Global EE

Механика — Задание 18 ОГЭ по физике №00046946

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Механика

№2. Задание 18

ID: 00046946

ТЕКСТ ЗАДАЧИ

Рыбы-брызгуны, род лучепёрых рыб семейства Toxotidae отряда окунеобразных, отличаются способностью брызгать водой из-под воды в воздух с целью сбить и впоследствии съесть насекомых, упавших в воду.

Рыбы-брызгуны отличаются меткостью, практически всегда поражая «плевком» воды свою цель. Длина «выстрела» составляет 1—2 метра в зависимости от размера рыбы. Для стрельбы водой брызгун замирает у поверхности воды прямо под жертвой вверх головой и резким движением жаберных крышек направляет воду на жертву.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Чтобы разобраться в механизме такого уникального способа охоты, физики засняли процесс охоты полосатого брызгуна на сверхскоростную видеокамеру со скоростью съёмки 1000 кадров в секунду и получили динамические характеристики струи (см. рисунок 1).

Анализ видеокадров показал, что струя вылетает изо рта брызгуна с большим ускорением. Ускорение быстро уменьшается и падает до нуля за 15 мс, скорость выплюнутой рыбой воды при этом достигает 4 мсмс.

В процессе «плевка» рыба постепенно увеличивает скорость выплёвываемой жидкости, получается, что начало выпущенной струи движется с меньшей скоростью, чем её окончание. В струе можно выделить большую головную часть (движущуюся с меньшей скоростью) и тонкий «хвост» (движущийся с большей скоростью).

Перед попаданием в цель масса и размер головной части струи увеличиваются за счёт перетекания жидкости из хвостовой части, а длина хвостовой части уменьшается. Это позволяет поразить насекомое максимальным количеством жидкости за минимальное время.

По расчётам учёных струя воды в момент удара о насекомое действует на него с силой около 200 мН. Среднее насекомое (например, муха или клоп) массой около 100 мг обычно цепляется за ветку с силой примерно 20 мН. Таким образом, сила струи при ударе почти на порядок превышает силу, с которой жертва хватается за ветку, что объясняет лёгкость, с которой сбивается насекомое.

ВОПРОС

На рисунке 2 изображена цилиндрическая модель струи, выпущенной рыбой-брызгуном, в различные моменты времени после «плевка». В какой(-ие) момент(ы) времени сила удара струи о препятствие будет наибольшей? Ответ поясните. Считать, что скорость передней и задней частей струи в процессе движения не меняется, а после удара струя не отражается.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Источник: Удалено из банка ФИПИ ОГЭ

Решение

Струя движется, поэтому она обладает некоторым импульсом. Масса струи от момента А к моменту В не меняется: вода только перетекает из хвостовой части в головную. Скорости переднего и заднего концов струи тоже не меняются. Значит, импульс струи во всех трёх случаях одинаковый и равен $p$.

В условии сказано, что после удара струя не отражается, значит, её конечный импульс равен 0. Изменение импульса:

$\Delta p = 0 - p = -p$,

то есть по модулю изменение импульса во всех случаях одинаково и равно $p$.

Запишем второй закон Ньютона через изменение импульса (для модуля средней силы удара):

$F = \dfrac{\Delta p}{\Delta t}$.

Если модуль изменения импульса во всех случаях одинаков, то сила удара зависит только от времени взаимодействия $\Delta t$. Это время, за которое вся струя, от передней части до задней, достигнет препятствия. Скорости во всех случаях одинаковы, а длина струи в момент В наименьшая. Значит, время взаимодействия в момент В будет наименьшим.

Следовательно, наибольшая сила удара струи будет в момент В.

Ответ

В момент времени В.

Другие задания по теме «Механика» (8)