10_2016_OJF_subiect.pdf

7/25/2019 10_2016_OJF_subiect.pdf

1/3

Pagina 1 din 3

1. Fiecare dintre subiectele 1, 2, respectiv 3 se rezolv pe o foaie separat care se secretizeaz. 2. n cadrul unui subiect, elevul are dreptul s rezolve n orice ordine cerinele a, b, respectiv c.3.

Durata probei este de 3 ore din momentul n care s -a terminat distribuirea subiectelor ctre elevi.4. Elevii au dreptul s ut ilizeze calculatoare de buzunar, dar neprogramabile.5. Fiecare subiect se puncteaz de la 10 la 1 (1 punct din oficiu). Punctajul final reprezint suma acestora.

Olimpiada de Fizic

Etapa pe jude20 februarie 2016

SubiecteX

SUBI ECTUL 1

A. Curarea suprafeelor metaliceSablarea este fenomenul de curare a suprafeelor metalice de impuriti, inclusiv oxizi, cu ajutorul unui

jet de partcule aproximativ identice, mici i de aceeai form i care sunt suflate cu mare vitez spre suprafaaunei plci care estefix.Particulele interacioneaz cu impuritile de orice fel de pe suprafaa plciipe care ledesprind dup care acestea cad la baza plcii. Jetul de particule (de exemplu nisip fin, ori bilue metalice etc.)

este ndreptat normal pe suprafaa plcii. Viteza particulelor este aceeai0

v , masa fiecrei particule din jet este

m , iar acestea sunt uniform distribuite n jetul respectiv. Concentraia volumic a particulelor din jet este n . Ofraciune fdin numrul departicule din jet cad la baza plcii, iar restul sar napoi, normal n raport cu suprafaa

plcii, cu viteza0

g v ( 1g ).

a)Stabilete, n funcie de0

, , ,n m v g ifce presiune exercit particulele asupra suprafeei n acest procesi n condiiile date.

b)Care ar putea fi presiunea maxim, respectiv minim, exercitat deacest jet de particule asupra suprafe-

ei considernd c toate particulele cad lng plac, ori toate sar n condiiile date.B.Analiza frecrii la scripeteUn scripete fix suspendat vertical este un sistem mecanic a crui funcionare este influenat att de freca-

rea care are loc ntre discul respectiv i axul n jurul cruia se rotete ct i de frecarea dintre firul trecut pesteanul discului i discul scripetelui.a)

Fie unghiul la centru format de razele discului duse din centrulde rotaie la punctele extreme de contact ale firului cu discul (vezifigura alturat). Determin, n funcie de coeficientul de frecare la

alunecare f dintre fir i disc i de tensiunile mecanice 1T respec-

tiv2

T (1 2

T T ) care tensioneaz firul ideal la cele dou capete, va-

lorile permise ale unghiului astfel nct firul s nu alunece nraport cu discul.

b) Se dorete analiza frecrii dintre axul n jurul cruia se rotete discul scripetelui i disc. Dispozitivul expe-rimental este format dintr-un scripete fix al crui disc are raza Ri care se rotete n jurul unui ax cu raza rca n figura alturat. Se consider greutatea discului neglijabil, iar datorit faptului cse dorete ca alunecarea discului n jurul axului s se fac ct mai uor, practic, n timpulrotirii discului exist un singur punct, n planul figurii, de contact ntre acesta i axul re s-pectiv. Firul care trece peste disc este ideal. De fiecare capt al firului se suspend mase-le marcate

1m i

2m astfel nct

1 2m m . Diferena dintre

1m i

2m este cea mai mare

posibil astfel nct sistemul s fie n echilibru mecanic, iar imprimarea unei micri derotaie a discului n sensul coborrii lui

1m determinrotirea discului cu vitez constant.

1)

Determin, n funcie de1 2, ,m m R i rpoziia punctului de aplicaie al forei de

frecare care acioneaz asupra discului prin evaluarea funciei trigonometricesin unde reprezint unghiul format de direcia forei de frecare cu direciaorizontal.

2) Determin coeficientul de frecare la alunecare dintre disc i ax.

SUBI ECTUL 2

A. Racheta cu hidrogenCamera de reacie a unui motor de rachet, la care combustibilul este hidrogenul, este conceput s funcio-

neze astfel nct s aib loc o ardere complet a acestuia n prezena oxigenului. Ca urmare a acestui fapt rezu l-t, n urma arderii, vapori de ap, vapori de ap oxigenat i ozon. Reacia chimic care descrie acest proces

este: 2 2 2 2 2 32 3H O H O H O O . n camera de reacie ptrunde hidrogen cu debitul masic constant HQ

7/25/2019 10_2016_OJF_subiect.pdf

2/3

Pagina 2 din 3



Olimpiada de Fizic


SubiecteX

i oxigen cu debitul masic constantO

Q . Se cunoate, de asemenea, c seciunea transversal a camerei de reac-

ie este S, aceeai cu a ajutajului de evacuare a gazelor rezultate n urma arderii. n timpul arderii presiunea

gazului ideal din camera de reacie este P, iar temperatura acestuia i pstreazvaloarea T . Determin, nfuncie de datele precizate anterior( , , ,Q T P S ), fora F de reacie pe care o dezvolt motorul descris anterior.

Se consider cunoscute i masele molare ale oxigenului (16 /g mol) respectiv hidrogenului (1 /g mol) ca iconstanta R a gazelor ideale.

B. HidroforulUn hidrofor este format dintrun rezervor ce poate fi considerat un cilindrumetalic, aezat n plan vertical, care are npartea superioar un manometru(vezi figura alturat), iar prin partea inferioar poate sa ptrund ap (sauun alt lichid) mpins cu ajutorul unei pompe. Cilindrul este un bun coductortermic si se afl n contact termic cu aerul nconjurtor.n condiiile iniiale manometrul indic presiunea po i n cilindru cantitateade lichid este neglijabil. Pe msur ce ptrunde lichidul n cilindru ind ica-iile manometrului indic presiuni din ce n ce mai mari.

a)

Arat c indicaiile manometrului pot da informaii despre gradulde umplere al cilindrului (de exemplu fraciunea fdin cilindruocupat de lichid).

b) Determin, n funcie de

0p , ce presiune p va indica manometrul

dac nlimea coloanei de lichid este 1/5 din nlimea0

H a

cilindrului?

c) Reprezint grafic fraciunea fde umplere a cilindrului n funcie depresiunea p indicat de

manometru.C. Ciclu termodinamic

Un gaz ideal monoatomic cu cldura molar la volum constant3

2V

RC , parcurge ciclul termodinamic reprezentat n desenul

alturat.a)

Calculeazlucrul mecanic efectuat pe ntreg ciclul ter-modinamic.

b)

Se consider o transformare care corespunde dreptei ce

trece prin punctele 3 respectiv 4. Ce coordonate ;x xV P are punctul aflat pe dreapta respectiv i n care tempera-tura gazului este maxim?

SUBI ECTUL 3

Un tub T1cu lungimea L=1m, raza interioar 1r cm

i cea exterioar 1 12R r are plasat la mijloc un piston mo-

bil cu lungimea h=20cm i raza1

r . Tubul T1este introdus

etan n tubul T2 cu aceeai lungime avnd raza interioar

2 12r r i cea exterioar 2 13R r . Tuburile i pistonul mo-

bil sunt din acelai material cu densitatea3

2500kg

m .

Dup aducerea pistonului la mijloc, se astup etan tubul T 1cu capacul C1respectiv tubul T2 cu capacul

7/25/2019 10_2016_OJF_subiect.pdf

3/3

Pagina 3 din 3



Olimpiada de Fizic


SubiecteX

C2aa cum se observ n figura alturat. Se consider acceleraia gravitaional 210m

gs

i 2 10

.

a)

Calculeazdensitatea aerului din compartimentele separate de piston, dacpresiunea este 50

10P Pa ,

temperatura T= 300K, masa molar 29 g

mol i 8,31

JR

mol K

;

b) Tuburile se afl pe o suprafa orizontal i

se acioneaz cu fore orizontale egale cavaloare i de sensuri opuse pe axa longitu-dinal. Ce valoare au forele pentru ca pis-tonul mobil s ias pe jumtate din tubulT1considernd deplasrile fr frecare i foar-te lente, masa i temperatura aerului din in-

terior fiind tot timpul constante.c)

Se suspend tuburile pe vertical, pe rnd,de capacul C2 fiind fixat tubul T2 i apoi de capacul C1fiind

fixat tubul T1. Calculeaz distanele 2y de la capacul fixat

C2 , respectiv 1y de la capacul fixat C1pn la pistonul

mobil n cele dou situaii. Se consider capacele de di-mensiuni i mase neglijabile i foarte bine lipite fiecare detub, iar n aceste cazuri deplasrile sunt fr frecare i foa r-te lente, masa i temperatura aerului din interior fiind tottimpul constante.

Subiect propus (n ordine alfabetic) de:

prof. Florin MoraruColegiul Naional Nicolae Blcescu, Brilaprof. Ioan PopColegiul Naional Mihai Eminescu, Satu Mare

prof. Victor StoicaInspectoratul colar al Municipiului Bucureti

Documents

10_2016_OJF_subiect.pdf