìm ra những giá trị nào mà phương trình có lời giải duy nhất trên đoạn này.
12 (LETI, 1982). Cho một hàm , trong đó
Với những giá trị nào thì có 4 nghiệm?
13 (LETI, 1982). Phương trình có bao nhiêu nghiệm?
14 (LETI, 1982). Với những giá trị nào của phương trình
có 2 gốc không?
15 (MISiS, 1983). Tại phương trình
có một lời giải không?
16 (MISiS, 1983). Với những giá trị nào của tham số thì phương trình có nhiều hơn ba lời giải?
17 (MSU, VMK, 1983). Với mọi , hãy giải phương trình
47
Olympic mở rộng Latvia và trường học hè “Alpha”
Tại SSR của Latvia, nhiều hình thức làm việc khác nhau với học sinh được thực hiện: hệ thống vòng kết nối, cả trường học và những người làm việc tại các trường đại học của nước cộng hòa và các trạm kỹ thuật viên, trường đại học nhỏ, hội thảo do Đại học Bang Latvia thực hiện. P. Knocks dành cho sinh viên tốt nghiệp, thực hành miễn phí trong các phòng thí nghiệm NNN và VZO, tuần khoa học và công nghệ hàng ngày dành cho thanh thiếu niên, Olympic Đảng Cộng hòa, Olympic Mở rộng của Đảng Cộng hòa, các buổi hội thảo học hè dành cho những người chiến thắng Olympic Đảng Cộng hòa “Alpha” và những người khác.
Bài viết này thảo luận về Olympic mở và trường hè Alpha.
Từ “mở” nhấn mạnh sự khác biệt chính giữa các Olympic này và các Olympic thông thường của Đảng Cộng hòa. Giai đoạn sau diễn ra theo nhiều giai đoạn (trường, quận hoặc thành phố, tài chính), người chiến thắng ở giai đoạn trước sẽ chuyển sang giai đoạn tiếp theo và về tài chính có thể có 100 học sinh. Đây là rất ít. Là kết quả của hành động, một số hướng vật lý và toán học trong trường học hoặc nghiên cứu chuyên sâu về các nguyên tắc cơ bản về lập trình và điện tử vô tuyến, trong đó việc đào tạo được thực hiện với các yêu cầu ngày càng cao về vật lý và toán học. Ở những trường này có nhiều trẻ em được chuẩn bị tốt, đủ điều kiện vào học tại Khoa Vật lý của Olympic Cộng hòa. Tuy nhiên, nhiều người trong số họ vẫn giữ vai trò quan sát vì tổng số học sinh và GIỚI HẠN đại diện từ các khu học chánh và trường học đã đặt ra những hạn chế của riêng họ. Học sinh có thể vẫn “vượt quá ranh giới” và trông giống như “pho mát sáng tạo” của người hầu hoặc thậm chí trong một trong các giai đoạn sơ bộ.
Olympic khác với Olympic thông thường như thế nào?
Thứ nhất, không có hạn chế nào về việc đại diện - mọi người đều có thể tham gia bằng cách nghe trước bằng thư hoặc bằng cách mở đơn chung (điều này chỉ cần thiết để có thể lập kế hoạch tốt hơn về việc sắp xếp các nhóm người tham gia khác nhau vào khán giả).
Đặc điểm thứ hai của Olympic mở là chúng chỉ diễn ra một giai đoạn, tức là không có giai đoạn tuyển chọn đại diện và được tổ chức trong một ngày.
Điều này mở đường cho nhiều chàng trai không lọt vào vòng tài chính của Olympic truyền thống, chủ yếu do hạn chế về số lượng, có thể đạt được thành tích ở “mức cao nhất”.
Các nhà toán học đã tổ chức các kỳ thi Olympic mở từ năm 1972, những kỳ thi mới có sự tham gia của hơn 1000 học sinh lớp 4-10 (11). Lần khai mạc Olympic Vật lý đầu tiên là vào năm 1976, năm nay lần thứ 10 sẽ được sử dụng. Học sinh từ lớp 8-10 của các trường dạy tiếng Nga và lớp 9-11 của các trường nói tiếng Latvia, cũng như học sinh các trường dạy nghề và kỹ thuật, tổng cộng khoảng 400 người, đến tham dự Olympic.
Thế vận hội mở rộng được tổ chức hàng ngày vào Chủ Nhật trong tháng Tư. Họ bắt đầu lúc 10:30 sáng và dành 4,5 giờ “sạch sẽ” để hoàn thành công việc. Rất nhiều công việc đã được thực hiện và thời gian được dành cho những người được chọn để các chàng trai có thể đến Thế vận hội với hầu hết các nguồn lực và có thời gian trở về nhà vào buổi tối.
Các cuộc thi vật lý mở thường đưa ra 6 bài toán, cả phân tích và định tính.
Thử nghiệm bài toán có một số tính năng so với Olympic truyền thống. Do số lượng người tham gia quá đông nên không thể chuẩn bị riêng lẻ để thực hiện thử nghiệm bài toán. Do đó, Olympic thể hiện một số trải nghiệm hoặc hiện tượng cho người tham gia và yêu cầu mô tả cũng như giải thích về trải nghiệm hoặc hiện tượng đó. Theo quy định, những người tham gia Olympic có cơ hội lặp lại thí nghiệm.
Olympic bài toán được chọn sao cho, trong phạm vi có thể, chúng phản ánh các hướng vật lý truyền thống của nền cộng hòa.
Khi kết thúc công việc, một cuộc phỏng vấn bài toán được thực hiện, trong đó học sinh Olympic được giới thiệu các giải pháp chính xác. Học sinh từ các trường tách biệt với Riga không có cơ hội ở lại để phân tích, cũng như giáo viên và những người khác có thể làm quen với các bài toán của Olympic mở và giải pháp của chúng trong tuyển tập các bài báo của Đài quan sát vật lý thiên văn của Viện Hàn lâm Khoa học “Bầu trời đầy sao” của Latvia.
Liên tục đại diện cho ban tổ chức và tạp chí về những khám phá của Olympic Vật lý là Thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Latvia, Giáo sư K. K. Schwartz, tạp chí bao gồm các nhân viên của Đại học bang Latvia, Viện Vật lý và các viện nghiên cứu và chuyên gia tài nguyên khác. Jorni được xác định bởi người chiến thắng, người nhận được lời mời cá nhân đến Ngày tải. Ngày kết thúc với những cuộc kiểm tra thử nghiệm và những vật lưu niệm có giá trị.
Một nhóm du khách khai mạc Thế vận hội, đồng thời mời những người chiến thắng trong Thế vận hội của Đảng Cộng hòa với cái tên tượng trưng “Alpha” đến tham dự các buổi hội thảo học hè. Những chữ cái đầu tiên trong bảng chữ cái Hy Lạp tượng trưng cho những bước đi đầu tiên của học sinh trên con đường phục vụ làm quen với khoa học.
Các hội thảo cấp trường “Alpha” ở Latvia đã được tổ chức từ năm 1968 trong kỳ nghỉ hè - thường là vào tháng Bảy. Trong suốt 26 ngày,
48
Bóng bàn…
trong chậu rửa
(Để bắt đầu, xem trang 15)
Kết quả là quả bóng dao động.
Tuy nhiên, chuyển động thực tế của quả bóng không chỉ đơn giản là chuyển động từ bức tường này sang bức tường khác qua tâm. Nó di chuyển, ép vào thành lỗ thoát nước, đồng thời điểm tiếp xúc A di chuyển dọc theo chu vi mặt cắt lỗ thoát nước, tâm bi O mô tả một vòng tròn nhỏ thể hiện trên hình 5 của đường gạch ngang. Dễ hiểu là tốc độ góc quay của quả bóng là , tức là nhỏ hơn khoảng mười lần. Có thể dễ dàng thay đổi bằng cách sử dụng đồng hồ bấm giờ, đếm số vòng/giây của các vạch trên quả bóng (khoảng 2 - 3 vòng/giây).
Cuối cùng, câu hỏi sau được đặt ra: quả bóng quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ? Trước khi trả lời câu hỏi này, hãy lưu ý rằng vị trí trung tâm của quả bóng trong lỗ thoát nước là ổn định. Để đảm bảo điều này, hãy đóng vòi và dùng ngón tay ấn quả bóng lên trên. Sau đó cẩn thận thả ngón tay của bạn ra - quả bóng vẫn bất động. Điều này có nghĩa là tình huống cụ thể phụ thuộc vào nền, và về nguyên tắc có thể xảy ra ba trường hợp: nếu quả bóng đứng yên thì nó vẫn đứng yên; nếu dòng điện ban đầu di chuyển điểm tiếp xúc A theo chiều kim đồng hồ thì quả bóng sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ và ngược lại.
QUANTUM ĐANG TUYỆT VỜI
…và thường xuyên gian lận
Đôi khi những từ được dạy bằng chữ in nghiêng khó sử dụng hơn nhiều so với những từ được dạy bằng phông chữ La Mã…
Rõ ràng là ngay từ thời cổ đại, họ đã có thiên hướng viết lách đáng kể và thường xuyên gian lận.
Kozma Prutkov
Các tài liệu “lịch sử” khác đã bị bác bỏ nhiều lần đến mức chỉ cần nhắc đến chúng cũng bị coi là một trò đùa.
Vì vậy, trong «Kvant» (Số 9 năm 1984, trang 30), phần ngoại truyện của bài “Luật Archimedes” được in nghiêng:
“… anh ấy làm chiếc furvin (túi) giống như một quả bóng lớn, thổi phồng nó bằng khói và kéo nó, bay từ nó, ngồi xuống trong đó, và một lực điên cuồng đã nâng nó lên cao hơn cây bạch dương…
(câu chuyện về chuyến bay nâng Kryakutny ở Ryazan năm 1731).”
“Thông tin” này được cho là do “cháu trai của Kryakutny” (dấu ngoặc kép) phát hiện vào đầu thế kỷ trước trong một bản thảo cổ. Phim kể về chuyến bay khinh khí cầu của một giáo sĩ nào đó, được cho là đã diễn ra rất lâu trước chuyến bay của anh em nhà Montgolfier. Đã tồn tại hơn một trăm năm như một bằng chứng trung thực, được đưa vào các sản phẩm máy chủ như một sự thật và thậm chí còn được phản ánh trên tem bưu chính (năm 1956 nhân dịp “kỷ niệm 225 năm chuyến bay”), thông tin này sau đó đã nhiều lần bị bác bỏ trong cả các ấn phẩm đặc biệt và phổ biến. Ví dụ, chúng tôi có thể giới thiệu những tác phẩm tổng quát như “Lịch sử Hàng không và Hàng không ở Nga” (P.D. Duz, M.: Prosveshchenie, 1981) hoặc các bài báo “Truyền thuyết về chiếc xe đạp” (Science and Life, 1983, No. 6), trong đó chuyến bay Ryazan được đề cập cùng với những truyền thuyết nổi tiếng khác.
Tuy nhiên, vì một số độc giả «Kvant» luôn lấy phần ngoại truyện nên chúng tôi quay lại vấn đề này.
Đồng thời, chúng tôi lưu ý rằng trong việc vạch trần trò lừa bịp, vật lý lại đóng một vai trò quan trọng: trong vật lý, trong tia hồng ngoại, các chữ viết trên đầu văn bản sau này đã xuất hiện rõ ràng!
Các biên tập viên đã sử dụng cuộc trò chuyện này để khuyến khích họa sĩ truyện tranh A. A. Orekhov tưởng tượng về chủ đề “furvins” trên không. Đó là những gì anh ấy đã làm, vẽ cho chúng tôi toàn bộ trang này.
2×2=5
2×2=4
50
Viện Vật lý Kỹ thuật Moscow
Toán học
Bài thi viết
Tùy chọn 1
-
Giải phương trình
-
Mỗi bình chứa một dung dịch axit axetic. Bình thứ nhất chứa 15% axit và bình thứ hai chứa 75% nước (theo thể tích). Cần phải lấy bao nhiêu lít mỗi dung dịch để trộn chúng để thu được 2 lít dung dịch mới chứa không quá q% axit?
-
Giải phương trình
-
Chiều cao SO của hình vuông đều SPQR có chiều dài h và tạo một góc có độ lớn β với cạnh SP. Tìm mặt phẳng cắt ngang kề với mặt phẳng đi qua cạnh PR, biết mặt phẳng này có giá trị nhỏ nhất có thể.
Tùy chọn 2 -
Giải bất đẳng thức
-
Điểm R và F nằm trên sông chảy vào hồ, còn điểm E và Q nằm trên hồ. Tàu hơi nước bao gồm các tuyến đường từ điểm E và Q đến Ustyaraki (dọc theo hồ) lần lượt là p giờ và p+5 giờ, và các tuyến đường từ Ustyaraki đến các điểm F và R lần lượt là 11 giờ và 13 giờ. Hỏi tàu chạy qua hồ với tốc độ bao nhiêu, nếu tốc độ của tàu chạy khi nước yên lặng và tốc độ của sông không đổi và quãng đường từ E đến F và từ Q đến R lần lượt bằng 105 km và 131 km.
-
Tìm tất cả các giá trị của c mà hệ thống
chỉ có một lời giải. -
Đối với một hình tứ giác nguyên sơ cụt bên phải , bán kính của hình tròn được mô tả xung quanh đáy dưới của nó bằng r và mặt bên tạo một góc có độ lớn γ với mặt phẳng . Một hình tròn được nội tiếp vào hình vuông được hình thành bởi giao điểm của hình gốc này với một mặt phẳng song song với mặt phẳng , là đáy của một hình nón vuông với đỉnh tại giao điểm của các đường chéo của hình vuông , và mặt phẳng cát tuyến được vẽ sao cho hình nón có thể tích lớn nhất có thể. Xác định chiều cao của hình nón này nếu .
Vật lý
Bài toán thi vấn đáp
- Hai vật A và B có khối lượng lần lượt là kg và kg, được treo bằng những sợi dây từ một chùm ánh sáng có hai cánh tay có chiều dài m và m, với vật A nằm trên sàn (hình 1). Hỏi vật B phải lệch một góc nhỏ nhất bằng bao nhiêu khi treo lơ lửng để sau khi thả nó ra, vật A rời khỏi sàn?
- Một viên đạn có khối lượng g, tốc độ , hướng một góc α=30° so với đường chân trời (hình 2), xuyên qua một ụ có khối lượng kg nằm trên các giá đỡ, sau đó nó bay lên độ cao tối đa m so với mức các giá đỡ. Bến tàu sẽ nhảy cao bao nhiêu? Tuân thủ không khí được yêu cầu.
- Một quả bóng treo trên một sợi dây có vận tốc ban đầu theo phương nằm ngang. Khi sợi dây lệch một góc α=30° so với phương thẳng đứng thì gia tốc của quả bóng hướng theo phương ngang. Tìm góc lệch ren lớn nhất.
- Một quả bóng trượt dọc theo sàn nhẵn với tốc độ nảy lên trên một bàn đạp, phần trên của bàn đạp nằm ngang và bắn ra khỏi bàn đạp (hình 3). Ở độ cao nào h thì tầm bay của quả cầu sẽ đạt cực đại? Phạm vi này là gì?
- Một vật có khối lượng kg nằm trên một tấm ván dài nằm ngang có khối lượng kg có vận tốc ban đầu là (hình 4). Vật sẽ chuyển động theo đường nào so với tấm ván nếu hệ số ma sát giữa chúng là μ=0,2 và không có ma sát giữa tấm ván và mặt phẳng?
- Trong một hình trụ kín, chân không, một piston trượt không ma sát AB được treo ở bên ngoài, vị trí cân bằng của nó là ở đáy hình trụ (hình 5). Một lượng không khí nhất định được đưa vào bên dưới pít-tông để pít-tông nâng lên độ cao cm ở nhiệt độ không khí . Nhiệt độ không khí ở độ cao bao nhiêu . Nhiệt độ không khí ở độ cao bao nhiêu .
51
Viện thép và hợp kim Moscow
Toán học
Bài thi viết
Tùy chọn 1
- Đơn giản hóa biểu thức
và tính giá trị của nó tại . - Giải phương trình
.
Trong đáp số hãy viết ra gốc lớn hơn của nó. - Tìm khoảng cách từ gốc đến giao điểm của đồ thị hàm số với đường thẳng .
- Giải bất đẳng thức
.
Trong đáp số viết số nguyên thỏa mãn bất đẳng thức này. - Tìm một số có hai chữ số có thương khi chia cho tích các chữ số của nó là và hiệu giữa số cần tìm và số viết cùng chữ số nhưng theo thứ tự ngược lại là 18.
- Tìm chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của hàm trên khoảng [0; 2].
- Rút gọn và tính toán không cần bảng
. - Giải phương trình
.
Trong đáp số viết số nghiệm của phương trình thuộc đoạn [π/2; 2π]. - Cho tam giác ABC, đường trung tuyến AM vuông góc với đường trung tuyến BN. Tìm diện tích tam giác ABC nếu độ dài AM là 3 và độ dài BN là 4.
- Một trong các đỉnh của hình lập phương và điểm giữa của các cạnh của nó nổi lên từ đỉnh đối diện đóng vai trò là các đỉnh của paramid. Tìm thể tích của paramid nếu chiều dài cạnh của khối lập phương là 6.
Tùy chọn 2 - Tổng các số hạng của một cấp số nhân vô hạn là 4, và tổng bình phương các số hạng của nó là 48. Tìm tổng của bốn số hạng đầu tiên của nó.
- Giải phương trình nếu .
- Giải phương trình
. - Giải bất đẳng thức
.
52
Trong đáp số viết số nguyên thỏa mãn bất đẳng thức.
-
Có một hợp kim của đồng với trứng nặng 10 kg, chứa 50% đồng. Phải thêm bao nhiêu kg trứng nguyên chất vào mảnh này để hợp kim thu được có 40% đồng?
-
Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm số
-
Tìm tan α · tan β nếu
-
Giải phương trình
Trong đáp số viết tổng các nghiệm của phương trình thuộc khoảng ] 0; 4 [.
-
Các đỉnh của một tam giác đều nằm trên ba đường thẳng song song, đường thẳng trong cách nhau
-
Một hình trụ có thể tích lớn được nội tiếp trong một hình nón sao cho một đáy của hình trụ nằm trên đáy hình nón, và đường tròn của đáy kia nằm trên mặt bên của hình nón. Tìm tỉ số thể tích của hình nón và thể tích của hình trụ.
Vật lý
Bài thi viết
Tùy chọn 1
-
Trong giây cuối cùng của quá trình rơi, một vật rơi tự do đi được quãng đường m. Vật rơi từ độ cao bao nhiêu?
-
Xác định lực tác dụng lên thanh AB nếu góc và khối lượng của tải trọng là kg (hình 1).
-
Xác định tốc độ mà vật phải có tại điểm D để chuyển động đến điểm A và dừng lại ở đó (hình 2). Hệ số tam giác cho chuyển động của cơ thể , m, m.
-
Một thanh mùi có khối lượng kg được treo trên hai sợi dây có chiều dài bằng nhau m mỗi sợi (hình 3). Xác định lực căng của sợi dây nếu chiều dài của thanh là m.
-
Trong một ống thủy tinh bịt kín một đầu có một bàn không khí được bịt kín bằng một bàn thủy ngân cao mm. Nếu ống được giữ thẳng đứng với các đầu hướng lên trên thì chiều dài của bàn không khí là cm, và nếu ống quay 180° thì chiều dài của bàn không khí sẽ là cm. Áp suất khí quyển là gì? Nhiệt độ được coi là không đổi.
-
Sau khi cạo hỗn hợp dễ cháy, nhiệt độ của sản phẩm cạo trong xi lanh bằng pít-tông phụ tăng lên , khoảng cách giữa pít-tông và nhà xi-lanh tăng lên cm. Bằng khoảng cách nào
Puc. 1. Puc. 2.
Liệu piston có chuyển động khi chất thải trong xi lanh được làm nguội đến nhiệt độ ? Tránh trọng lượng của piston và sự va chạm của nó với thành xi lanh. Lấy hệ số giãn nở thể tích bằng К.
-
Một tụ điện có công suất µF được tích điện đến hiệu điện thế V. Một tụ điện có công suất µF được tích điện đến hiệu điện thế V. Các tụ điện được nối bằng các bản nhỏ khác nhau. Xác định giá trị trung bình của dòng điện phát sinh khi mắc một tụ điện nếu thời gian chạy qua của nó là s.
-
Xác định khối lượng dây đồng cần thiết để lắp đặt đường dây truyền tải hai dây từ nguồn điện có điện áp V đến người tiêu dùng nằm cách nguồn điện áp km. Công suất truyền đến người tiêu dùng là kW. Độ sụt áp trên đường dây là 8%.
-
Trong mạch ở hình 4, giá trị biên độ của dòng điện trước khi đóng công tắc là , và sau khi đóng công tắc - . Xác định tỷ số nếu công tắc đóng khi điện áp trên các tụ đạt cực đại. Điện dung của tất cả các tụ điện là như nhau: , và độ tự cảm của cuộn dây không đổi và bằng . Trước khi đóng chìa khóa, các tụ điện và không được tích điện.
-
Carbon disulfide có chiết suất kéo dài theo chiều rộng của bình đến độ cao cm, tính từ đáy bình. Ở đáy tàu, một nguồn sáng điểm được đặt ở giữa. Tìm diện tích bề mặt của carbon disulfide tại bề mặt tiếp xúc với không khí mà ánh sáng thoát ra.
Tùy chọn 2
- Chuyển động nhanh dần đều, một điểm vật chất trong hai khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau đầu tiên , mỗi điểm di chuyển được quãng đường m và m. Xác định khoảng cách ban đầu dọc theo vòng tròn với tốc độ m/s. Xác định mô hình thay đổi động lượng của một điểm vật chất trong một phần tư chu kỳ quay.
53
-
Một thanh đồng nhất nằm trên sàn gồ ghề và được giữ cho không rơi nhờ một sợi dây nằm ngang (hình 5) gắn vào bức tường thẳng đứng. Hệ số ma sát giữa thanh và sàn là . Hỏi thanh nghiêng một góc bao nhiêu so với phương ngang thì thanh ở trạng thái cân bằng?
-
Một xi lanh đóng kín bằng pít-tông chứa kg khí cacbonic. Xác định công thực hiện khi khí được nung nóng đẳng áp thêm K.
-
Xác định áp suất của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ °C nếu có kg hơi nước trong phòng có thể tích m³ ở độ ẩm tương đối và nhiệt độ được chỉ định.
-
Trong mạch đẳng áp ở hình 6, công tắc đóng và tụ điện được tích điện. Sau đó phím mở ra và phím đóng lại. Tìm suất điện động của pin nếu hướng của tụ điện đầu tiên bên trái sau khi đóng công tắc trở thành V. Điện dung của tất cả các tụ điện là như nhau.
-
Ma trận toán học là một quả bóng có khối lượng g, được treo trên các sợi dây có chiều dài cm. Chu kì của ma trận bình sẽ là bao nhiêu nếu sau khi cho quả bóng mang điện dương C, ma trận được đặt trong một điện trường đều theo hướng V/m), các đường đơn của ma trận đó hướng thẳng đứng xuống dưới?
-
Một khung hình vuông có cạnh cm được đặt trong từ trường đều vuông góc với các đường sức từ. Xác định cảm ứng từ trường nếu biết khi từ trường biến mất trong khoảng s thì giá trị trung bình của emf cảm ứng phát sinh trong khung là mV.
-
Một chùm tia sáng song song rộng cm phát ra từ một tấm thủy tinh trong không khí xuyên qua mặt phẳng của tấm thủy tinh. Xác định độ rộng của chùm tia trong không khí nếu góc tới của chùm tia trên mặt phân cách thủy tinh-không khí là và chiết suất của ống khói là .
Đã chuẩn bị xuất bản
V. I. Bashkirov, V. A. Karasev
Viện năng lượng Moscow
Toán học
Bài thi viết
Tùy chọn 1
-
Rút gọn biểu thức cho , tìm nếu thỏa mãn bất đẳng thức .
-
Đường chéo của hình bình hành vuông tạo một góc với mặt phẳng đáy và một góc với đường biên lớn hơn. Tìm thể tích của hình bình hành nếu diện tích đáy của nó là .
Bài toán thi vấn đáp
-
Gọi là trực tâm của tam giác (tức là giao điểm của các đường cao của tam giác ). Chứng minh rằng điểm , đối xứng với điểm đối với một cạnh bất kỳ của tam giác , nằm trên đường tròn ngoại tiếp tam giác này.
-
Chứng minh rằng hàm số không tuần hoàn.
-
Chứng minh rằng với mọi thì phương trình không có lời giải.
-
Chứng minh rằng với mọi bất đẳng thức sau đúng:
- Vẽ đồ thị hàm số
a) ; b) .
- Tìm giá trị của hàm tùy ý
a) ; b) tại điểm .
54
-
Tìm miền xác định của hàm .
-
Chứng minh rằng .
-
Đơn giản hóa biểu thức
-
Tính toán không có bảng
Từ năm 1982, một thí nghiệm đã được tiến hành tại Viện Năng lượng Mátxcơva để tiến hành bài kiểm tra vấn đáp môn toán bằng máy tính. Năm 1984, một kỳ thi như vậy được tổ chức tại một trong các khoa. Chúng tôi tiến hành một phiên bản của bài thi, bao gồm 20 ví dụ và bài toán. Người nộp đơn viết đáp số vào một mẫu đơn đặc biệt. Việc kiểm tra tính chính xác của đáp số được thực hiện bằng máy tính.
Tùy chọn 1
- Có bao nhiêu chữ số trong số , nếu chúng ta giả sử rằng ?
- Tìm giá trị của hàm tùy ý cho .
- Tìm một số có 7,5% là , trong đó
- Được biết, các số , , theo thứ tự này tạo thành một cấp số cộng. Tìm giá trị của .
- Trong một hình chữ nhật tứ giác đều, đường chéo của đáy bằng cạnh bên của nó. Tìm thể tích của hình chữ nhật nếu cạnh bên của nó là cm.
- Giải phương trình
- Tìm chu kỳ dương nhỏ nhất của hàm .
- Số nào lớn hơn: số thứ nhất hay số thứ hai?
- ; 2) . đáp số cho biết số của số.
- Tìm giá trị của từ tỷ lệ
- Giải phương trình
- Tìm giá trị nhỏ nhất của hàm .
- Trong một cấp số nhân, số hạng thứ ba là 16, số hạng thứ bảy là 1. Tìm số hạng đầu tiên của cấp số nhân này.
- Với giá trị nào của thì phương trình thừa nhận lời giải ?
- Trong phương trình , tìm giá trị của hệ số , nếu bạn biết rằng số là một số nguyên và các nghiệm của phương trình và có liên hệ với nhau bởi hệ thức .
- Tính toán không cần bảng .
- Một hình thang cân bằng có góc nhọn được vẽ xung quanh một hình tròn bán kính 2 cm. Tìm độ dài đường trung bình của hình thang.
- Giải hệ phương trình
- Tìm nghiệm lớn nhất của phương trình .
- Tính giá trị của nếu bạn biết rằng .
- Có bao nhiêu giá trị nguyên thỏa mãn bất đẳng thức
Vật lý
Ở một số khoa, bài kiểm tra vật lý được thực hiện dưới hình thức viết, ở những khoa khác - bằng miệng.
Bài thi viết
Tùy chọn 1
- Cảm ứng điện từ. Thông lượng cảm ứng từ. Sức điện động cảm ứng. Quy tắc Lenz.
- Điện tích +Q chuyển động trong điện trường của tụ điện phẳng dọc theo quỹ đạo (hình 1). Công mà trường thực hiện để làm di chuyển điện tích âm ở những khu vực nào? tích cực? bằng 0? Công thực hiện để di chuyển điện tích dọc theo toàn bộ quỹ đạo là bao nhiêu?
- Một khẩu đại bác đứng trên bệ bắn về phía đường ray một góc so với đường chân trời. Khối lượng của đạn là kg, vận tốc ban đầu của đạn là m/s. Bệ sẽ đạt được tốc độ bao nhiêu khi bắn nếu khối lượng của nó với súng là kg? Nền tảng không bị chậm lại.
- Một tia sáng chiếu một góc lên một tấm phẳng song song có độ dày . Tính giá trị trung bình của chùm tia khi nó đi qua tấm. Điểm đoán xếp chồng .
- Với các loại nước sốt giống hệt nhau, được nối với nhau bằng các ống dẫn điện mỏng, được đổ đầy ở nhiệt độ K một lượng khí helium nhất định. Sau đó, một trong các bình được đun nóng đến K, và bình thứ hai đến K. Nhiệt độ của nước sốt thứ ba không thay đổi. Áp suất trong hệ thay đổi bao nhiêu lần?
Tùy chọn 2 - Định luật Archimedes cho chất lỏng và chất khí. Lực nổi. Tình trạng cơ thể nổi.
- Xây dựng đường đi của chùm tia 1 và 2 giả định bởi thấu kính phân kỳ; và là tiêu điểm của thấu kính (hình 2).
- Hai quả bóng dẫn điện giống hệt nhau có điện tích C và C đặt cách nhau cm. Chúng được đưa vào tiếp xúc và đưa ra cùng một khoảng cách. Tìm lực tương tác trước và sau khi hai quả bóng chạm nhau. Hằng số điện F/m.
- Từ độ cao nào một vật có khối lượng rơi xuống một vật cứng không trọng lượng , nếu
55
Lực ép tối đa của nửa lò xo có bằng (hình 3) không? Chiều dài lò xo tự do .
- Khi truyền tải điện đi xa, người ta sử dụng máy biến áp để tăng điện áp lên V và được tải đến công suất định mức W. Đồng thời, chênh lệch chỉ số của công tơ điện lắp đặt tại trạm biến áp và tại điểm tiếp nhận tăng lên mỗi ngày kWh. Cần tăng điện áp trên đường dây bao nhiêu lần để trong quá trình truyền tải tổn thất điện năng không vượt quá ?
Bài toán thi vấn đáp
-
Viên đạn ở điểm cao nhất của quỹ đạo nổ thành hai mảnh có khối lượng kg và kg. Vận tốc của đạn ngay sau khi nổ bằng m/s, tốc độ của viên đạn cói lớn ngay sau khi nổ bằng m/s và hướng của nó trùng với hướng chuyển động của đạn trước khi nổ. Xác định vận tốc của mảnh vỡ ngay sau khi vỡ.
-
Một chiếc bè gồm khúc gỗ giống hệt nhau có thể chở một tải trọng có trọng lượng tối đa kg. Xác định khối lượng riêng của gỗ nếu thể tích của mỗi khúc gỗ là m³ và khối lượng riêng của nước là kg/m³.
-
Một dây dẫn có chiều dài cm, trong đó có dòng điện A chạy qua, chuyển động trong một từ trường đều có cảm ứng T đến khoảng cách cm. Xác định công lớn nhất thực hiện được khi chuyển động dây dẫn. Người dẫn đường phải di chuyển như thế nào?
Ấn phẩm được biên soạn bởi V. F. Safonov, V. L. Chudov
bìa của chúng tôi
Chúng tôi sẽ đưa ra hai lời giải bài toán đặt ở vị trí 4 giây. bao gồm «Kvant» Số 2. Vì mục tiêu của chúng tôi là giúp người đọc giải quyết vấn đề lập thể phức tạp bài toán chứ không cung cấp các mẫu thiết kế lời giải, nên chúng tôi cố gắng làm nổi bật các ý chính, đồng thời bỏ qua một số chi tiết của cuộc thảo luận. Người đọc có thể dễ dàng xây dựng lại chúng một cách độc lập; trong những trường hợp quan trọng nhất, các vị trí tương ứng trong văn bản được đặt như sau: (?) Để ngắn gọn, một số ký hiệu, ý nghĩa rõ ràng từ hình vẽ trên bìa hoặc từ hình, không được giải thích trong văn bản.
Vì vậy, đặt ABCD là đáy của một đáy cho trước, đỉnh của nó, giao điểm của hình thoi chéo ABCD.
lời giải đầu tiên dựa trên một công thức rất mới liên quan đến bán kính của một hình tròn được viết ở góc với khoảng cách từ điểm tiếp tuyến của nó ở cạnh góc tới đỉnh của nó (hình 1):
Hình 1 cũng có thể được coi là một phần của một góc kép có độ lớn với một hình cầu có bán kính được viết vào đó, đi qua tâm của hình cầu vuông góc đến mép của góc; trong trường hợp này, giá trị trong (1) là khoảng cách từ điểm tiếp xúc của quả cầu với cạnh của góc đến cạnh của nó. Từ đây rõ ràng tâm của quả cầu này nằm trên mặt phẳng phân giác của góc hai chiều (?).
Đến bài toán, ta lưu ý rằng vì là tâm của đường tròn viết ở đáy
57
Các bài tập của trường đã chọn
-
Giả sử các cạnh AD và AB của tứ giác ABCD lần lượt bằng a và b và góc giữa chúng bằng α (hình 1). Giả sử các đường thẳng CD và AB cắt nhau tại điểm E. Từ tam giác vuông ADE ta có AE = a/cos α. Do đó BE = a/cos α - b. Từ △ TCN ta tìm được BC = BE · tg(π/2 - α) = BE · ctg α = (a - b cos α)/sin α. Tương tự, CD = (b - a cos α)/sin α. S_{ABCD} = 1/2 (AD · DC + AB · BC) = (2ab - (a² + b²) cos α)/2 sin α.
-
(a² + b²)(c² + d²) = a²c² + b²c² + a²d² + b²d² = a²c² + 2abcd + b²d² + b²c² - 2abcd + a²d² = (ac + bd)² + (bc - ad)².
-
Đáp số. 24 dặm. 6 giờ 30 phút hôm qua. Gợi ý. Du khách đi hết một dặm trên mặt đất bằng phẳng trong 1/4 giờ, lên dốc trong 1/3 giờ và xuống dốc trong 1/6 giờ. Do đó, du khách đi mỗi dặm tới đó và quay về trong 1/2 giờ. Suy ra quãng đường người đó đi trong 6 giờ là 24 km. Nếu đi bộ 12 dặm thì mất 3 giờ, nếu đi lên dốc thì mất 4 giờ. Vì vậy, “trung bình” họ phải mất 3,5 giờ để lên đến đỉnh núi.
-
Lời giải. Cho tam giác ABC (hình2). Vẽ các đường thẳng vuông góc với cạnh AB tại điểm A và BC tại điểm C. Gọi D là giao điểm của các đường thẳng này và đường thẳng BD cắt AC tại điểm E. Điểm E là điểm mong muốn. (Để bài toán có lời giải thì góc A và C phải nhọn).
-
Cho ABC là một góc P cho trước là một điểm bên trong nó (hình 3). Qua điểm P vẽ PD || BC và từ điểm D vẽ đoạn thẳng DQ = BD trên tia DA. Đường thẳng QP cắt cạnh BC tại điểm R. Ta chứng minh tam giác BQR là tam giác cần tìm. Chúng ta hãy hoàn thiện tam giác BQR thành hình bình hành BRSQ và xem xét một tam giác BEH tùy ý, cạnh của nó đi qua điểm P. Tam giác BEH thu được từ tam giác BQR bằng cách “cắt bỏ” tam giác EQP và “thêm” tam giác RPH, có diện tích lớn hơn diện tích của tam giác RPE (E’ là giao điểm của RS và EH), do đó, bằng diện tích EPQ.
-
Đáp số: Trưa ngày thứ ba B đi bộ 23 dặm từ điểm xuất phát và cuối ngày thứ tư B đi bộ đến A cách điểm xuất phát A 34 dặm. Lời giải. Sử dụng công thức tính tổng cấp số cộng, không khó để xác định rằng trong x ngày, mã người đi bộ B sẽ đi được quãng đường (2·2 + (x-1)2)·2/2, và mã người đi bộ A sẽ đi được (2·10 - (x-1))·x/2. Theo điều kiện (2·10 - (x-1))x/2 = 14 + (2·2 + (x-1)2)x/2. Giải phương trình này, ta được x₁ = 4, x₂ = 7/3. Căn bậc hai của phương trình không phù hợp vì chúng ta giả sử rằng x là số nguyên. Tuy nhiên, chính sự hiện diện của gốc này cho thấy rằng trong ngày thứ 3, quân A sẽ bỏ qua quân tốt B. Hãy cùng tìm hiểu xem điều này xảy ra khi nào. Đến cuối ngày thứ hai, A đi được 19 phút và B còn cách điểm A rời đi 20 phút. Như vậy, vào đầu ngày thứ ba, B đi trước A 1 triệu. Trong ngày này, A di chuyển với vận tốc 8/12 m/h và B di chuyển với vận tốc 6/12 = 1/2 m/h.
Do đó, sau thời gian t = 1/((2/3 - 1/2)) = 6 giờ, người đi bộ A sẽ đồng ý với người đi bộ B.
-
Gọi d là độ dài dây chung của hai đường tròn cho trước (hình 4). Khi đó bán kính nhỏ hơn đường tròn bằng d và bán kính lớn hơn d/(2 sin 15°). Diện tích S₁ của đoạn màu đỏ bằng hiệu giữa diện tích của hình quạt và hình tam giác, nghĩa là S₁ = πd²/6 - d²√3/4. Tương tự, diện tích S₂ của đoạn màu xanh lam là S₂ = π/12 d²/4sin²15° - 1/4 d²/4sin²15°. Vì 4sin²15° = 2(1 - cos 30°) = 2 - √3, S₂ = π/12 d²(2 + √3) - d²(2 + √3)/4. Tỷ lệ yêu cầu là (S₁ + S₂)/(πd²) = (4 + √3)/12 - (1 + √3)/2π ≈ 0,043…
-
Cho ABCD là một hình thang tùy ý được vẽ trong một đường tròn bán kính r (hình 5) cho trước. Chúng ta vẽ một đường kính đi qua tâm O của đường tròn này, vuông góc với các đường chính AD và BC và cắt chúng lần lượt tại các điểm H và K. Hãy |BC| = 2x. Sau đó |AD| = 4x và S_{ABCD} = 3x · |KH|, trong đó 0 ≤ x ≤ r/2. Giả sử điểm O nằm bên trong hình thang (vì sao?), nên |KH| = |KO| + |OH| = √r² - x² + √r² - 4x², nên S_{ABCD} = S(x) = 3x(√r² - x² + √r² - 4x²). Phương trình
60
Hình 10.
tan φ=2 tan Ψ. Phải có tg(φ+Ψ)<0, nghĩa là, , từ đó tg φ> , và vì , chúng ta nhận được 0<β<arctg .
Tùy chọn 2
- .
- km/h ở ; tại và lời giải không. Gợi ý. Từ điều kiện bài toán ta thu được hệ px+11y=105, .
- .
Gợi ý. Phương trình cot x- trên khoảng có nghiệm x=-.
Căn nghiệm này sẽ là duy nhất khi và chỉ nếu một trong các điều kiện sau được thỏa mãn: phương trình x+c=0 a) không có nghiệm nào trên khoảng ; b) không có gốc trùng với ; b) có nghiệm không nằm trong miền định nghĩa của hàm ctg.
4. tại tại . Gợi ý. Cho ABCD là
Hình 11.
một hình vuông có tâm E, trong đó mô tả hình nón là (hình 11), O là tâm hình vuông PQRT, K và L lần lượt là trung điểm của các đoạn BC và QR. Từ hình thang OEKL ta thu được ; , ở đâu . Thể tích của hình nón là
trong đó , trong đó là chiều cao của đường thẳng bị cắt cụt này. Khảo sát hàm V(x) cho một cực trị bằng cách sử dụng một cực trị tùy ý, chúng ta thấy rằng đối với , chiều cao của hình nón là nghịch đảo nhất x= và đối với hàm V(x) trả về trên khoảng .
Vật lý
- Hãy viết trạng thái cân bằng của nguyên liệu tại thời điểm vật A tách ra (xem hình 1 trong bức tượng):
trong đó là lực căng của sợi chỉ bên trái, là lực căng của sợi chỉ bên phải.
Lực căng sẽ lớn nhất tại thời điểm sợi bên phải ở vị trí thẳng đứng. Bây giờ chúng ta hãy viết ra định luật thứ hai của Newton và định luật bảo toàn cơ năng:
trong đó là chiều dài của sợi chỉ, là góc lệch mong muốn của sợi chỉ. Từ hai phương trình cuối cùng ta tìm được:
- Ta ký hiệu bằng và các hình chiếu vận tốc của viên đạn và tấm ván lên trục thẳng đứng sau khi viên đạn rời khỏi tấm ván và viết định luật bảo toàn động lượng trong hình chiếu lên trục này, cũng như định luật bảo toàn năng lượng cho viên đạn và tấm ván:
Từ đây chúng ta có được
61
- Khi sợi dây bị lệch một góc thì các thành phần gia tốc hướng dọc theo sợi dây và tiếp tuyến với quỹ đạo của quả cầu được xác định theo các công thức
trong đó là tốc độ của quả bóng, là chiều dài của sợi chỉ. Vì gia tốc của quả bóng tại thời điểm này hướng theo chiều ngang nên quá trình vectơ và trên trục tung có độ lớn giống nhau:
hoặc
Ở đâu
Tiếp theo, ta viết định luật bảo toàn năng lượng cho quả bóng:
Giải phương trình này cho cos , ta thu được
- Vận tốc của quả bóng ở đầu bàn đạp có thể được tìm bằng định luật bảo toàn năng lượng
Độ cao của bàn đạp và quãng đường bay của quả cầu có liên hệ với thời gian bay theo công thức
Từ các đẳng thức viết ở trên, chúng ta thu được sự phụ thuộc của quãng đường bay của quả cầu vào chiều cao của bàn đạp:
Rõ ràng, phạm vi bay sẽ được cung cấp tối đa
và phạm vi tối đa của chính nó
- Đối với hệ ván nằm thỏa mãn định luật bảo toàn động lượng
trong đó là tốc độ của hệ sau khi vật dừng trượt so với ván. Sự thay đổi động năng của vật là do công của lực ma sát tác dụng lên vật từ một phía của tấm ván:
trong đó là quãng đường mà vật đi được so với tấm ván. Mặt khác, động năng của tấm ván tăng do công của lực ma sát tác dụng lên tấm ván từ một phía của tấm ván:
- Hãy viết điều kiện cân bằng cho quả bóng ở vị trí ban đầu:
Sự thay đổi cơ năng của quả bóng là do công của lực ma sát tác dụng lên tấm ván từ một phía của tấm ván:
62
bóng, là chiều dài của sợi chỉ. Xét các điều kiện trên để quả bóng cân bằng, ta có ,
hoặc
Phương trình cuối cùng cho
Tại vị trí lệch cực đại, vận tốc của quả bóng bằng 0 nên gia tốc hướng tâm cũng bằng 0:
Giải phương trình này, ta tìm được lực căng mong muốn:
- Ngay sau khi đóng chìa khóa, điện tích và điện áp trên tụ điện bằng không. Do đó, dòng điện chạy qua nguồn tại thời điểm này bằng
Khi tụ điện được tích điện thì không có dòng điện chạy qua nó. Kể từ đây,
trong đó là dòng điện chạy qua nguồn sau khi nạp tụ điện. Khi đó điện áp tại nguồn và có liên quan đến công thức emf và điện trở trong của nó
Loại bỏ đại lượng khỏi các phương trình này, chúng ta thu được
- Thật vậy, ảnh của quả bóng sẽ tồn tại khi quả bóng ở phía trên tiêu cự của thấu kính. Độ cao nâng tối đa của quả bóng là
Thời gian bay của quả bóng phía trên mặt phẳng tiêu điểm có thể được tìm thấy từ phương trình
trong đó là tiêu cự của thấu kính. Từ đây
Viện thép và hợp kim Moscow
Toán học
Tùy chọn 1
-
-1, 1. 2. 1,25. 3. 1. 4. 10. 5. 64. 6. 4. 7. 0,5.
-
-
-
-
- 22,5.
Tùy chọn 2
- 22,5.
-
-
-
-
3,75. 2. 0,625. 3. 3. 4. 5. 5. 2,5. 6. 6. 7. 0,5.
-
-
-
-
- 2,25.
-
-
-
Vật lý
Tùy chọn 1
- (ở đây c).
- .
- .
- .
- (ở đây là mật độ thủy ngân).
- .
- .
- (ở đây là mật độ, là điện trở suất của đồng).
- .
- .
Tùy chọn 2
- .
- .
- .
- .
- (ở đây là khối lượng mol của carbon dioxide).
- (ở đây là hằng số khí phổ quát, là khối lượng mol của nước).
- .
- .
- .
- .
Viện năng lượng Moscow
Matematika
Bài thi viết
Tùy chọn 1
- -1, 1. 2. 1,25. 3. 1. 4. 10. 5. 64. 6. 4. 7. 0,5.
-
-
-
-
- 22,5.
Tùy chọn 2
- 22,5.
-
-
-
- 3,75. 2. 0,625. 3. 3. 4. 5. 5. 2,5. 6. 6. 7. 0,5.
Viện thép và hợp kim Moscow
Toán học
Tùy chọn 1
- -1, 1. 2. 1,25. 3. 1. 4. 10. 5. 64. 6. 4. 7. 0,5.
-
-
-
-
- 22,5.
Tùy chọn 2
- 22,5.
-
-
-
- 3,75. 2. 0,625. 3. 3. 4. 5. 5. 2,5. 6. 6. 7. 0,5.
63
Hình 12.
- Khoảng thời gian tăng dần] -2,5; -1,5 [và] 0; 0,5 [. Khoảng giảm dần] -1,5; 0[.
. tại . - .
- .
Bài toán thi vấn đáp
- Gợi ý. Nếu là giao điểm của phần tiếp theo của chiều cao với đường tròn ngoại tiếp, thì .
- Gợi ý. Nếu một hàm số cho trước là tuần hoàn và là chu kỳ của nó, thì , , và hai quan hệ này mâu thuẫn với tính vô tỉ của số .
- Gợi ý. Với mọi số dương và thì bất đẳng thức đúng. Đó là lý do tại sao
- Gợi ý. Đầu tiên hãy chứng minh rằng .
- a) ; 6) .
- , . Gợi ý. Sử dụng bất đẳng thức cho , .
- Gợi ý. Vế trái của bất đẳng thức là số , trong đó .
Chỉ cần chứng minh rằng là đủ. Để làm điều này, hãy nhân các bất đẳng thức . -
-
- 1/8.
Tùy chọn 1
- 1/8.
-
-
-
-
-
-
-
- -0,21. 5. 0,75. 6. 8.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- 0,5. 12. 64. 13. -1.
-
-
-
-
-
-
-
- -13. 15. 1. 16. 8. 17. 0. 18. 2. 19. 0,97. 20. 4.
Vật lý
Bài thi viết
Tùy chọn 1
2. .
3. m/s.
4. .
5. .
Tùy chọn 2
2. Xem hình 13.
Hình 13.
3. H; H.
4. .
5. (ở đây h).
Bài toán thi vấn đáp
- m/s.
- kg/m.
- J; dây dẫn phải chuyển động vuông góc với đường cảm ứng từ.
«Kvant» cho học sinh nhỏ
(xem «Kvant» số 1)
- Nói chung, trong mục này, mỗi chữ số có thể đóng một trong ba trường: là số của một chữ cái, là chữ số đầu tiên của hai phần đầu của số chữ cái hoặc chữ số thứ hai của nó. Số 0 không thể đóng vai trò thứ nhất hoặc thứ hai và số 5 không thể đóng vai trò thứ hai. Do đó, chữ cái đầu tiên của tên có số 20 - T, và các chữ cái còn lại được chia thành hai khối 115 và 33. Vỏ 115 có thể được biểu thị bằng ba kết hợp: 1-1-5, 11-5, 1-15, tương ứng với các kết hợp AAD, ID, AN. Và khối 33 - theo hai cách: 3-3 và 33, tương ứng với sự kết hợp BB và Z. Như vậy chúng ta có được 6 từ có thể có: TAADVV, TAADE, TIDVV, TIDYA, TANVV và TANYA. Rõ ràng tên cô gái là Tanya.
- Kolya mua 3 miếng đệm, Vitya - 6, Zhenya - 5 miếng.
- Xem hình 14.
- Rõ ràng là những con số này không thể có một chữ số. Chúng cũng không thể là hai số, vì điều kiện ngụ ý rằng đối với số ab thì sự tương ứng phải thỏa mãn: 10a+
Trang cờ vua
Tư vấn: nhà vô địch cờ vua thế giới, đại kiện tướng quốc tế A. E. Karpov. Trang này được điều hành bởi E. Ya. Gik, Bậc thầy thể thao cờ vua của Liên Xô, Ứng viên khoa học kỹ thuật.
Sự trở lại của các HÌNH
Trong các bài toán cờ vua nói chung, người ta cho rằng nước đi đầu tiên là nước đi duy nhất. Tuy nhiên, có một cái gọi là chủ đề quay lại trong bố cục, trong đó quy tắc này có thể bị phá vỡ nhiều lần nhất có thể, và càng nhiều nước đi mở thì càng tốt! Hôm nay chúng ta sẽ làm quen với một số khuyến nghị thuộc loại này.
A. Ellerman, D. Oudot.
Chiếu hết trong 2 nước đi (9 lời giải).
bài toán này là người sáng lập chủ đề. Bất kỳ sự trùng lặp nào của đường chéo a1 - h8 với quân xe, quân mã và vua đều dẫn đến bàn thắng. Đáp lại, vua đen cầm quân tốt b2, quân trắng về vị trí cũ, tuyên bố chiếu tướng. Điều tò mò là có một bộ quân trắng và quân tốt hoàn chỉnh trên bàn cờ, và việc loại bỏ bất kỳ quân cờ nào trong số chúng sẽ vi phạm ý tưởng - nhu cầu trả lại một số quân cờ về vị trí của chúng sẽ không còn cần thiết nữa.
E. Enkin. Chiếu tướng trong 2 nước đi (41 lời giải).
Trước mắt chúng tôi là “toàn bộ quân đội hoàng gia”! Bốn mươi quân hậu di chuyển đến các ô b4, b5, b6, b7, e4, f5, g6, cũng như thao tác Cg8! giải quyết vấn đề. Vua đen cầm quân tốt b2 hoặc c2, và việc quân trắng trở về vị trí của nó sẽ dẫn đến chiếu tướng.
Trong khuôn khổ bài toán chính thống, trong đó không cần phải có siêu quân cờ, sản phẩm tốt nhất là sản phẩm này.
B. Sidorov. Chiếu hết trong 2 nước đi (21 lời giải).
Mười lăm lần rút lui của quân hậu hoặc sáu lần rút lui của quân tượng và sau đó đưa họ về vị trí cũ dẫn đến việc chiếu tướng của vua đen. Nếu ở phần đầu tiên, bài toán Màu trắng được thể hiện bằng một tập hợp đầy đủ các quân cờ, thì đây là một điểm nhấn đáng chú ý khác - ý tưởng đã được thực hiện trong thể loại máy bắt chước - chỉ có bảy quân cờ trên bàn cờ!
Trên thực tế, kỷ lục đáng lẽ phải được tìm kiếm trong “cờ vua cổ tích”.
A. Shurykov, M. Gorislavsky. Chiếu tướng trong 2 nước đi (70 lời giải).
Nếu trong Enkin’s bài toán tất cả quân của nhà vua đều có mặt thì bây giờ trên bàn cờ cũng có cả đàn hiệp sĩ… Sơ đồ cần thiết cuối cùng cũng được phân biệt bằng tính đối xứng bên ngoài của đường chéo tương đối a8 - h1 (một số vi phạm nhỏ không được tính). Sau bất kỳ nước đi nào của quân hậu, quân xe, quân tượng và quân mã trắng và việc họ quay trở lại vị trí của mình, quân cờ sẽ được đưa ra dọc theo đường chéo này hoặc dọc theo một trong những đường cực đoan.
Trong “trang cờ vua” ngày nay có quá nhiều quân trắng, và do đó, để kết luận, chúng tôi trình bày một trò đùa bài toán trong đó vua trắng hoàn toàn không có trên bàn cờ, cũng như những quân trắng còn lại. Nhưng không giống như bài toán đầu tiên, lần này đội quân quân đen được thể hiện đầy đủ.
F. Bondarenko. Trắng bắt đầu và không làm gì cả.
Trường hợp tuyệt vời! Mặc dù thực tế là Đen có tất cả các quân cờ và Trắng thậm chí còn chưa có người lãnh đạo, họ vẫn trốn thoát được. Hóa ra lúc này nhà vua đang hoàn thành nước đi của mình nên không thể nhìn thấy được. Đây là loại động thái tiết kiệm gì?
- Kb2:a1! Đây là điều Vua đứng ở ô b2, quân tốt vội vàng chiếu vua. Bây giờ Đen, mặc dù có lợi thế vật chất lớn nhất có thể có trong cờ vua, nhưng không thể ngăn chặn được tình thế bế tắc.
Cạnh tranh bài toán
-
Chiếu hết trong hai nước đi.
-
Chiếu hết trong hai nước đi.
Hạn chót gửi lời giải là ngày 25 tháng 5 năm 1985 (có ghi chú trên phong bì “Cuộc thi cờ vua Kvata”, bài toán 5, 6)).
Chúng tôi tiếp tục trong số này để bắt đầu một loạt các bức vẽ cho các bài toán lập thể, mục đích của nó là giúp người đọc phát triển trí tưởng tượng không gian. Với lời giải bài toán độc lập, bạn cũng nên cố gắng hình dung các bức tranh trong đầu. (Theo quy định, các bản vẽ chính xác chỉ có thể được xây dựng bằng cách giải bài toán ít nhất một phần; hơn nữa, trực tiếp cho lời giải chúng thường không cần thiết.)
Điều kiện bài toán của số này được đưa ra bên dưới và bạn sẽ tìm thấy lời giải của nó bên trong tạp chí với tiêu đề “Trang bìa của chúng tôi”.
Các gân bên của hình chữ nhật tam giác đều SABC nghiêng với mặt phẳng đáy một góc 45°.
Quả bóng chạm vào mặt phẳng đáy ABC
tại điểm A và ngoài ra còn chạm vào phần kéo dài của cạnh BS ngoài đỉnh S. Vẽ một mặt phẳng đi qua tâm quả cầu và chiều cao BD của đáy. Tìm góc nghiêng của mặt phẳng này với mặt phẳng đáy.