Naloge iz OSNOV FIZIKE - 1.del

NALOGE za OSNOVE FIZIKE BI-KE, 1. del -nov. 20051. Stekleni kozarec, ki je deloma napolnjen z vodo, položiš v pomivalno korito. Kozarec imamaso 390 g in napolnjen do vrha lahko sprejme 0,5 l vode. V korito nato prične dotekativoda. Z eksperimentom ugotoviš, da če je kozarec napolnjen manj kot do polovice, bozaplaval, če pa je kozarec napolnjen več kot do polovice, bo ostal kozarec na tleh korita,čeravno bo voda v koritu segala do vrha kozarca. Kolikšna je gostota stekla? (2,8 kg/dm 3 ).Namig: potrebno je izračunati prostornino steklenega dela kozarca.2. Pri merjenju krvnega tlaka smo na živosrebrnem manometru, sestavljenem iz U cevke,odčitali vrednost 155 mm Hg za sistolični krvni tlak. Ta vrednost ustreza višinski razlikimed gladinama živega srebra v obeh krakov v U cevki. Izračunaj ta tlak v kPa, če veš, daje gostota živega srebra 13,6 kg/dm 3 .3. V filmu Tarzan je prikazano, kako se Tarzan skrije pred napadalci pod vodo in diha skozidolgo slamico. Tlačna razlika, ki jo pljuča še prenesejo je približno 0,5 bar. Izračunajte,kako globoko je bil lahko največ potopljen Tarzan! Rešitev: do 5 m4. Kolikšna je razlika v krvnem tlaku med vrhom glave in nogami pri 2,00 m visokemčloveku v pokončni stoji?5. Če 78 kg težak moški stoji v vodi, ki mu sega do bokov, je njegova efektivna masa 54 kg.Ocenite kolikšna je masa posamezne noge. Upoštevajte, kot da je gostota celotnega telesapribližno 1,0 g/cm 3 . Rešitev: 12 kg6. Kroglica s premerom 4 mm pada enakomerno v olju z viskoznostjo 0,33 Ns/m 2 . Sštoparico in metrom izmerimo, da prepotuje v času 5,4 s razdaljo 0,94 m. Gostota krogliceje 8 g/cm 3 . Kolikšna je gostota snovi, v kateri pada kroglica? S kolikšno hitrostjo bipadala kroglica, če bi bil polmer kroglice 2-krat manjši? Rešitev: 0.9 g/cm 3 ; s 4×manjšo7. Polmer aorte je približno 1,0 cm, hitrost, s katero kri teče skoznjo pa približno 30 cm/s.Oceni približno povprečno hitrost krvi v kapilarah. Namig: čeprav je ena sama kapilarazelo tanka in ima premer reda 8×10 -4 cm, je le teh zelo veliko, tako da je njihov efektivnipresek približno 2000 cm 2 . Rešitev: 0.047 cm/s8. Primerjajmo pretoka krvi po 2 žilah pri enaki razliki tlakov; žili se razlikujeta samo popolmeru. Za koliko % je manjši oziroma večji polmer žile, če je pretok skozi to žilomanjši za 75% od pretoka skozi drugo žilo. Upoštevaj Poiseuillov zakon. Koeficientviskoznosti krvi je približno 4×10 -3 Pa s. Rešitev: manjši za 29%.9. Intervensko infuzijo pogosto izvajamo tako, da tekočino dovajamo v žilo preko steklenice,ki je na določeni višini obešena ob bolniku. Denimo, da ima tekočina gostoto 1 g/cm 3 .Nad katero višino moramo postaviti steklenico, da tekočina iz steklenice vstopi v žilo.Tlak krvi v veni ocenite sami. Gostota živega srebra je 13,6 g/cm 3 . Rešitev: približno večkot 25 cm.10. Koliko cm 3 krvi preteče skozi 100 mm dolg odsek žile s konstantnim premerom 2,0 mm v30 sekundah. Razlika tlaka med začetnim in končnim delom žile je 5,0 mm Hg.Koeficient viskoznosti krvi je 4,0×10 -3 Pa s, gostota pa 1,05 g/cm 3 .

11. Skakalec v višino preskoči oviro na višini 2,35 m. V najvišji točki leta ima hitrost 3,0 m/sv vodoravni smeri. Izračunaj hitrost in kot pod katerim pade skakalec na blazino, ki je 1,0m nad tlemi. Nalogo reši na dva načina: a) s pomočjo energijskega zakona in b) s pomočjoenačb iz kinematike. Upor zraka zanemari. Rešitev: v=7.5 m/s, φ=66 o12. Smučarja na vodi vleče gliser s konstantno horizontalno usmerjeno silo 100 N. Smučar segiblje premo enakomerno s hitrostjo 36 km/h. Kolikšno je delo sile upora na smučarja včasu 10 s. Rešitev: 10 kJ13. Pri poševnem metu, pri katerem ne upoštevamo zračnega upora, izračunamo domet telesapo enačbi2v0 D = sin(2α)g ,kjer je v 0 začetna hitrost telesa, g težni pospešek in α kot, ki ga začetna hitrost telesaoklepa z vodoravnico.a) Skicirajte tir telesa za poljubno izbrano začetno hitrost, pri treh različnih vrednostihkota α (30 0 , 45 0 in 60 0 ).b) Pri katerem kotu α je domet telesa največji ? Utemeljite s pomočjo zgornje enačbe!c) Narišite diagram D = D (α) pri čemer naj se α spreminja na intervalu (0, 90 0 ).Ostali podatki so: g = 9,8 m/s 2 , v 0 = 10 m/s.14. Vzmet s konstanto 0,5 Nm -1 na katero je pripeta utež z maso m oscilira na gladki podlagi.Ko se utež nahaja pri x 1 =0,1 m ima hitrost v 1 = -1m/s, pri x 2 = -0,2 m, pa ima hitrost v 2 =0,5 m/s. Kolikšna je masa uteži in s kolikšno amplitudo niha utež?15. Telo z maso 400 g niha tako, da se njen odmik spreminja po naslednji enačbi:x=0,25m×sin(5,50s -1 ×t). Določi amplitudo, frekvenco, periodo in totalno energijo nihanja.Kolikšni sta kinetična in potencialna energija, ko se nihalo nahaja pri odmiku 10 cm?Skiciraj graf odmika v odvisnosti od časa.16. Kolikšna je moč osebe, ki vleče 50 N težke sani s 40 kilogramskim tovorom, v klanec znagibom 10 0 s konstantno hitrostjo 1,5 m/s? Koeficient trenja med snegom in sanmi je0,05.17. Metalec kladiva zavrti 7.3 kg težko kladivo na vrvici z dolžino 1,2 m s frekvenco 2 s -1 .Dolžina njegove roke je 0,8 m. Izračunajte obhodni čas kladiva, obodno hitrost kladiva,vrtilno količino kladiva, silo v vrvici oz. roki. Rešitev: a) 0,5 s b) 25 m/s c) 3,7 kg m s -1 d)F = 2,3×10 3 N18. Slika prikazuje odvisnost hitrosti od časa za nedušeni harmonski oscilator. Z grafa odčitajnihajni čas in izračunaj kotno hitrost. Kje je nihalo ob času 1,5 s, če je začetni odmik 0.(odgovor utemelji)? Na podlagi diagrama z izračunom ugotovi kolikšen je pospešeknihala ob časih 1,5 s; 2,0 s; 2,5 s. Rešitev: t o =2 s, ω=π s -1 , x(1,5 s)=x 0 =0.19 m, a(1.5 s)=a(2.5s)= 1.9 m/s 2 , a(2.0 s)=0

19. V veslaškem čolnu deluje vsak veslač na držaj vesla s silo 5,4 × 10 2 N v vodoravni smeri.V vsakem zavesljaju prepotuje držaj pot 0,60 m. Če je število vesljajev 34 min -1 določitemoč osmih veslačev. Rešitev: 1,5 KW20. S pogoji za statično ravnovesje izračunajte silo T v Ahilovi tetivi in velikost ter smer sileF. Pomagajte si s sliko. Podatki: N=1/2 mg = 300 N, α = 38 0 .21. S pomočjo pogojev za statično ravnovesje določite silo (T) s katero mora delovatiramenska mišica, da lahko držimo roko v iztegnjenem položaju, ter velikost in smer sile(F) v ramenskem sklepu. Poenostavljeni poligon sil prikazuje spodnja desna slika. Ostalipodatki so: masa kosti in mišic 5 kg, α=17 0 , l 1 =32,5 cm, l 2 = 15,0 cm.

22. V dlani držimo utež z maso 5kg, ko je nadlahtnica dvignjena navpično navzgor,podlahtnica pa je obrnjena nazaj in oklepa kot 90 o z nadlahtnico, kakor prikazuje slika. Pritem upoštevamo, da silo ustvarja samo iztegovalka triceps, sile v vseh ostalih mišicah paso enake 0. Os vrtenja je označena, prijemališče mišice iztegovalke prav tako.Upoštevamo tudi, da je masa podlahtnice 2 kg in da je njeno težišče na razdalji 15 cm odvrtišča. Težišče uteži je na razdalji 30 cm od vrtišča.a) Izdelajte diagram sil; pri tem ne pozabite na silo v komolcu.b) Izračunajte silo F M v nadlahtni mišici triceps (mišica iztegovalka).Utež dvignemo tako, da podlahtnico premaknemo v navpično lego.c) Izračunajte, za koliko cm se pri tem dvigne skupno težišče spodnjega dela roke inuteži. Namig: izračunajte lego skupnega težišča podlahtnice in uteži.č) Ocenite, koliko dela pri tem dvigu opravite. Namig: uporabite izrek o potencialnienergiji.d) Kolikšna je povprečna moč mišice, če izteg traja 0,5 s?23. Eritrocit se nahaja v raztopini NaCl s koncentracijo 150 mmol/l. Nato v raztopino dodamosaharozo, tako da je koncentracija saharoze v raztopini 50 mmol/l. Privzamemo, da jecelična membrana popolnoma neprepustna za Na + in Cl - ione ter molekule saharoze. Zakoliko se spremeni volumen eritrocita? Rešitve: ∆V = - (1/7) V začetni24. V živčni celici (aksonu) znaša mirovni potencial za Cl- ione – 80 mV. Skicirajte celičnomembrano in določite smer električnega polja v membrani. Določite koncentracijoklorovih ionov znotraj celice pri T = 370 o C, če je koncentracija klorovih ionov zunajcelice enaka 110 mol/m 3 in če so klorovi ioni v ravnovesju.Izračunajte koliko Cl - ionov jev notranjosti, če opazujemo 1 cm dolg segment aksona s polmerom 5 µm. Za koliko sespremeni število Cl - ionov v celici v času 30 s, če se preko membrane vzpostavi snovnitok klorovih ionov 10 -6 mol/m 2 s v notranjost celice.25. Gostota snovnega toka neke snovi preko celične membrane je 10 -5 mol/m 2 s. Valenčnoštevilo za molekule te snovi je +1. Površina membrane celice je 300 µm 2 .Izračunajte koliko molekul te snovi pride preko membrane v času 0,5 minute.Izračunajte kolikšen je električni tok preko membrane.26. Imamo 0,1 mol enoatomnega idealnega plina helija. Na plinu opravimo krožen proces, kije prikazan na spodnji sliki. Začnemo v točki 1 in nato nadaljujemo v 2 in 3.

Izračunajte temperaturo plina v točki 1.Ali je sprememba stanja plina iz točke 1 v točko 2 izotermna ? Utemeljite!Izračunajte delo pri krožni spremembi 1→ 2 → 3.Izračunajte povprečno kinetično energijo in povprečno hitrost molekul plina v stanju 1Izračunajte notranjo energijo plina v stanju 1.Rešitve: a) T = 240 K, c) A= 100 J, d) W kin =5×10 -21 J, v = 1200 m/s e) W n = 300 J27. Enemu kubičnemu metru zraka pri temperaturi 0°C in tlaku 1 bar dovedemo prikonstantnem tlaku toploto Q tako, da ga razpnemo na dvakratno prostornino. Specifičnatoplota zraka pri stalnem tlaku je c p =1010 J kg -1 K -1 . Upoštevajte, da je zrak sestavljen iz20% kisika (O 2 ) in 80% dušika (N 2 ). Izračunajte: a) koliko toplote je pri tem sprejel zrak,b) koliko dela je pri tem opravil zrak, c) kolikšna je njegova sprememba notranje energije.Rešitev: a) 3,52 x 10 5 J, b) - 1 x 10 5 J, c) 2,52 x 10 5 .28. 5 molov idealnega plina H 2 se nahaja v zaprti posodi z volumnom 3 l. Nato skozi majhnoodprtino v posodo dovajamo molekule helija, dokler ni gostota molekul He v posodienaka 1/3 gostote molekul H 2 . Tudi helij obravnavamo kot idealni plin.Koliko molekul helija smo dovedli v posodo?Kolikšna sta delna tlaka vodika in helija v tej posodi pri sobni temperaturi?Kolikšen je skupen tlak mešanice plinov?Kolikšna je notranja energija mešanice plinov pri sobni temperaturi?29. V 0,4 kg vode s temperaturo 20°C potopimo 0,1 kg ledu s temperaturo -8°C. Iz česa jesestavljena končna zmes in kolikšna je končna temperatura? Rešitev: 0 o C, 5 g ledu, 495 gvode30. Koliko vodne pare s temperaturo 100 o C moramo napeljati v 1 kg ledu s temperaturo –5 o C,da se bo ravno ves led stopil? Za koliko se spremeni skupna entropija sistema? Rešitev:0,127 kg, +313 J/K31. Plinski termometer , v katerem je 5 cm 3 plina, merjeno pri 0°C, ima cevko z notranjimpremerom 2 mm. Kako dolga je stopinja na skali, če merimo spremembe prostornine pristalnem tlaku?