1. Изобразите силы, действующие на роторный парус.

2. Какие преимущества имеет роторный парус перед обычным?

3. Почему некоторые корабли с роторными парусами могут двигаться против ветра быстрее, чем по ветру? От чего зависит эта способность?

4. Почему пока такие корабли встречаются редко? Какие условия могут сделать их более популярными?

1. Второй закон Ньютона

   1. Автомобиль массой 1200 кг, разогнавшись до скорости 60 км/ч, выключает двигатель и едет по инерции или, как говорят автомобилисты, «накатом». Если его ходовая часть в порядке, он должен проехать до остановки не менее 500 м. Будем считать его движение равнозамедленным.

      1. Чему равна действующая на него сила?

      2. Сколько времени продолжается его движение до остановки?

      3. Какова средняя скорость его движения?

      4. Согласуется ли полученное значение силы с тем фактом, что по ровной дороге один человек может толкать автомобиль? Зачем тогда автомобилю двигатель в 1000 раз мощнее человека?

   2. Легковой автомобиль массой 1300 кг разгоняется до 100 км/ч за 8 секунд. Будем считать его движение равноускоренным.

      1. Какую силу ему необходимо развивать?

      2. Во сколько раз эта сила больше той, которая нужна для равномерного движения? (примерно 300 Н)

      3. Если сила, нужная для равномерного движения, во много раз меньше силы, нужной для разгона, как можно воспользоваться этим фактом для разработки экономичного автомобиля?

2. Третий закон Ньютона

   1. Какие тела взаимодействуют друг с другом в каждом случае, рассмотренным в задании 19.1? Какие изменения происходят в движении каждого физического тела в результате взаимодействия?

   2. В некоторых странах значительная часть жителей живут в селениях, не подключенных к централизованному электроснабжению. Они вырабатывают электроэнергию с помощью небольших генераторов, снабженных велосипедными педалями.

      1. Изобразите силы, действующие между ступней и педалью.

      2. Какая из этих сил больше?

      3. Какие недостатки у такого способа выработки электроэнергии?

      4. Какие методы получения электроэнергии вы предложили бы жителям таких поселений?

3. Импульс

   1. Водовод Рыбинской ГЭС имеет объем примерно 3000 м³, вода в нем движется со средней скоростью 15 м/с.

      1. Найдите величину импульса движущейся воды.

      2. Площадь Рыбинского водохранилища составляет 4500 км². Ветроэлектростанции (ВЭС) обычно имеют высоту до 100 м. Какой импульс имеет стометровый слой воздуха над Рыбинским водохранилищем при скорости ветра 5 м/с.

      3. Во сколько раз импульс воздуха больше импульса воды?

      4. Почему гидроэлектростанции в России строили и строят гораздо чаще, чем ВЭС?

      5. Почему сейчас в мире общая мощность ВЭС растет гораздо быстрее, чем мощность ГЭС?

4. Закон сохранения импульса

   1. Воздух, налетающий на лопасти ветрогенератора, имеет скорость 17 м/с. После взаимодействия с лопастями воздух движется со скоростью 12 м/с.

      1. С какой силой давит ветер на лопасти ветрогенератора, если каждую секунду о лопасти ударяется 10 м³ воздуха?

      2. Какие преимущества имеют ветроэлектростанции перед другими типами электростанций?

      3. Какие проблемы сдерживают их широкое распространение?

      4. Оцените размеры лопастей ветрогенератора в данной задаче.

5. *Реактивное движение

   1. Приведите примеры живых существ, использующих реактивный эффект для передвижения. Какие преимущества перед другими животными дает реактивный способ передвижения?

   2. Можно ли использовать реактивный эффект для выработки электроэнергии? Предложите варианты (можно и не слишком серьезные) таких устройств.

6. Сила упругости. Закон Гука

   1. Рассмотрите схему устройства волновой электростанции (рис. 21 на обложке). Объясните, где здесь возникают силы упругости и как они используются для выработки энергии.

      1. Знаете ли вы примеры реально действующих волновых электростанций? Есть ли они в России?

      2. Где создание таких электростанций наиболее эффективно? Почему?

   2. Нарисуйте силы, действующие внутри горизонтально расположенной ветки дерева.

      1. Какая часть ветки сжата, а какая растянута?

      2. Если отклонить ветку дерева и привязать ее так, чтобы она росла горизонтально, через некоторое время непривязанная часть ветки начнет искривляться так, чтобы стать вертикальной. Какая часть древесины при этом растет быстрее – сжатая или растянутая?

      3. Обсудите на уроке биологии, какие процессы обеспечивают более быстрый рост одних участков древесины по сравнению с другими.

7. Сила трения

   1. При таянии ледников (не только в горах, но и в Гренландии и даже в Антарктиде) часть воды утекает через трещины под лед и создает водяную прослойку под ледником. В результате скорость соскальзывания (дрейфа) ледника в океан увеличивается во много раз.

      1. Объясните причины увеличения скорости соскальзывания ледников.

      2. Что происходит с небольшой трещиной во льду после того, как по ней начинает течь струйка воды?

      3. Что происходит с кусками льда после соскальзывания в океан?

      4. Найдите примеры ледников, которые стали двигаться быстрее в последние годы.

      5. О чем свидетельствует ускорение движения ледников в последние годы?

   2. Объясните, почему увеличение количества осадков в горных райо­нах приводит к тому, что там чаще возникают селевые потоки.

      1. Какие причины могут приводить к увеличению количества атмосферных осадков?

      2. Может ли играть ту же роль (то есть вызывать селевые потоки) усилившееся таяние горных ледников?

      3. Приведите примеры последствий схода селевых потоков.

   3. Скорость ветра у поверхности Земли очень редко превышает 15-20 м/с. В то же время на высоте нескольких километров воздушные потоки движутся со скоростью 200-250 км/ч.

      1. Почему скорость «верхнего» ветра больше, чем «нижнего»? Во сколько раз?

      2. Как можно использовать такой «верхний ветер» для выработки электроэнергии? Придумайте или найдите в интернете проекты таких электростанций.

      3. Какие преимущества, кроме более сильного ветра, будут иметь такие электростанции перед традиционными ветряками?

   4. Сильный ветер, дующий над большим озером или морем, приводит к тому, что уровень воды у одного берега становится выше, чем у другого. Это явление называется «нагонная вода», и разность уровней на противоположных берегах большого озера может достигать пяти метров.

      1. Нарисуйте схему ее возникновения и направление сил, действующих на воду и на воздух.

      2. Какой вред может приносить такая «нагонная вода» жителям прибрежных районов?

      3. Почему при изменении климата будет увеличиваться разность температур между морем и сушей, а значит, будут усиливаться ветра?

   5. Вал электродвигателя долго вращается после выключения электри­чества. Вал двигателя внутреннего сгорания (ДВС) останавливается сразу после прекращения подачи топлива.

      1. Сравните силы трения, возникающие в ДВС и электродвигателе.

      2. Какой из двигателей будет меньше нагреваться при работе?

      3. Можно ли услышать разницу в звуке автомобиля с ДВС и электромобиля?

      4. Приведите пример двух примерно одинаковых средств общественного транспорта, один из которых оснащен ДВС, а другой – электродвигателем. Сравните их преимущества и недостатки.

      5. Как изменится экологическая ситуация в городах, если в них увеличится доля электромобилей?

8. Сила тяжести

   1. Приведите примеры того, как действие силы тяжести помогает вырабатывать энергию на ГЭС, на приливных электростанциях, на волновых электростанциях.

      1. Играет ли какую-то роль сила тяжести в работе ветроэлектростанций?

   2. В 1992 году произошло извержение вулкана Пинатубо. В атмосферу было выброшено около 10 млрд. т пепла, в результате чего средняя температура на Земле понизилась примерно на 0,5°С.

      1. Чему равна сила тяжести, действовавшая на выброшенный пепел? Во сколько раз она больше силы тяжести, действующей на вас?

      2. Почему выброшенный пепел не упал на землю с ускорением g, а оставался в атмосфере почти два года?

      3. Реально ли использовать такой способ борьбы с парниковым эффектом, распыляя в стратосфере мелкие частички?

   3. Действует ли сила тяжести на облако? На каплю дождя? На частичку пыли или тумана? Почему их движение так сильно отличается от движения падающего камня?

9. Свободное падение

   1. Время свободного падения воды на лопатки турбины составляет от 1,5 до 6 секунд.

      1. Какую скорость имеет вода в момент удара о лопатки турбины?

      2. Как действует удар о лопатки турбины на водные организмы?

      3. Как влияет удар о лопатки турбины на растворенный в воде кислород? К каким последствиям для дыхания и размножения рыб приводит строительство плотин на реках?

   2. Пыль, содержащаяся в воздухе, является одним из загрязнителей. Для пыли в воздухе установлена предельно допустимая концентрация, как и для ядовитых веществ.

      1. Почему пылинки не падают вниз с ускорением g?

      2. Почему пыль в городе особенна вредная?

      3. Почему после Чернобыльской катастрофы частицы радиоактивной пыли были обнаружены по всему миру?

      4. Как будет сказываться на запыленности нижних слоев атмосферы усиление ветров и уменьшение количества осадков?

10. *Вес тела. Перегрузка

    1. Водохранилища ГЭС часто строят там, где река течет в глубоком узком ущелье.

       1. Объясните, почему так делают.

       2. Нарисуйте силы, действующие в таком водохранилище на воду и на стенки ущелья со стороны воды.

       3. Сравните по величине силу тяжести, вес воды и силу давления воды на стенку ущелья.

       4. Объясните, почему создание плотин и водохранилищ в горных ущельях может приводить к увеличению количества землетрясений.

11. *Невесомость

    1. При выращивании растений в невесомости и стебли, и корни вырастают причудливо искривленными, а на Земле ствол быстро выпрямляется, даже если растение посадить горизонтально.

       1. Нарисуйте силы, действующие на горизонтально посаженный ствол растения.

       2. Какие области ствола должны расти быстрее, чтобы растение искривлялось в нужную сторону?

       3. Попытайтесь найти объяснение того, как сила тяжести может вынуждать ствол или стебель изгибаться в нужную сторону.

    2. Пыль на улице и даже в помещении, где нет ветра, ведет себя так, как будто на нее не действует сила тяжести.

       1. Почему так происходит?

       2. Чем отличается поведение пыли в невесомости и на Земле?

       3. Какой вред приносит живым существам домашняя и уличная пыль?

       4. Чем отличается городская и природная пыль?

       5. Почему врачи рекомендуют брать ребенка на руки, если приходится идти с ним вдоль автодороги?

12. *Центр тяжести тела

    1. Моряки, плавающие в полярных морях, наблюдают иногда внезапное самопроизвольное переворачивание огромных айсбергов.

       1. Поднимается или опускается при переворачивании центр тяжести айсберга?

       2. Какой процесс, происходящий с подводной частью айсберга, вызывает переворачивание?

       3. Почему ускоренное сползание ледников в океан приводит к их ускоренному таянию? Какими неприятностями грозит ускорившееся образование айсбергов?

    2. Изобразите на рисунке примерное положение центра тяжести и точки опоры у растущего дерева.

       1. Устойчиво ли его положение равновесия?

       2. Почему деревья выдерживают, не падая, даже сильный ветер?

       3. Почему при сильном ветре часть деревьев все-таки падает?

       4. Как может измениться ситуация, если в результате изменений климата деревья станут слабее, а ветра усилятся?

13. Закон всемирного тяготения

    1. В результате глобальных изменений климата меняется масса льда в Гренландии.

       1. Как влияет на массу ледникового щита Гренландии усилившееся таяние ледника и увеличившаяся скорость его соскальзывания в океан?

       2. Из-за глобального потепления тает многолетний плавучий лед в Арктике. Из-за этого повышается испарение воды и увеличивается количество атмосферных осадков. Как влияет на массу гренландского льда этот процесс?

       3. Как под влиянием этих двух процессов изменяется масса гренландского льда?

       4. Чтобы точно измерить массу гренландского льда, в космос были выведены два спутника, летающие по одной орбите на небольшом расстоянии друг от друга. Специальная аппаратура очень точно измеряла, как меняется расстояние между спутниками. Почему измерение расстояния позволило узнать массу льда?

    2. Объясните принцип действия приливных электростанций.

       1. Почему высота прилива в одних местах больше, чем в других?

       2. Какие недостатки приливных электростанций мешают их широкому распространению?

14. *Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира

    1. Почему открытие Галилеем спутников у Юпитера нанесло существенный удар геоцентрической системе мира, хотя это открытие совсем не относилось к Земле?

    2. Среди природных факторов, влияющих на климат Земли, метеорологи называют положение крупных планет, в первую очередь Юпитера.

       1. За счет чего Юпитер может влиять на климат Земли?

       2. Как меняется орбита Земли в зависимости от положения Юпитера на своей орбите?

       3. Каков предположительный цикл этого влияния?

       4. Почему этот цикл может нарушаться?

    3. Предположим, что начальные условия на всех каменистых планетах были примерно одинаковыми, так как они формировались из одного и того же газопылевого облака. И на Марсе, и на Венере должна была образоваться вода.

       1. На Земле водяной пар является главным парниковым газом, он обеспечивает 80% парникового эффекта, то есть повышает среднюю температуру Земли на 25°С. Какую роль играет водяной пар в парниковом эффекте на Марсе и на Венере? А углекислый газ?

       2. Как можно объяснить, почему сейчас климат на трех планетах так сильно различается?

    4. На Земле почти вся вода находится в жидком состоянии.

       1. Как влияет на климат количество «нежидкой» (твердой или газообразной) воды?

       2. А как влияет климат на количество «нежидкой» воды?

       3. Почему ученые считают, что климат Земли может измениться довольно сильно, а климат Марса и Венеры, скорее всего, будет неизменным миллионы лет?

    5. Радиоактивные отходы атомной промышленности настолько опасны, что для их надежного захоронения рассматривается даже космос.

       1. Самый дешевый «космический» способ хранения – в контейнере, летающем вокруг Земли, подобно спутникам и орбитальным станциям. Почему этот способ является гораздо более опасным, чем хранение на Земле?

       2. Самый надежный способ избавиться от радиоактивных отходов – «уронить» их на Солнце. Почему для падения на Солнце ракете требуется огромное количество топлива, гораздо больше, чем для полета на Луну или для вылета из Солнечной системы?

       3. В качестве «космического склада» радиоактивных отходов рассматривалась и Луна. Какие недостатки есть у хранения их на Луне?

       4. Может ли быть дешевой «атомная» электроэнергия, если ее производство сопровождается такими опасными отходами, утилизация которых обходится очень дорого? Какие потребности, кроме выработки электроэнергии, были главными при развитии атомной промышленности?

15. Работа

    1. Сила, необходимая для равномерного движения легкового автомобиля, равна приблизительно 300 Н.

       1. Какую работу нужно совершить для перемещения автомобиля на 100 км?

       2. Выразите эту работу в кВт*ч. Сколько стóит такое количество электроэнергии в вашем городе? Какой автомобиль мог бы ездить, получая энергию «из розетки»?

       3. Сколько денег нужно потратить, чтобы проехать 100 км на автомобиле с бензиновым двигателем? Во сколько раз электромобили экономичнее бензиновых? Дизельных? Газовых?

       4. Попробуйте решить эту задачу, подставив в нее значения для нескольких конкретных марок автомобилей.

    2. Обычный автомобиль в «городском цикле» расходует примерно 10 л бензина на 100 км.

       1. Сколько стóит бензин для одного «городского цикла»?

       2. Электромобиль тратит энергию только на преодоление силы трения, так как кинетическая энергия при торможении возвращается в аккумулятор. Сколько энергии потратит на один «городской цикл» электромобиль, если сила сопротивления движению равна 300 Н?

       3. Выразите эту энергию в кВт*ч. Сколько она стóит в вашем городе?

       4. Во сколько раз электромобиль оказывается выгоднее бензинового?

    3. Ученые утверждают, что вся энергия, используемая человечеством, за исключением атомной и выработанной на приливно-отливных электростанциях, – это преобразованная солнечная энергия.

       1. Рассмотрите основные источники энергии, которые использует человечество:

• тепловые электростанции,

• гидроэлектростанции,

• ветроэлектростанции

и определите, как солнечная энергия преобразуется в механическую работу.