1 ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» Комплекс предметов «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ (предмет ФИЗИКА)» МАТЕРИАЛЫ ОЛИМПИАДНЫХ ЗАДАНИЙ 2012-2013 УЧЕБНЫЙ ГОД Олимпиада школьников «Шаг в будущее» по направлению «Техника и технологии (физика)» проводил Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (научно-образовательные и академические соревнования) при участии Калужского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана (академическое соревнование), Липецкого государственного технического университета (академическое соревнование). Основными целями Олимпиады являются: выявление и развитие у обучающихся профильных творческих способностей и интереса к научноисследовательской деятельности; формирование ключевых компетенций, профессионально-значимых качеств личности и мотивации к практическому применению предметных знаний; создание необходимых условий для поддержки творчески одаренных детей; научное просвещение и целенаправленная профессиональная ориентация учащейся молодежи; распространение и популяризация научных знаний; формирование состава студентов высших учебных заведений из граждан, наиболее способных и подготовленных к освоению программ высшего профессионального образования. Олимпиада включает в себя два вида конкурсных испытаний: научнообразовательное соревнование и академическое соревнование. Каждое конкурсное испытание проводится в два этапа. Первый этап проводится в очной, очно-заочной формах, в том числе с использованием информационных технологий удаленного доступа. Второй (заключительный) этап проводится только в очной форме. Научно-образовательное соревнование Научно-образовательное соревнование включает: - научно-образовательную программу «Шаг в будущее, Россия»; - научно-образовательную программу «Шаг в будущее, Москва»; - научно-образовательную программу «Шаг в будущее, Космонавтика». Первый этап научно-образовательного соревнования организуется на федерально-окружных соревнованиях Олимпиады «Шаг в будущее» и на конкурсных научных мероприятиях организаций – официальных участников научнообразовательных программ «Шаг в будущее, Россия», «Шаг в будущее, Москва» и «Шаг в будущее, Космонавтика» в период с 1 сентября 2012 года по 31 января 2013 года. Второй (заключительный) этап научно-образовательного соревнования проводился в рамках научно-образовательных программ «Шаг в будущее, Россия», «Шаг в будущее, Москва» и «Шаг в будущее, Космонавтика» в период с 1 февраля по 31 марта 2013 года. Допускалось участие только в одном из мероприятий второго (заключительного) этапа научно-образовательного соревнования. 2 Первый этап проводится в один тур – научно-учебная конференция в очной, очно-заочной формах, в том числе с использованием информационных технологий удаленного доступа. Второй этап проводится только в очной форме в два тура. Первый – научное соревнование – защита научно-исследовательских работ или творческое соревнование. Второй – академический тур, включающий выполнение олимпиадных заданий по общеобразовательному предмету «физика». Для отбора на первый и второй этапы научно-образовательного соревнования участник может представить только одну научно-исследовательскую работу, выполненную без соавторов. Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Центр довузовской подготовки ежегодно проводят Научно-образовательное соревнование Олимпиады школьников «Шаг в будущее» по направлениям: Секция I. Образовательно-реабилитационные технологии (ГУИМЦ) Секция II. Машиностроительные технологии (МТ) Секция III. Информатика и системы управления (ИУ) Секция IV. Системы безопасности (ИУ) Секция V. Приборостроение (ПС) Секция VI. Радио-опто-электроника (РЛ) Секция VII. Биомедицинская техника (БМТ) Секция VIII. Специальное машиностроение (СМ) Секция IX. Энергетика и экология (Э) Секция X. Автоматизация, робототехника и механика (РК) Секция XI. Инженерный бизнес и менеджмент (ИБМ) Секция XII. Фундаментальные науки (прикладная математика и техническая физика) (ФН) Секция XIII. Конструкторская (РК, МТ) На олимпиаду приглашаются учащиеся 5-11 классов образовательных учреждений Москвы, Московской области и регионов России, занимающиеся научноисследовательской деятельностью самостоятельно, в научно-исследовательских лабораториях и на кафедрах МГТУ им. Н.Э. Баумана, в школьных кружках и факультативах, городских и районных Домах творчества, учреждениях дополнительного образования и др. Олимпиада проводится в два тура и два этапа 1-тур – научное соревнование - конференция 2-тур – выполнение олимпиадных заданий по общеобразовательному предмету «физика». Для участия в Олимпиаде необходимо: 1. Определить направление научной работы в соответствии с тематикой выбранного направления. 3 2. Предварительно зарегистрироваться в период с 10 сентября по 12 октября в Оргкомитете. 3. До 1 ноября определить тему научного исследования и сообщить название работы в Оргкомитет. 4. Принять участие в первом туре Олимпиады и до 1 декабря сдать в Оргкомитет аннотацию к научной работе. 5. Представить в период с 1 февраля по 1 марта: заявку на участие в олимпиаде по установленной форме с фотографией; материалы с описанием научно-исследовательской работы. Оргкомитет: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5 МГТУ им. Н.Э.Баумана, Главный корпус, ауд. 357 Центр довузовской подготовки Отдел организационного обеспечения академических и научных мероприятий Телефон: (499) 263-6139 E-mail: cdp@bmstu.ru ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ Работа должна быть выполнена как научное исследование, сравнительный анализ, технический или технологический расчет, новые предположения в области научных, технических, информационных, интеллектуальных технологий. В работе необходимо четко обозначить достижения автора и области применения результатов. Проблема, затронутая в работе, или ее решение, должны быть, по возможности, оригинальными. Ценным является творчество, интеллектуальная продуктивность, открытие и генерации новых идей, может быть даже необычных, но обоснованных. Рефераты на конференцию не принимаются. Работы, заявки и сопровождающие материалы должны быть оформлены и представлены в Оргкомитет в соответствии с необходимыми правилами и требованиями. Срок сдачи работ в период с 1 февраля по 1 марта. Работы, полученные Оргкомитетом, после 1 марта не рассматриваются. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ Работа представляется в печатном виде с иллюстрациями (чертежами, графиками, рисунками, таблицами, фотографиями) и аннотацией (желательно в электронном виде). Работа объемом 15-20 страниц печатается через 1,5 интервала на одной стороне листа. Для иллюстраций отводится дополнительно не более 10 страниц. Напечатанный текст и иллюстрации скрепляются вместе с титульным листом. Титульный лист содержит названия конференции, научное направление, название работы, сведения об авторах (фамилия, имя, отчество, учебное заведение, класс/курс) и научных руководителях (фамилия, имя, отчество, ученая степень, должность, место работы). 4 Напечатанный текст и иллюстрации скрепляются вместе с титульным листом. Если в состав работы входит компьютерная программа, то к работе прилагается CDдиск с работающей программой. Аннотация объемом 1 стр. включает в себя наиболее важные сведения о научноисследовательской работе (цель, способы, методы, выводы), оформляется на отдельном листе и сдается в Оргкомитет до 1 декабря, в работу не вшивается. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОДЕРЖАНИЮ РАБОТЫ Рекомендации по содержанию работы В описании работы должны быть четко разделены следующие части постановка проблемы(задачи), цель и содержание работы, методы ее решения, выводы. В той части работы, которая связана с собственными изысканиями авторов, должны быть освещены: актуальность решаемой проблемы, используемые методы (причины использования данных методов: эффективность, точность, простота и т. п.) сравнение известных и новых предлагаемых методов решения проблемы, предложения по практическому использованию результатов, собственные выводы автора, имеющие научное и практическое значение. Участники, предполагающие выставить свою программную разработку на Выставке-конкурсе программных разработок, должны представить: описание проделанной работы по созданию программного продукта (название работы, ее цель и задачи, новизна, актуальность, изложение алгоритма решения задачи, возможность применения, используемые средства и т. д. — 10-15 стр.); CD - диск с программой; перечень программного обеспечения, необходимого для функционирования программы, особые требования к техническим средствам (видеокарта, звуковая карта и т. п.); рекламный листок формата А4 с описанием программного продукта (отредактированный и оформленный). Для участников Конструкторской секции работа должна содержать: пояснительную записку объемом 7-10 стр., включающую описание назначения детали, прибора или устройства; принцип работы сборочной единицы или устройства, предложения по модернизации; 5 обязательную графическую часть: чертеж общего вида сборочной единицы, чертежи основных составляющих частей; табличку составных частей. Допускается компьютерная распечатка чертежей. Размер листа — только формат А4. Для участников секции Дизайна работа должна содержать: иллюстрированную пояснительную записку объемом 5-10 страниц, с описанием нового дизайн -объекта и этапов предпроектного анализа и поискового проектирования; обязательную графическую часть, включающую концептуальные идеи нового дизайн -объекта с визуализацией в виде форэскизов, скетчей, рисунков, демонстрационных листов, выполненных от руки или с использованием компьютерной графики; желательно наличие макетов или прототипов дизайн — объекта. При сдаче работы при себе необходимо иметь: заявку на участие в олимпиаде — 2 экземпляра (один экземпляр заявки с фотографией — оригинал, второй экземпляр заявки — копия); Паспорт и копию паспорта; электронную версию работы в формате Microsoft Word(.doc) на CD-R(RW) диске. СПИСОК СЕКЦИЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА» СЕКЦИЯ I. Машиностроительные технологии Подсекция 1. Металлорежущие станки Подсекция 2. Инструментальная техники и технологии Подсекция 3. Технологии машиностроения Подсекция 5. Литейные технологии Подсекция 6. Технологии обработки давлением, промышленный дизайн Подсекция 7. Технологии сварки и диагностики Подсекция 8. Материаловедение Подсекция 9. Оборудование и технологии прокатки Подсекция 10. Электронные технологии в машиностроении Подсекция 11. Лазерные технологии в машиностроении Подсекция 12. Реновационные технологии в машиностроении СЕКЦИЯ II. Информатика и системы управления Подсекция 1. Интеллектуальные системы управления Подсекция 2. Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации Подсекция 3. Информационные системы и телекоммуникации Подсекция 4. Наукоемкие технологии в проектировании и производстве электронно-вычислительных и телекоммуникационных систем Подсекция 5. Системы обработки информации и управления Подсекция 6. Компьютерные системы 6 Подсекция 7. Программное обеспечение и информационные технологии – Выставкаконкурс программных разработок СЕКЦИЯ III. Системы безопасности Подсекция 1. Информационная безопасность Подсекция 2. Защита информации СЕКЦИЯ IV.Приборостроение СЕКЦИЯ V. Радио-опто-электроника Подсекция 1. Оптико-электронные приборы и системы Подсекция 2. Радиоэлектроника СЕКЦИЯ VI. Биомедицинская техника Подсекция 1. Биомедицинские технические системы Подсекция 2. Медико-технические информационные технологии СЕКЦИЯ VII. Специальное машиностроение Подсекция 1. Машиностроение Подсекция 2. Импульсные технологии в машиностроении СЕКЦИЯ VIII. Энергетика и экология Подсекция 1. Поршневые двигатели Подсекция 2. Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки Подсекция 3. Холодильная и криогенная техника систем кондиционирования и жизнеобеспечения Подсекция 4. Вакуумная и компрессорная техника Подсекция 5. Теплофизика Подсекция 6. Ядерные реакторы и установки Подсекция 7. Плазменные и энергетические установки Подсекция 8. Промышленная экология Подсекция 9. Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика СЕКЦИЯ VIII. Автоматизация, робототехника и механика СЕКЦИЯ IX. Инженерный бизнес и менеджмент Подсекция 1. Экономика и организация производства Подсекция 2. Промышленная логистика и инновационное предпринимательство Подсекция 3. Менеджмент Подсекция 4. Финансы Подсекция 5. Предпринимательство и внешнеэкономическая деятельность СЕКЦИЯ Х. Фундаментальные науки Подсекция 1. Фундаментальная и прикладная математика Подсекция 2. Техническая физика СЕКЦИЯ XI. Конструкторская СЕКЦИЯ XII. Образовательно-реабилитационные технологии 7 СПИСОК СЕКЦИЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ШАГ В БУДУЩЕЕ, КОСМОНАВТИКА» СЕКЦИЯ № 1. Космические аппараты и ракеты-носители СЕКЦИЯ № 2. Аэрокосмические системы СЕКЦИЯ № 3. Аэродинамическое и баллистическое проектирование, управление полетом ракет-носителей и космических систем СЕКЦИЯ № 4. Автономные радиоэлектронные устройства управления, автоматические системы и робототехника СЕКЦИЯ № 5. Автоматизированные системы специального машиностроения, газодинамические устройства в ракетах-носителях и космических аппаратах СЕКЦИЯ № 6. Стартовые комплексы ракетно-комической техники, планетоходы, научные и промышленные базы на Луне и планетах, монтажные работы в космосе СЕКЦИЯ № 7. Технология изготовления, сборки и испытаний ракетно-космической техники СЕКЦИЯ № 8. Ракетно-космические композиционные конструкции СЕКЦИЯ № 9. Двигательные установки ракет-носителей и космических аппаратов СЕКЦИЯ № 10. Системы кондиционирования и жизнеобеспечения СЕКЦИЯ № 11. Системы управления ракетно-космическими объектами и комплексами летательных аппаратов СЕКЦИЯ № 12. Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации СПИСОК СЕКЦИЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ШАГ В БУДУЩЕЕ, РОССИЯ» СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ СЕКЦИЯ Современне радио-оптические и электронные системы в технике и медицине Новые технологии и материалы Экология техносферы Аэрокосмонавтика Энергетические системы будущего Автоматизация, информационные технологии Техносферная безопасность Прикладная математика Фундаментальная математика Информатика, вычислительная техника, телекоммуникации Информатика и системы управления Инженерный бизнес и менеджмент Математика Физика Техника и инженерное дело Вычислительная техника и программное обеспечение 8 ПРИМЕРЫ ЛУЧШИХ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ СЕКЦИЯ I. Образовательно-реабилитационные технологии Морозов Богдан Анатольевич ГБОУ специальная (коррекционная) общеобразовательная школа – интернат II вида № 22, 12 класс Прибор для обнаружения ультразвука Научный руководитель: Иванов Дмитрий Павлович, учитель информатики школыинтерната № 22 СЕКЦИЯ II. Машиностроительные технологии Костин Петр Алексеевич ГБОУСОШ2017, 11 класс Модель металлорежущего станка с ЧПУ и системой машинного зрения Научный руководитель: Утенков Владимир Михайлович, заведующий кафедрой МТ-1. Селихов Василий Николаевич ГБОУ СОШ №351 г. Москва, 11 класс Контроль температуры окружающей среды Научный руководитель: Васильев Сергей Геннадьевич, к.т.н., доцент кафедры МТ-2. Данько Александра Михайловна Гимназия №1563, 11 класс Определение производительности обработки отверстий разного диаметра в зависимости от использования разных свёрл по критерию минимального времени обработки Научный руководитель: Брылёв Андрей Вячеславович, ст. преподаватель кафедры МТ-3. Мельников Александр Игоревич МБОУ Лицей №1 города Тулы, 11 класс Исследование вентиляционных систем пресс-форм для литья пластмасс под давлением Научный руководитель: Мандрик Александр Александрович ,кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-5. Артамонов Михаил Дмитриевич МБОУ СОШ №6, 11 класс Исследование формоизменения заготовки в процессе ее прошивки пустотелым прошивнем методом конечных элементов Научный руководитель: Алимов Артем Игоревич, ассистент кафедры МТ-6. 9 СЕКЦИЯ III. Информатика и системы управления Кайзер Гайана Оттаровна МОАУ «СОШ №38», г. Орск, 11 класс Интеллектуальный акватеррариум для красноухой черепахи Научный руководитель: Рогова Евгения Александровна, учитель информатики МОАУ «СОШ №38» г. Орск. Сафаров Мурат Альфредович МБОУ «Гимназия №39», г. Уфа, 11 класс Многофункциональный прибор для демонстрации и изучения электрических явлений Научный руководитель: Аитов Иршат Лутфуллович, доцент УГАТУ, к.т.н., г. Уфа Евтухов Александр Андреевич ГБОУ Лицей №1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана, 11 класс Подсистема автоматического слежения за транспортными средствами Научный руководитель: Андреев Арк Михайлович, доцент кафедры ИУ-6. Островский Андрей Русланович Московская область г. Балашиха, МОУ СОШ №27 11 класс Создание действующей модели робота-манипулятора на основе аппаратновычислительной платформы arduino и отработка алгоритмов управления Научный руководитель: Сибагатулина Галина Надировна, ассистент кафедры ИУ-1. СЕКЦИЯ IV. Системы безопасности Каллистова Наталья Дмитриевна ГБОУ ЦО «Школа здоровья» № 1679, 11 класс Метод гаусса дли решения систем линейных уравнений Научный руководитель: Матвеев Валерий Александрович, д.т.н., профессор, лауреат Госпремий СССР и РФ, заведующий кафедрой ИУ-8. Беляков Иван Александрович МАОУ СОШ №1 им Ф. Я. Фалалеева Дискретное wavelet преобразование сигнала Научный руководитель: Бонч-Бруевич Андрей Михайлович, к.т.н., доцент кафедры ИУ10. СЕКЦИЯ V. Приборостроение 10 Одерков Михаил Дмитриевич Школа № 1, г. Апрелевка, 11 класс Силовые электромеханические системы ориентации и стабилизации КЛА с высокотемпературными сверхпроводящими (ВТСП) опорами Научный руководитель: Сысоев Михаил Алексеевич, зав. лабораторией ПС факультета. Секция VI. Радио-опто-электроника Андроняк Антон Павлович Лицей информационных технологий № 1537, 11 класс Микроконтроллерная система управления пробуждением Научный руководитель: Мыкольников Яков Владимирович, н.с. НИИ РЭТ МГТУ им. Баумана, ст. преподаватель кафедры РЛ-1. Русинова Ксения Эдуардовна Школа №1084, 11 класс Мультигигабайтный голографический диск в оптической системе памяти Научный руководитель: Одиноков Сергей Борисович, доктор технических наук, профессор. Синавчиан Владислав Сергеевич, МОУСОШ №25, г. Люберцы, 11 «Б» класс Анализ работы систем охлаждения компьютера Научный руководитель: Синавчиан Сергей Нилувич, к.т.н., доцент кафедры РЛ-6. СЕКЦИЯ V. Биомедицинская техника Новокшонов Андрей Александрович ГБОУ лицей №1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана, 11 класс Исследование биометрической аутентификации по 3D-изображению лица Научный руководитель: Петрук Владимир Игоревич, аспирант кафедры БМТ-1, младший научный сотрудник НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Гаврилов Гордей Евгеньевич, 11 класс Разработка универсальной электродной системы для проведения импедансных измерений Научный руководитель: Кудашов Иван Александрович, аспирант кафедры БМТ-2. СЕКЦИЯ VI. Специальное машиностроение 11 Печникова Валерия Андреевна ГБОУ СОШ № 351, 11 класс Исследование кумулятивного эффекта на простых опытах Научный руководитель: Федоров Сергей Владимирович, старший преподаватель кафедры СМ-4. Шкарупелов Евгений Сергеевич ЦО 1439, 11 класс Тенденция развития броневой защиты от вов до современности Научный руководитель: Наумов Валерий Николаевич, д.т.н., профессор кафедры СМ-9. Якусевич Владислав Владимирович ГБОУ СОШ №183, 11 класс Исследование основных преимуществ использования пневмокатков и арочных шин на транспортных средствах Научный руководитель: Вержбицкий Александр Николаевич, доцент, к.т.н. СЕКЦИЯ IX. Энергетика и экология Юдевич Денис Олегович МОУ «Гимназия города Раменское» Московской области Четырехтактный прозрачный двигатель для наглядного пособия Научный руководитель: Барченко Филипп Борисович, к.т.н., ассистент Э-2. Комаров Егор Максимович г. Красногорск, МБОУ СОШ №14, 11 класс Газотурбинная установка в системе утилизации попутных нефтяных газов Научный руководитель: Тумашев Рамиль Зарифович, доцент, кандидат технических наук. Тимохин Дмитрий Сергеевич Школа №4, Московская область, г. Кашира, 11 класс Криогенный насос для жидкого водорода Научный руководитель: Леонов Виктор Павлович, доцент кафедры Э-4, кандидат технических наук, член-корреспондент МАХ. Игнашов Артём Дмитриевич ГБОУ Лицей №1580 при МГТУ им. Н. Э. Баумана, 11 класс Вакуумная и компрессорная техника физических установок Научный руководитель: Никулин Николай Константинович, доцент кафедры Э-5. СЕКЦИЯ X. Автоматизация, робототехника и механика 12 Плахтиеко Павел Олович ГБОУ СОШ 2031, 11 класс Исследование работы международных космических станций при возникновении внештатных ситуаций с помощью имитационного моделирования Научный руководитель: Зуев Вячеслав Александрович, к.т.н., доцент кафедры РК-4. Карнаухов Максим Алексеевич МБОУ Лицей г. Железнодорожный, 11класс Определение механических свойств композита карбон Научный руководитель: Букеткин Борис Васильевич, старший преподаватель кафедры РК5. Лещёв Илья Алексеевич МБОУ № 17, 11 класс Моделирование оптических атмосферных явлений Научный руководитель: Волосатова Тамара Михайловна к.т.н., доцент кафедры РК-6. Подлесный Егор Александрович Гимназия №44 г. Пенза, 11 класс. Робототехническое устройство для сборки кубика Рубика» Научный руководитель: Гаврюшин Сергей Сергеевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой РК-9. Зенин Михаил Сергеевич Школа № 21 г. Рязань, 11 класс. Проектирование, изготовление и исследование робота специального назначения Научный руководитель: Котов Евгений Анатольевич, к.т.н., доцент кафедры РК-10. СЕКЦИЯ IX. Инженерный бизнес и менеджмент Лашина Алёна Сергеевна ГБОУ СОШ №368, 11 класс Инновационное развитие автомобильной промышленности Научный руководитель: Клементьева Светлана Вячеславовна, к.э.н., доцент кафедры ИБМ- 2. Валяев Кирилл Павлович МБОУ "СОШ №1 г. Фокино", 11 класс Анализ современных технологий управления цепями поставок Научный руководитель: Захаров Михаил Николаевич, д.т.н., преподаватель кафедры 13 ИБМ-3. Оськина Мария Ильинична ГБОУ Лицей №1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана, 11 класс Организационно-экономическое моделирование процесса управления конкурентоспособностью предприятия - общеобразовательной школой Научный руководитель: Омельченко Ирина Николаевна, д.т.н., д.э.н., профессор, декан факультета ИБМ. СЕКЦИЯ Х. Фундаментальные науки Резниченко Галина Александровна Гимназия № 1534, 11 класс. Выбор оптимальной траектории перемещения при наличии движущегося препятствия Научный руководитель: Марчевский Илья Константинович, к.ф.-м.н., доцент кафедры ФН-2. Академическое соревнование Академическое соревнование носит наименование «Российское открытое академическое соревнование «Профессор Жуковский» Олимпиады школьников «Шаг в будущее». Первый этап академического соревнования проходил в МГТУ им. Н.Э. Баумана в очной форме 25 ноября 2012 года. На региональных площадках в г. Липецке в ЛГТУ и г. Калуге в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана первый этап проходил в очной форме 25 ноября 2012 года. Второй (заключительный) этап академического соревнования организуется только в очной форме в виде выполнения заданий по комплексу предметов «Техника и технологии (физика)» 16 марта 2013 года в городе Москва, а также на региональных площадках Олимпиады школьников «Шаг в будущее» в г. Липецке и г. Калуге. Академическое соревнование проводилось по общеобразовательному предмету «физика». На сайте Центр довузовской подготовки в разделе «Демонстрационные материалы» опубликованы материалы для подготовки к академическому соревнованию «Профессор Жуковский: Вариант академического соревнования «Профессор Жуковский с решениями: http://cendop.bmstu.ru/userfiles/materials/2013_prof_zhuk_solution_technologies.pdf; Типовой вариант академического соревнования «Профессор Жуковский» по комплексу предметов «техника и технология (физика)» с решениями http://cendop.bmstu.ru/userfiles/materials/2013_tipovoy_var_prof_zhuk_solution_technologies.pdf. А также рекомендуемая литература для подготовки к олимпиаде по комплексу предметов «Техника и технология (физика)» http://cendop.bmstu.ru/userfiles/materials/2013_tipovoy_var_prof_zhuk_solution_technologies.pdf 14 15 16 17 18 ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП АКАДЕМИЧЕСКОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ПРОФЕССОР ЖУКОВСКИЙ» ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» ПО КОМПЛЕКСУ ПРЕДМЕТОВ «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ» З А Д А Ч А 1. При освещении дифракционной решетки белым светом спектры второго и третьего порядков накладываются друг на друга. Найдите длину волны в спектре второго порядка, на которую накладывается фиолетовая линия ( Ф = 400 нм ) спектра третьего порядка . З А Д А Ч А 2. Идеальный колебательный контур состоит из двух конденсаторов ёмкостями С1 = 2 пФ и С2 = 4 пФ , соединённых параллельно, и катушки индуктивности. При скорости изменения силы тока в катушке, равной 2 А/с, в ней возникает ЭДС самоиндукции E = 0,02 В. Определите длину электромагнитного излучения контура. N М З А Д А Ч А 3. Однородной тонкая пластина ABDK массы m , подвесили за углы А и В на двух невесомых нитях АМ и BN так, что её ось симметрии AF расположена горизонтально. Пренебрегая массой нитей, найдите силу натяжения T нити BN , если h = 6 h1 . В D F А h З А Д А Ч А 4. h1 K В стенке открытого бака с водой просверлены одно под другим два небольших отверстия. Одно отверстие расположено на глубине h от поверхности воды, второе – на глубине 2h . Уровень воды в баке поддерживается постоянным. Найдите расстояние от стенки бака до точки пересечения струй, вытекающих из отверстий. З А Д А Ч А 5. Один моль гелия и три моля аргона находятся в левой половине цилиндра, показанного на рисунке. Справа от поршня вакуум. В отсутствие газов поршень расположен вплотную к левому торцу Q цилиндра и пружина в этом положении не деформирована. Боковые стенки цилиндра и поршень адиабатные (нетеплопроводные). Газ нагревают через левый торец цилиндра. Пренебрегая трением, найдите теплоёмкость газовой смеси. З А Д А Ч А 6. Две частицы, имеющие массу m и заряд q каждая, летят из бесконечности навстречу друг другу со скоростями 1 2 и 2 3 . Определите без учета гравитационного взаимодействия минимальное расстояние r, на которое эти частицы могут сблизиться. R C 2C З А Д А Ч А 7. Определите заряд конденсатора С в схеме, представленной на рисунке. Параметры элементов схемы указаны на рисунке. Внутренним сопротивлением батареи пренебречь. Е 3C 2R З А Д А Ч А 8. Жёсткое тонкое однородное проводящее кольцо радиуса R и массы m лежит на горизонтальной непроводящей поверхности и находится в однородном магнитном поле, линии индукции которого горизонтальны. Индукция магнитного поля равна В. Найдите силу тока I , который нужно пропустить по кольцу, чтобы оно начало подниматься. З А Д А Ч А 9. 19 Через блок, укреплённый на потолке комнаты, перекинута нить, на концах которой подвешены грузы, массы которых 2 m и m. Пренебрегая силами трения, массами нити и блока, найдите ускорение центра масс этой системы. З А Д А Ч А 10. Фокусное расстояние тонкой плосковыпуклой линзы равно F. На плоскую поверхность этой линзы нанесли абсолютно отражающее покрытие и направили на выпуклую поверхность узкий пучок импульсного лазерного излучения с энергией Е = 4 Дж и длительностью импульса = 104 с. Падающий пучок распространяется параллельно главной оптической оси линзы на расстоянии h F 2 от оси. Найдите величину средней силы, действующей на линзу со стороны света, если половина энергии лазерного излучения поглощается в линзе. Отражением от поверхности линзы без покрытия пренебречь. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП АКАДЕМИЧЕСКОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ПРОФЕССОР Н.Е. ЖУКОВСКИЙ» ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» ПО КОМПЛЕКСУ ПРЕДМЕТОВ «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ (ФИЗИКА)» РЕШЕНИЕ З А Д А Ч А 1. (8 баллов) 3 2 Ответ: Ф 600 нм . 2 3Ф ; 3 2 3 2 Ф 400 600 нм. З А Д А Ч А 2. (8 баллов) Ответ: c 2 LC 461 м cT . L T 2 LC , . где C C1 C 2 6 пФ . E L Так как dI , dt E 0,02 10 2 Гн . dI 2 dt T 2 6 10 12 10 2 2 6 10 7 с . cT 3 108 2 6 107 461 м . З А Д А Ч А 3. (10 баллов) Ответ: T2 11 mg . 18 1). Масса однородной плоской фигуры пропорциональна её площади. 2) Дополним фигуру ABDK треугольником BDK, обозначив его массу m1 . Пусть h 6, h1 тогда m m1 m 6 и, следовательно, m1 . 5 m1 Т1 (m+m1)g 1 А 2 В C1 G D F С m1g mg Т2 2 3h h h1 K то 20 3) Обозначим центр масс фигуры ABDK треугольника BDK - точкой С 1 Тогда AG точкой С, m AC m1 AC 1 2 h m m1 3 а треугольника АBK точкой G, (1) 1 1 h 3n 1 17 (2) где AC1 h h1 h h h 3 3 n 3n 18 4) Подставляя (2) в (1) , находим АС 2 1 11 AC h ( m m1 ) m1 AC1 h m 18 3 5). Используя условие равновесия пластины, находим силу натяжения нити mgAC 11 T2 h mgAC . T2 mg . h 18 0 З А Д А Ч А 4. (10 баллов) h Ответ: x 2h 2 . Струи воды, вытекающие из отверстий 1 и 2 расположены в плоскости x y . Координаты точки пересечения струй определяются кинематическими соотношениями: 2 1 1 2 2 2h x 1t1 2t2 а x (1) 2 gt 1 gt 2 y h 2h (2) 2 2 где скорости 1 2 gh ; 2 2 g 2h 2 gh Из этих соотношений находим y x; y находим, используя уравнение Бернулли. x 2h 2 . З А Д А Ч А 5. (10 баллов) Ответ: C 2R 8R . 1). Подводимая к газу теплота Q идет на изменение внутренней энергии газа и изменение потенциальной энергии сжатой пружины : 3 k 2 2 Q R T ( x 2 x 1 ) (1), где x величина деформации пружины; 2 2 число молей газовой смеси; k коэффициент жёсткости пружины. 2) Состояние идеального газа описывается уравнением: pV RT (2) F kx p (3), где F сила упругости, Из условия равновесия поршня следует, что S S S площадь поршня. Кроме того V xS (4) . Подставив (3) и (4) в левую часть kx xS RT . То есть kx 2 RT (5). уравнения (2), получим : S 2 2 И для двух положений поршня имеем: kx 2 kx 1 R T (6). Подставляя (6) в (1), получим 3 1 Q R T R T 2 R T . 2 2 21 Q 2 R T По условию задачи в левой половине цилиндра находятся один моль гелия и три моля 4 . Тогда С 2 4 R 8 R . аргона, то есть И теплоёмкость системы С З А Д А Ч А 6. (10 баллов) q2 . o m 25 2 Кинетическая энергия частиц на бесконечности равна потенциальной энергии их электростатического взаимодействия на минимальном расстоянии r плюс кинетической энергии этих частиц при движении со скоростью их центра масс. Ответ: r m ( 1 ) 2 m2 2 2 2 q2 4 o r 2m С 2 , 2 m 1 m 2 2 1 . 2m 2 в (1) , получим: С где С -скорость центра масс частиц Подставляя выражение для С (1) 2 2m 1 2 m 2 q2 q2 m 2 2 (1 2 ) (1 2 ) 2 4 o R 2 2 4 o r 4 После r m q2 2 , ( 1 2 ) 4 4 o r преобразований получим q o m ( 1 2 ) 2 q найдём 2 . Подставляя значения скоростей 1 2 r отсюда 2 o m ( 2 3 ) 2 q и 2 3 , получим 2 o m 25 2 . З А Д А Ч А 7. (10 баллов) 2 9 Обозначим заряды конденсаторов С, 2С и 3С через q1, q2 и q3 соответственно. Ответ: q1 EC . Предположим, что знаки зарядов на пластинах конденсаторов соответствуют указанным на рисунке. Падения напряжения на сопротивлениях R и 2R равны E 2E и соответственно. Вследствие потенциальности 3 3 Е q2 + В q3 + I 2C C + 3 C II R I 2R 22 электрического поля для любого замкнутого контура работа сил поля по перемещению Ui 0 . Из закона сохранения заряда для точки В заряда вдоль контура равна нулю, т.е. имеем q i 0. q1 q E 2 0 C 2C 3 q1 q3 2 E 0 C 3C 3 q1 q 2 q 3 0 И тогда 2 q1 EC . 9 Решая эту систему, находим З А Д А Ч А 8. (10 баллов) mg RB Ответ: I . IR B mgR находим 2 Из условия равновесия кольца I mg . RB З А Д А Ч А 9. (12 баллов) Ответ: aС (2m m) 2 (2m m) g 2 1 g . 9 Проекция вектора ускорения центра масс aС этой системы на ось y с учётом того, что T T T и F 2T ; определяется из 1 2 уравнения m1 m2 2m m (m1 m2 )aС m1 g m2 g 2T (1) Уравнение второго закона Ньютона для грузов в проекциях на ось y, с учётом того, что a1 a 2 a , имеет вид : m1 g T m1a m2 g T m2 a (2) Из последних соотношений выразим T F y 2m1m2 g. m1 m2 Подставляя (3) в (1) , найдём aC m1 g m2 g 2T m1 m2 Подставляя aС 2 (m1 m2 ) m1 2m и значения (2m m) 2 (2m m) (m1 m2 ) 2 2 g T1 a1 g. m1 g m2 m , получим 1 g. 9 (3) T2 a2 m2g 23 З А Д А Ч А 10. (12 баллов) p E 52 2 1,86 104 H Ответ: N 2 c . p2 Δp p1 Параллельный главной оптической оси пучок света проходит линзу, затем отражается от зеркального покрытия и снова проходит линзу. С помощью формулы линзы и законов отражения света от плоского зеркала находим, что выходящий из линзы пучок пересекает главную оптическую ось линзы на расстоянии F/2 от линзы, образуя с осью угол = 45о. Абсолютная величина суммарного импульса фотонов, падающих на линзу, равна E E p1 , а импульс пучка на выходе из линзы равен p 2 . На рисунке изображена 2c c векторная диаграмма, на которой построен вектор изменения импульса фотонов после прохождения линзы: величине равно p p 2 p1 . p p p 2 2 p1 p2 cos 2 1 2 E c Изменение импульса фотонов 2 2 E по абсолютной 2 E E 2 E 2 5 2 2 . 2 c 2 c 2 2 c 4c Средняя сила, которая действовала на фотоны, равна E 52 2 4 1,86 10 H . 2 c Сила, равная ей по величине, но направленная в противоположную сторону, будет средней силой, которая действует на линзу со стороны фотонов. N p 24 25 26 ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» Комплекс предметов «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ (предмет ФИЗИКА)» МАТЕРИАЛЫ ОЛИМПИАДНЫХ ЗАДАНИЙ 2011-2012 УЧЕБНЫЙ ГОД Олимпиада школьников «Шаг в будущее» по направлению «техника и технология» проводил Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (научно-образовательные и академические соревнования) при участии Калужского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана (академическое соревнование), Липецкого государственного технического университета (академическое соревнование). Основными целями Олимпиады являются: выявление и развитие у обучающихся профильных творческих способностей и интереса к научно-исследовательской деятельности; формирование ключевых компетенций, профессионально-значимых качеств личности и мотивации к практическому применению предметных знаний; создание необходимых условий для поддержки творчески одаренных детей; научное просвещение и целенаправленная профессиональная ориентация учащейся молодежи; распространение и популяризация научных знаний; формирование состава студентов высших учебных заведений из граждан, наиболее способных и подготовленных к освоению программ высшего профессионального образования. Олимпиада включает в себя два вида конкурсных испытаний: научнообразовательное соревнование и академическое соревнование. Каждое конкурсное испытание проводится в два этапа. Первый этап проводится в очной, очно-заочной формах, в том числе с использованием информационных технологий удаленного доступа. Второй (заключительный) этап проводится только в очной форме. Научно-образовательное соревнование Научно-образовательное соревнование включает: - научно-образовательную программу «Шаг в будущее, Россия»; - научно-образовательную программу «Шаг в будущее, Москва»; - научно-образовательную программу «Шаг в будущее, Космонавтика». Первый этап научно-образовательного соревнования организуется на федеральноокружных соревнованиях Олимпиады «Шаг в будущее» и на конкурсных научных мероприятиях организаций - официальных участников научно-образовательных программ «Шаг в будущее, Россия», «Шаг в будущее, Москва» и «Шаг в будущее, Космонавтика» в период с 1 сентября 2011 года по 20 января 2012 года. Второй (заключительный) этап научно-образовательного соревнования проводился в рамках научно-образовательных программ «Шаг в будущее, Россия», «Шаг в будущее, Москва» и «Шаг в будущее, Космонавтика» в период с 19 марта по 23 марта 2012 года. Допускалось участие только в одном из мероприятий второго (заключительного) этапа научно-образовательного соревнования. Первый этап проводится в один тур – научно-учебная конференция в очной, очнозаочной формах, в том числе с использованием информационных технологий удаленного доступа. Второй этап проводится только в очной форме в два тура. Первый – научное соревнование – защита научно-исследовательских работ или творческое соревнование. 27 Второй – академический тур, включающий выполнение олимпиадных заданий по общеобразовательному предмету «физика». Для отбора на первый и второй этапы научно-образовательного соревнования участник может представить только одну научно-исследовательскую работу, выполненную без соавторов. Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана Центр довузовской подготовки ежегодно проводят Научно-образовательное соревнование Олимпиады школьников «Шаг в будущее» по направлениям: Секция I. Образовательно-реабилитационные технологии (ГУИМЦ) Секция II. Машиностроительные технологии (МТ) Секция III. Информатика и системы управления (ИУ) Секция IV. Системы безопасности (ИУ) Секция V. Радио-опто-электроника (РЛ) Секция VI. Биомедицинская техника (БМТ) Секция VII. Специальное машиностроение (СМ) Секция VIII. Энергетика и экология (Э) Секция IX. Автоматизация, робототехника и механика (РК) Секция X. Инженерный бизнес и менеджмент (ИБМ) Секция XI. Фундаментальные науки (прикладная математика и техническая физика) (ФН) Секция XII. Конструкторская (РК, МТ) Выставка-конкурс программных разработок На олимпиаду приглашаются учащиеся 5-11 классов образовательных учреждений Москвы, Московской области и регионов России, занимающиеся научно-исследовательской деятельностью самостоятельно, в научно-исследовательских лабораториях и на кафедрах МГТУ им. Н.Э.Баумана, в школьных кружках и факультативах, городских и районных Домах творчества, учреждениях дополнительного образования и др. Олимпиада проводится в два тура и два этапа 1-тур – научное соревнование - конференция 2-тур – выполнение олимпиадных заданий по общеобразовательному предмету «физика». Для участия в Олимпиаде необходимо: 6. Определить направление научной работы в соответствии с тематикой выбранного направления. 7. Предварительно зарегистрироваться в период с 1 сентября по 15 октября в Оргкомитете. 8. До 1 ноября определить тему научного исследования и сообщить название работы в Оргкомитет. 9. Принять участие в первом туре Олимпиады. 10. Представить до 15 марта: заявку на участие в олимпиаде по установленной форме с фотографией; материалы с описанием научно-исследовательской работы (аннотацию). 6. Пройти обязательную регистрацию перед началом олимпиады. Оргкомитет: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5 28 МГТУ им. Н.Э.Баумана, Главный корпус, ауд. 357 Центр довузовской подготовки Отдел организационного обеспечения академических и научных мероприятий Телефон: (499) 263-6139 E-mail: mumc@bmstu.ru ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ Работа должна быть выполнена как научное исследование, сравнительный анализ, технический или технологический расчет, новые предложения в области научных, технических, информационных, интеллектуальных технологий. При подготовке работы допускается участие научных руководителей и консультантов. В работе необходимо четко обозначить достижения автора и области применения результатов. Проблема, затронутая в работе, должна быть, по возможности, оригинальной. Если проблема не оригинальна, то должно быть оригинальным ее решение. Ценным является творчество, интеллектуальная продуктивность, открытие и генерация новых идей, может быть даже необычных, но обоснованных. Рефераты на олимпиаду не принимаются. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ Для участия в 1 этапе олимпиады участники должны представить исследовательскую (творческую) работу. Аннотация объемом 1 стр. включает в себя наиболее важные сведения о научноисследовательской работе (цель, способы, методы, выводы). Если в состав работы входит компьютерная программа, то к работе прилагается дискета или компакт-диск с работающей программой. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОДЕРЖАНИЮ РАБОТЫ В науке существуют традиции описания исследовательских результатов. Эти традиции достаточно универсальны и действуют в самых различных областях творчества. В описании работы должны быть четко разделены следующие части: постановка проблемы (задачи), цель и содержание работы; методы ее решения, выводы. В той части работы, которая связана с собственными изысканиями авторов, должны быть освещены: актуальность решаемой проблемы, используемые методы (причины использования данных методов: эффективность, точность, простота и т.п.) сравнение старых и предлагаемых методов решения проблемы, предложения по практическому использованию результатов; собственные выводы автора, имеющие научное и практическое значение. Участники, предполагающие выставить свою программную разработку для демонстрации на Выставке-конкурсе программных разработок, должны представить: 29 заявку участника (стандартный бланк); описание проделанной работы по созданию программного продукта (название работы, ее цель и задачи, новизна, актуальность, изложение алгоритма решения задачи, возможность применения, используемые средства и т.д. – 10-15 стр.); дискету с программой; перечень программного обеспечения, необходимого для функционирования программы; рекламный листок формата А4 с описанием программного продукта (отредактированный и оформленный); особые требования к техническим средствам, таким как видеокарта, звуковая карта и т.п. Для участников Конструкторской секции работа в пояснительной записке должна содержать графическую часть: чертеж общего вида сборочной единицы, чертежи основных составляющих частей таблицу составных частей описание назначения детали или устройства принцип работы сборочной единицы или устройства, предложения по модернизации. Допускается компьютерная распечатка чертежей. Размер листа – только формат А4. Для участников секции Дизайна работа должна содержать: иллюстрированную пояснительную записку объемом 5-10 страниц, с описанием нового дизайн-объекта и этапов предпроектного анализа и поискового проектирования; обязательную графическую часть, включающую концептуальные идеи нового дизайнобъекта с визуализацией в виде форэскизов, скетчей, рисунков, демонстрационных листов, выполненных от руки или с использованием компьютерной графики; желательно наличие макетов или прототипов дизайн-объекта. СПИСОК СЕКЦИЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА» СЕКЦИЯ I. Машиностроительные технологии Подсекция 1. Металлорежущие станки Подсекция 2. Инструментальная техники и технологии Подсекция 3. Технологии машиностроения Подсекция 4. Метрология и взаимозаменяемость Подсекция 5. Литейные технологии Подсекция 6. Технологии обработки давлением Подсекция 7. Технологии сварки и диагностики Подсекция 8. Материаловедение Подсекция 9. Оборудование и технологии прокатки Подсекция 10. Электронные технологии в машиностроении Подсекция 11. Лазерные технологии в машиностроении Подсекция 12. Реновационные технологии в машиностроении СЕКЦИЯ II. Информатика и системы управления Подсекция 1. Интеллектуальные системы управления Подсекция 2. Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации Подсекция 3. Информационные системы и телекоммуникации Подсекция 4. Наукоемкие технологии в проектировании и производстве электронно-вычислительных и телекоммуникационных систем Подсекция 5. Системы обработки информации и управления Подсекция 6. Компьютерные системы Подсекция 7. Программное обеспечение и информационные технологии 30 СЕКЦИЯ III. Системы безопасности Подсекция 1. Информационная безопасность Подсекция 2. Защита информации СЕКЦИЯ IV. Радио-опто-электроника Подсекция 1. Оптико-электронные приборы и системы Подсекция 2. Радиоэлектроника СЕКЦИЯ V. Биомедицинская техника Подсекция 1. Биомедицинские технические системы Подсекция 2. Медико-технические информационные технологии СЕКЦИЯ VI. Специальное машиностроение Подсекция 1. Машиностроение Подсекция 2. Импульсные технологии в машиностроении СЕКЦИЯ VII. Энергетика и экология Подсекция 1. Поршневые двигатели Подсекция 2. Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки Подсекция 3. Холодильная и криогенная техника систем кондиционирования и жизнеобеспечения Подсекция 4. Вакуумная и компрессорная техника Подсекция 5. Теплофизика Подсекция 6. Ядерные реакторы и установки Подсекция 7. Плазменные и энергетические установки Подсекция 8. Экология и промышленная безопасность Подсекция 9. Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика СЕКЦИЯ VIII. Автоматизация, робототехника и механика СЕКЦИЯ IX. Инженерный бизнес и менеджмент Подсекция 1. Экономика и организация производства Подсекция 2. Промышленная логистика Подсекция 3. Менеджмент Подсекция 4. Финансы Подсекция 5. Предпринимательство и внешнеэкономическая деятельность СЕКЦИЯ Х. Фундаментальные науки Подсекция 1. Фундаментальная и прикладная математика Подсекция 2. Техническая физика СЕКЦИЯ XI. Конструкторская СЕКЦИЯ XII. Образовательно-реабилитационные технологии СЕКЦИЯ XIII Дизайн СПИСОК СЕКЦИЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ШАГ В БУДУЩЕЕ, КОСМОНАВТИКА» СЕКЦИЯ № 1. Космические аппараты и ракеты-носители СЕКЦИЯ № 2. Аэрокосмические системы СЕКЦИЯ № 3. Аэродинамическое и баллистическое проектирование, управление полетом ракет-носителей и космических систем СЕКЦИЯ № 4. Автономные радиоэлектронные устройства управления, автоматические системы и робототехника СЕКЦИЯ № 5. Автоматизированные системы специального машиностроения, газодинамические устройства в ракетах-носителях и космических аппаратах СЕКЦИЯ № 6. Стартовые комплексы ракетно-комической техники, планетоходы, научные и промышленные базы на Луне и планетах, монтажные работы в космосе 31 СЕКЦИЯ № 7. Технология изготовления, сборки и испытаний ракетно-космической техники СЕКЦИЯ № 8. Ракетно-космические композиционные конструкции СЕКЦИЯ № 9. Двигательные установки ракет-носителей и космических аппаратов СЕКЦИЯ № 10. Системы кондиционирования и жизнеобеспечения СЕКЦИЯ № 11. Системы управления ракетно-космическими объектами и комплексами летательных аппаратов СЕКЦИЯ № 12. Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации СПИСОК СЕКЦИЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ «ШАГ В БУДУЩЕЕ, РОССИЯ» СЕКЦИЯ «Современные радио-оптические и электронные системы в технике и медицине» СЕКЦИЯ «Прикладная механика и компьютерные технологии в автоматизации и робототехнике» СЕКЦИЯ «Экология техносферы» СЕКЦИЯ «Аэрокосмонавтика» СЕКЦИЯ «Транспортные машины, системы и оборудование» СЕКЦИЯ «Конструкции из композиционных материалов и нанотехнологии» СЕКЦИЯ «Машиностроительные технологии» СЕКЦИЯ «Энергетические системы будущего» СЕКЦИЯ «Биомедицинская техника» СЕКЦИЯ «Физика и познание мира» СЕКЦИЯ «Прикладная математика» СЕКЦИЯ «Фундаментальная математика» СЕКЦИЯ «Информационно-кибернетические системы и технологии, информационная безопасность» СЕКЦИЯ «Инженерный бизнес и менеджмент» Российская молодежная научная и инженерная выставка «Шаг в будущее» ПРИМЕРЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ СЕКЦИЯ I. Машиностроительные технологии Лапина Александра Андреевна ГБОУ СОШ № 1210 с углубленным изучением английского языка, 11 класс Определение параметров и изготовление макета зубчатой цилиндрической передачи на 3D принтере Научный руководитель: Быков Павел Анатольевич, ассистент кафедры "Металлорежущие станки" Крочак Анастасия Ярославовна МОУ гимназия № 11, г. Королев, 11 класс Собирающие и рассеивающие линзы Научный руководитель: Мальков Олег Вячеславович, доцент кафедры "Инструментальная техника и технологии", кандидат технических наук 32 Андрушко Николай Сергеевич ГБОУ СОШ № 498, 11 класс Исследование метода повышения несущей способности клеевых соединений Научный руководитель: Игнатов Алексей Владимирович, доцент кафедры "Технологии машиностроения", кандидат технических наук Короткова Капитолина Игоревна МОУ СОШ № 21, г. Подольск, 11 класс Метрологическое обеспечение измерения масс Научный руководитель: Киселев Михаил Иванович, заведующий кафедрой "Метрология и взаимозаменяемость", профессор, доктор технических наук Писарев Алексей Алексеевич ГОУ СОШ № 216, 11 класс Технология ультразвуковой сварки конструкций из полимерных композиционных материалов Научный руководитель: Волков Станислав Степанович, профессор кафедры "Технологии сварки и диагностики", кандидат технических наук СЕКЦИЯ II. Информатика и системы управления Антонюк Вячеслав Владимирович ГБОУ гимназия № 1563, 11 класс Распознавание объектов на изображении Научный руководитель: Бобков Александр Валентинович, доцент кафедры "Системы автоматического управления", кандидат технических наук Хлопкова Екатерина Витальевна ГБОУ физико-математический лицей при МГТУ им. Н.Э. Баумана № 1580, 11 класс Восстановление 3D рельефа местности по стереоизображениям Научный руководитель: Шевцова Екатерина Викторовна, доцент кафедры "Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации", кандидат технических наук Тетеревятников Андрей Сергеевич ГОУ лицей № 1589, 11 класс Самодвижущийся манипулятор Научный руководитель: Журавлева Людмила Васильевна, доцент кафедры "Проектирование и технология производства электронной аппаратуры", кандидат технических наук Долженок Дмитрий Алексеевич ГБОУ гимназия № 1516, 10 класс Интерактивный задачник по физике Научный руководитель: Комалов Сергей Сергеевич, доцент кафедры "Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии", кандидат технических наук 33 СЕКЦИЯ III. Системы безопасности Гусев Алексей Дмитриевич СУНЦ МГУ школа имени А.Н.Колмогорова, 11 класс Биометрическая система идентификации пользователя в компьютерных сетях по голосу Научный руководитель: Дмитриев Константин Вячеславович, младший научный сотрудник СУНЦ МГУ СЕКЦИЯ IV. Радио-опто-электроника Амелин Станислав Игоревич ГБОУ ЦО № 354 им. Д.М.Карбышева, 11 класс Определение фокусного расстояния термонаведенной линзы Научный руководитель: Шарандин Евгений Анатольевич, старший преподаватель кафедры "Радиоэлектронные устройства" Гогия Владислав Отариевич МОУ СОШ № 8 с углубленным изучением отдельных предметов, г. Пушкино, 11 класс Оптико-электронный прибор для предотвращения несанкционированного наблюдения Научный руководитель: Вязовых Максим Вячеславович, доцент кафедры "Лазерные оптикоэлектронные системы", кандидат технических наук СЕКЦИЯ V. Биомедицинская техника Гапонов Максим Игоревич МОУ СОШ № 5, г. Мытищи, 11 класс Комплексное фотолечение онкологических новообразований Научный руководитель: Змиевской Григорий Николаевич, доцент "Биомедицинские технические системы", кандидат физико-математических наук кафедры Вырвич Владимир Валентинович ГБОУ лицей № 1568, 11 класс Исследование упругих модификаторов шага Научный руководитель: Парашин Владимир Борисович, профессор кафедры "Медикотехнические информационные технологии", доктор технических наук СЕКЦИЯ VI. Специальное машиностроение Зыбин Дмитрий Владимирович ГБОУ лицей № 1581, 11 класс Оптимизация параметров танкового картечного (пучкового) снаряда Научный руководитель: Одинцов Владимир Алексеевич, доцент кафедры "Высокоточные летательные аппараты", кандидат технических наук 34 Игнатьев Алексей Алексеевич ГБОУ ЦО № 1469, 11 класс Энергетическая оценка перспективных ракетных двигателей Научный руководитель: Черный Владимир Григорьевич, доцент кафедры "Ракетные и импульсные системы", кандидат технических наук Киволя Петр Сергеевич ГБОУ лицей № 1575, 9 класс Автоматический разведчик для передвижения по Луне Научный руководитель: Наумов Валерий Николаевич, заведующий кафедрой "Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы", профессор, доктор технических наук СЕКЦИЯ VII. Энергетика и экология Васильев Олег Константинович МОУ лицей, г. Орехово-Зуево, 11 класс Комбинированный наддув авиационных поршневых двигателей Научный руководитель: Гришин Юрий Аркадьевич, профессор кафедры "Поршневые двигатели", доктор технических наук Бобров Максим Александрович ГОУ СОШ № 63, 11 класс Абсорционно-диффузионные холодильные машины Научный руководитель: Паркин Алексей Николаевич, ассистент кафедры "Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения Сенюшкин Андрей Андреевич ГБОУ гимназия № 1563, 11 класс Плазменные установки для получения защитных покрытий в машиностроении Научный руководитель: Клименко Георгий Константинович, доцент кафедры "Плазменные энергетические установки", кандидат технических наук Лазарева Ирина Викторовна ГБОУ СОШ № 444 с углубленным изучением математики, информатики, физики, 11 класс Анализ эффективности работы бытовых фильтров по очистке воды питьевого качества Научный руководитель: Козодаев Алексей Станиславович, доцент кафедры "Экология и промышленная безопасность", кандидат технических наук 35 СЕКЦИЯ VIII. Автоматизация, робототехника и механика Бобкова Алина Ярославна ГБОУ лицей № 1581, 10 класс Энергоэффективность лифтов Научный руководитель: Масягин Александр Васильевич, старший преподаватель кафедры "Подъемно-транспортные системы" Елизова Ольга Евгеньевна МОУ Тверской лицей, г. Тверь, 11 класс Многоаспектное моделирование технических систем Научный руководитель: Берчун Юрий Валерьевич, старший преподаватель кафедры "Системы автоматизированного проектирования" Калинин Никита Сергеевич МОУ СОШ № 3 имени Абая, г. Талгар, республика Казахстан, 11 класс Разработка интеллектуальной автоматизированной системы управления малой ГЭС Научный руководитель: Жаргалова Аягма Дашибалбаровна, старший преподаватель кафедры "Компьютерные системы автоматизации производства" Пицулин Денис Евгеньевич ГБОУ СОШ № 518, 11 класс Автономный робот, способный передвигаться в городской черте Научный руководитель: Назарова Анаид Вартановна, доцент кафедры "Робототехнические системы", кандидат технических наук СЕКЦИЯ IX. Инженерный бизнес и менеджмент Ваньков Вячеслав Алексеевич ГОУ лицей № 1523, 11 класс Автомобильный рынок России на фоне мирового Научный руководитель: Рыжикова Тамара Николаевна, профессор кафедры "Экономика и организация производства", доктор экономических наук Мартиросян Карина Григорьевна МБОУ СОШ № 1, г. Королев, 11 класс Анализ существующих методов внедрения систем планирования ресурсов предприятия Научный руководитель: Захаров Михаил Николаевич, профессор МГОУ, доктор экономических наук СЕКЦИЯ Х. Фундаментальные науки Малыш Андрей Владимирович МОУ СОШ № 24, г. Балашиха, 11 класс Замечательные пределы Научный руководитель: Ванько Вячеслав Иванович, профессор кафедры "Прикладная математика", доктор физико-математических наук 36 Савина Анастасия Сергеевна ГБОУ гимназия № 1512, 11 класс Изучение свойств микроволнового излучения и СВЧ диодов Ганна Научный руководитель: Скрипкин Алексей Владимирович, доцент кафедры "Техническая физика", кандидат физико-математических наук СЕКЦИЯ XI. Конструкторская Кротова Ольга Андреевна ГБОУ гимназия № 1565 "Свиблово", 11 класс Расчет и сборочный чертеж конической зубчатой передачи с деталированием Научный руководитель: Маркарова Маргарита Борисовна, учитель черчения лицея № 1568 СЕКЦИЯ XII. Образовательно-реабилитационные технологии Замалдинов Тимур Маратович ГБОУ специальная (коррекционная) общеобразовательная школа – интернат II вида № 22, 11 класс Прибор для обнаружения ультразвука Научный руководитель: Мурашев Александр Владимирович, учитель биологии школыинтерната № 22 37 Академическое соревнование Академическое соревнование носит наименование «Российское открытое академическое соревнование «Профессор Жуковский» Олимпиады «Шаг в будущее». Первый этап академического соревнования проходил в МГТУ им. Н.Э. Баумана в очной форме 27 ноября 2011 года. На региональной площадке в г. Липецке в ЛГТУ первый этап проходил в очной и очно-заочной форме с 15 декабря 2011 года по 15 января 2012 года с использованием информационных технологий удаленного доступа. Второй (заключительный) этап академического соревнования организуется только в очной форме в виде выполнения заданий по общеобразовательным предметам и/или комплексам предметов 18 марта 2012 года в городе Москва, а также на региональных площадках Олимпиады школьников «Шаг в будущее». Академическое соревнование проводилось по общеобразовательному предмету «физика». ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ АКАДЕМИЧЕСКОГО СОРЕВНОВАНИЯ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» ПО КОМПЛЕКСУ ПРЕДМЕТОВ «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ» ФИЗИКА Вариант №1 З А Д А Ч А 1. ( 8 баллов ) Точки 1 и 2 движутся равномерно по осям x и y. В момент времени t = 0 координата точки 1 xo = 2 м, а координата точки 2 yо= 4 м. Первая точка движется со скоростью v1 = 1 м /c. а вторая со скоростью v2 = 5 м /c. Найдите наименьшее расстояние между точками. З А Д А Ч А 2. (8 баллов ) Однородный брусок массы m находится на горизонтальной поверхности в положении 1. Определите величину минимальной работы, необходимой для перевода бруска в положение 2, если b = 3a. З А Д А Ч А 3. (10 баллов ) Найдите момент сил приводов в шарнире А механизма робота–манипулятора, находящегося в равновесии, когда первое звено расположено горизонтально, а второе звено поднято под углом 300 к горизонту. Масса объекта манипулирования вместе с механизмом захвата, сосредоточенного в точке С, mС 15 кг . Длины звеньев: y 2 2 0 1 1 x 2 a 1 b mc 2 А 30 1 o C В 1 0,7 м , 2 0,5 м . Звенья однородные и их массы соответственно равны m1 35 кг ; m2 25 кг . З А Д А Ч А 4. ( 10 баллов ) 3 P 2 По трубопроводу, расположенному в горизонтальной плоскости и изогнутому под прямым углом, подаётся топливо, расход которого Q 1 = 10 дм3/ с. Площадь сечения трубы S = 50 cм2. Плотность топлива 4 3 3 0,9 10 кг / м . Определите величину минимальной горизонтальной V составляющей силы, которую необходимо приложить к трубе, чтобы она была неподвижна. 38 З А Д А Ч А 5. ( 10 баллов ) На P - V диаграмме изображены 2 цикла тепловой машины, рабочим телом которой является идеальный газ. Определите коэффициент полезного действия цикла 1-3-4-1, если КПД цикла 1-2-3-1 равен 8,7 %. З А Д А Ч А 6. ( 10 баллов ) Сопротивления R1 = 10 Ом и изменяемое сопротивление R x подключены к источнику постоянного напряжения U = 100 В. Найдите значение сопротивления R x , при котором на нём выделяется максимальная тепловая мощность, и значение этой мощности. R1 U З А Д А Ч А 7. ( 10 баллов ) Излучение лазера с длиной волны = 0,4 мкм регистрируется с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), в котором на катоде под воздействием света возникает фотоэлектронная эмиссия, и электроны, ускоренные электрическим полем, направляются на вторичные катодыдиноды (Д1, …Дn ), из которых выбивают вторичные электроны. Определите величину анодного тока ФЭУ с числом динодов n = 5, если мощность излучения лазера Р = 1,0 мВт , квантовый выход (т.е. отношение числа выбиваемых из катода электронов к числу фотонов, падающих на катод, К1 = 0,1), а коэффициент вторичной эмиссии (увеличения количества вторичных электронов) каждого динода К2 = 5. З А Д А Ч А 8. ( 10 баллов ) Плоско-выпуклая линза с радиусом кривизны R = 50 см имеет оптическую силу 1 дптр. Найдите оптическую силу этой линзы, если посеребрить её плоскую поверхность. Свет падает на не посеребренную поверхность. З А Д А Ч А 9. ( 12 баллов ) Аппарат для точечной сварки состоит из магнитного сверхпроводящего накопителя энергии с индуктивностью L, E источника постоянного напряжения Е с внутренним сопротивлением r и двух сварочных узлов 1 и 2. Считая, что r сопротивления сварочных контактов 1 и 2 остаются постоянными в процессе сварки и равны R и 2R соответственно, определите количество теплоты, выделяющееся в узле 1 после размыкания реле Р. L P Rx СВЕТ КАТОД Д1 Д2 Д3 Дn АНОД S 1 R 2 2R З А Д А Ч А 10. ( 12 баллов ) Механическая система состоит из двух шариков, V1 m2 V соединенных между собой невесомой пружиной. Массы 2 m1 шариков равны m 1 = 2m и m 2 = 3m. В начальный момент пружина не деформирована, шарики удерживаются в одной горизонтальной плоскости на некотором расстоянии от земли, и им сообщают начальные скорости: шарику массы m1 скорость v1 = v в вертикальном направлении, а шарику массы m2 скорость v2 = 2v в горизонтальном направлении. Скорости шариков находятся в одной плоскости. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите величину импульса этой системы в момент времени, когда её центр масс достигнет половины максимальной высоты относительно первоначального уровня. 39 РЕШЕНИЕ варианта №1 З А Д А Ч А 1. (8 баллов) Ответ: S 1,38 1,17 м S S 1 2 1 y 2 2 2 2 t 2( x o1 y o 2 )t ( x o y o ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 t 2(2 1 4 5)t (2 4 ) 26t 2 22 t 20 26t 44t 20 2 1 1 x 0 (1) 26 2 t 44 dS 1 dt 2 dS 0 ; dt ; 2 26t 44t 20 t 26 2 t 44 0 ; 22 11 c. 26 13 Подставляя найденное значение t в (1), получим 2 2 2 11 (2 4) 2 121 11 11 11 11 S 26 44 20 26 4 11 20 20 20 13 13 13 13 13 13 20 18,62 1,38 1,17 м З А Д А Ч А 2. (8 баллов) Ответ: A 1,1mga 2 h 1 a 2 2 2 2 2 2 1 1 a a b a n a 1 n 2 2 2 2 2 a a mga a 1 n 1 A mg hc mg 1 n 2 2 2 2 b A hC 2 2 mga mga mga 1 n 1 1 3 1 ( 10 1) 1,08mga 1,1mga 2 2 2 A 1,1mga З А Д А Ч А 3. (10 баллов) Ответ: M A 511 Нм Чтобы робот манипулятор находился в равновесии, необходимо равенство нулю суммы моментов всех сил, действующих на звенья манипулятора. M A ( Fi ) 0 . . M A m1 g m 2 g 1 2 cos mC g ( 1 2 cos ) 2 2 0,7 0,5 3 3 M A 9,835 25 0,7 15 0,7 0,5 2 2 2 2 ; 9,8(12,25 22,9 16,99) 9,8 52,14 511Нм 1 2 1 В А m 1g M A 511 Нм mc 30o C mc g m2 g 40 З А Д А Ч А 4. (10 баллов) Ответ: F Q 2 2 S 25 Н . 1 p m F; F (1) , По второму закону Ньютона t t где m S t - масса жидкости, протекающей через сечение 2 трубы за время t . Из рисунка видно, что 2 . Подставляя 2 S t 2 S 2 . полученное выражение в (1), получим F е Зная расход жидкости Q, можно найти скорость течения жидкости в трубе Окончательно получим F Q S получим F 2 S 2 2 2 . Подставляя числовые значения, 2 3 3 0 , 9 10 10 10 50 10 Q 2 S 2 25 H . 4 З А Д А Ч А 5. (10 баллов) Ответ: 2 Q . S P 1 0,095 9,5 % . 1 1 A A 1) 1 ; Q123 ; Q123 1 1 = 8,7% 2 3 1 4 2 V 1 1 A ; A A 2) Q 31 Q123 A Q13 Q 31 1 1 1 A A 1 0 , 087 0 , 095 ; . 2 9 ,5 % . 3) 2 Q13 A (1 1 ) 1 1 1 0 , 087 З А Д А Ч А 6. (10 баллов) R1 Ответ: Rx =10 Ом; Pmax 250 Вт 1) Тепловая мощность, выделяющаяся на резисторе Rx, равна 2 U Px I Rx , где I . . R1 R x dPx 0, 2) Искомую величину Rx найдём из условия dRx dPx dR x U 2 U 2 ( R1 R x ) R x 2( R1 R x ) ( R1 R x ) 4 0; 2 2 2 2 2 R1 2 R1 R x R x 2 R1 R x 2 R x 0 R x R1 ; получаем Rx R1 10 Ом . Rx 41 3) Максимальная мощность на сопротивлении Rx Pmax 2 2 U 2 U R1 2 U 100 Rx 250 Вт Pmax 250 Вт 2 2 4 R1 4 10 ( R1 R x ) (2 R1 ) З А Д А Ч А 7. (10 баллов) СВЕТ n Ответ: I N k1 (k 2 ) e 0,1 А 1) Число фотонов, излучаемых лазером в 1 секунду Д1 P P N ; h hc Д2 n e P k1 ( k 2 ) I N k1 ( k 2 ) e 2) Величина анодного тока . hc Подставив числовые значения, получим n I 1,6 10 19 3 7 10 4 10 10 6,625 10 34 КАТОД 3 10 8 1 4 5 Д3 Дn 3 5 0,322 10 3,125 10 0,1 А АНОД З А Д А Ч А 8. (10 баллов) Ответ: D =2 дптр, Если посеребрить плоскую поверхность, то свет, падающий на линзу, S пройдёт через неё, отразится от плоской поверхности и вновь пройдёт через линзу. Поэтому D D1 D2 D1 2 D1 D 2 , где D1 оптическая сила линзы, а D2 –плоского зеркала. Так как D1 =1 дптр, а D2 =0, то D =2 дптр, З А Д А Ч А 9. (12 баллов) E r L P 1 R 2 Ответ: Q1 2R LE 3r 2 2 . E r (через резисторы R и 2R ток не течет, т.к. разность потенциалов на катушке индуктивности равна нулю). 2). После размыкания ключа электрическая энергия катушки выделится в виде тепла на 1). До размыкания ключа установившаяся сила тока равна I 2 2 LI LE . резисторах R и 2R: Q 2 2 2r 3). Т.к. резисторы R и 2R соединены параллельно, разности потенциалов на них равны: I1 R I 2 2 R U . По закону Джоуля Ленца количества теплоты, выделяющиеся в 42 2 резисторах за небольшой интервал времени t , равны U Q1 I 1 Rt t R 2 2 U Q 2 I 2 2 R t t . 2R Из этих уравнений следует, что Q1 R Q 2 2 R . Вместе с тем, Q1 Q 2 Q . Окончательно 2 находим Q1 Q R 1 2R LE 2 R 2 r 1 2R 2 LE 3r 2 2 2 1 LE Q1 . 3 r2 . З А Д А Ч А 10. ( 12 баллов) V1 4m 2 v 2 mv 38 . Ответ: p 9m 4v 2 2 m2 V 2 2 m1 1) В произвольный момент времени t импульс системы равен p p o (m1 m 2 )gt , (1) где p o m1 v1 m 2 v 2 2) Найдем время t движения центра масс системы до высоты высота подъема центра масс h h , где h-максимальная 2 v 2 coц , (2). 2g m1 v1 (3) – проекция на ось y начальной скорости центра масс. m1 m 2 Движение центра масс системы вдоль вертикальной оси y описывается уравнениями: v СY v COY gt (4) Здесь v соц 2 2 v СOY v CY 2gy (5) Примечание. Уравнение (5) получено из закона ( m1 m 2 ) (m m 2 ) 2 2 v COY 1 v CY (m1 m 2 )gy . 2 2 Подставляя в (5) выражение для 2 2 2 v COY 4g v COY g v СY v COY 2g t v COY v CY g , откуда v СY 1 1 2 сохранения механической энергии координаты v COY 2 h v 2 coy y , 2 4g получим (6). Подставляя (6) в (4), найдем t : (7). 3) Запишем уравнение (1) в проекциях на оси координат, подставив в него найденное выражение для t и v COY : px m2v2 (8) 43 p y m 1 v 1 ( m 1 m 2 ) gt m 1 v 1 ( m 1 m 2 ) g m1 v1 (m1 m 2 ) Итак, p y m1 v1 2 v COY 1 1 g 2 m 1 v1 1 m 1 v1 1 m1 m 2 2 2 (9) 4) Величина искомого импульса системы 2 p px py 2 2 (10) 2 m1 v1 (11) 2 Подставляя в (11) заданные в условии значения масс и скоростей системы (m1 = 2m; m2 = 3m; v1 = v; v2 = 2v) , получим: 4m 2 v 2 p 9m 2 4v 2 mv 38 . 2 Подставляя (8) и (9) в (10), получим 2 2 p m2 v2 Вариант №2 З А Д А Ч А 1. Порожний грузовик массой M = 500 кг при внезапном торможении имеет тормозной путь S = 5 м. Какой тормозной путь будет иметь этот грузовик с грузом m = 100 кг, движущийся с такой же скоростью? При торможении все колёса грузовика прекращают вращаться. З А Д А Ч А 2. В результате абсолютно упругого лобового столкновения движущейся частицы 1, масса которой равна 12 г, с покоящейся частицей 2, обе частицы разлетаются в противоположных направлениях с одинаковыми по модулю скоростями. Найдите массу частицы 2. З А Д А Ч А 3. Гибкий трос массы m подвешен за концы к горизонтальному потолку так, что расстояние между точками подвеса меньше длины троса. Натяжение троса в точках подвеса B и С равно Tо. Определите натяжение троса в нижней точке А. B С g A З А Д А Ч А 4. Идеальный одноатомный газ участвует в процессе, для которого внутренняя энергия газа пропорциональна квадрату его объёма. Определите количество теплоты, подведённое к газу, если известна работа А, совершённая газом в таком процессе. З А Д А Ч А 5. Проводящий шар в вакууме радиуса R = 10 см заряжен так, что потенциал электрического поля в шаре на расстоянии r = 6 см от центра равен = 20 В. Определите поверхностную плотность заряда, равномерно распределенного на поверхности шара. 44 З А Д А Ч А 6. Чему равен ток короткого замыкания для источника тока с ЭДС E = 20 В, если при подключении к нему двух одинаковых сопротивлений (R = 100 Ом каждое), соединенных параллельно или последовательно, во внешней цепи выделяется одинаковая тепловая мощность? З А Д А Ч А 7. Определите частоту излучения атома водорода при переходе электрона на первую стационарную орбиту с орбиты, радиус которой в 4 раза больше радиуса первой орбиты. Энергия ионизации атома водорода Еi = 2,18·1018 Дж. З А Д А Ч А 8. При прохождении потока нейтронов через пластинку кадмия толщиной h1 = 1 мм число нейтронов уменьшается на 15 % , а их скорость не изменяется. Какая доля потока нейтронов пройдёт через пластинку кадмия толщиной h 2 = 4 мм ? З А Д А Ч А 9. На вход электрической цепи, изображенной на рисунке, подается напряжение U(t ) = Uo ( 1 cos t ). Определите значение сопротивления R, при котором на выходе цепи амплитуда переменной составляющей напряжения будет в четыре раза меньше постоянной составляющей напряжения. Значения ёмкости C и круговой частоты считать известными. Вход R С Выход З А Д А Ч А 10. Плоский фронт ударной волны, давление на котором изменяется скачком от po до 3po, движется с большой скоростью , Фронт параллельной гладкой горизонтальной поверхности, на которой лежит достаточно po 3po длинный брусок прямоугольного поперечного Брусок сечения. Плотность материала бруска равна . Какую скорость u ( u ) приобретёт брусок сразу после прохождения ударной волны? Краевыми эффектами и отражением ударной волны пренебречь. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НАУЧНО‐ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СОРЕВНОВАНИЯ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ» ПО КОМПЛЕКСУ ПРЕДМЕТОВ «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ» ФИЗИКА Вариант №3 З А Д А Ч А 1. (4 балла) Точка движется вдоль оси x со скоростью, проекция которой vx, как функция времени, представлена на графике. Определите путь, пройденный точкой за первые пять секунд. 45 З А Д А Ч А 2. (4 балла) На рисунке изображены точечный источник света S, его изображение S1, полученное с помощью линзы, и оптическая ось линзы ОО1. Определите построением положение линзы и найдите её фокус. S S1 O1 O З А Д А Ч А 3. (5 баллов) Однородный стержень длины L и массы m L шарнирно закреплён в точке О. Середина стержня L/2 опирается на пружину. На стержне закреплены два O маленьких груза массы 2m и m, положения которых m L/4 2m показаны на рисунке. Найдите силу упругости, возникающую в пружине в положении равновесия стержня, если в этом положении стержень расположен горизонтально. Массой пружины и силами трения пренебречь. З А Д А Ч А 4. (5 баллов) Два одинаковых шара массы m каждый лежат на абсолютно гладкой горизонтальной плоскости, соприкасаясь друг с другом. Третий шар, таких же размеров, скользящий по той же плоскости, ударяется одновременно в оба шара. Считая удар абсолютно упругим, найдите массу М налетающего шара, если после удара он останавливается. m m З А Д А Ч А 5. (5 баллов) Деревянный брусок, объем которого V =1,0 дм 3 , а плотность 1= 0,5 103 кг/м3 всплывает в воде с постоянной скоростью. Определите количество теплоты, которое выделится при перемещении бруска на Δ r = 10 м. Плотность воды 2 = 10 3 кг/м3 . P З А Д А Ч А 6. (5 баллов) На P - V диаграмме изображен цикл, проводимый с одноатомным идеальным газом. Определите коэффициент полезного действия этого цикла. 2 Pо 2 3 Pо 1 V Vо 3 Vо З А Д А Ч А 7. (5 баллов) В идеальном колебательном контуре с индуктивностью катушки 5 Ф в некоторый момент L = 0,2 Гн и ёмкостью конденсатора С = 1,0·10 напряжение на конденсаторе U = 1,0 В, а ток в контуре I = 0,01A. Чему равна величина максимального тока Imax в этом контуре. 3R З А Д А Ч А 8. (5 баллов) В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, установившееся напряжение на сопротивлении R равно U = 5В. 2C C + 2R R 46 Считая параметры элементов схемы известными, определите величину напряжения на конденсаторе С. З А Д А Ч А 9. (6 баллов) Найдите величину максимального заряда q, который может накопиться на удаленном от других тел медном шарике радиуса r = 3 cм при облучении его электромагнитным излучением с длиной волны = 0,14 мкм. Работа выхода для меди A= 7,15·1019Дж. З А Д А Ч А 10. (6 баллов) Тонкая, открытая с обоих концов трубка, согнутая под углом = 150о расположена в вертикальной плоскости. K Верхнее колено трубки заполнено на длину 2L жидкостью, 2L которая удерживается с помощью клапана K . Найдите, через 2L какое время после открытия клапана, вся жидкость вытечет из наклонной части трубки. Силами трения и поверхностного натяжения пренебречь. При течении жидкость заполняет всё сечение трубки. РЕШЕНИЕ варианта №3 З А Д А Ч А 1 (4 балла) Ответ: S = 3,5 м Vx, м / с 2 1 0 01 2 3 4 5 6 7 1 t, с 2 1 З А Д А Ч А 2. (4 балла) Ответ: S S1 O O1 F З А Д А Ч А 3. (5 баллов) L Ответ: T 4mg Условие M 0 равновесия стержня: ( Fi ) 0 L/4 L L L 2 mg mg mgL T 0 , отсюда 4 2 2 T mg 2mg mg 1 1 T 2mg mg mg 2 4mg 4 2 L/2 O 47 З А Д А Ч А 4. (5 баллов) Ответ: M 3 m . 2 Исходя из закона сохранения механической энергии 2 M 0 m 2 2 (1) , где o 2 2 скорость налетающего шара , и скорости первого и второго шаров после удара. По закону сохранения импульса, M 0 2m сos 30 После соударения До соударения o m m M 0 = 30о m m (2) M Решая совместно уравнения (1) и (2): находим, 3 m 2 З А Д А Ч А 5. (5 баллов) Ответ: Q gV ( Ж T ) r 50 Дж 1) Так как const , то Fi 0 FA mg FСОПР 0 , откуда находим FA mg Ж gV Т gV gV ( Ж T ) 2)В проекциях на ось Y: FСОПР 3) Количество теплоты равно модулю работы силы сопротивления Q AСОПР FСОПР r Q gV ( Ж T ) r ; 3 3 Q 10 1 10 (1 0,5) 10 10 50 Дж З А Д А Ч А 6. (5 баллов) Ответ: Aполезн . 0,087 8,7 % Q Полезная работа газа в прямом цикле пропорциональна площади цикла на графике P-V. 1 1 Аполезн Р V Ро 2Vо РоVo ; 2 2 Р о V o RT o 3 5 Q Q12 Q23 U12 Q23 cvT12 c pT23 R(2To To ) R (6To 2To ) 2 2 Q 3 RT o 10 RT o 11 ,5 RT o . 2 Следовательно, P 2Pо RTo Aполезн. 0,087 8,7% Q 11,5RTo Pо 2To 2 To А 3 1 Vо 6To V 3Vо 48 З А Д А Ч А 7 (5 баллов) 2 2 2 CU I 1,2 10 A . L Ответ: I max 2 2 L I max CU LI , откуда получим Электрическая энергия контура W 2 2 2 5 2 I max 2 4 4 2 2 CU 10 1 2 2 I 10 0,5 10 1 10 10 1,5 1,2 10 A L 0,2 3R З А Д А Ч А 8. (5 баллов) Ответ: UC 4 B . B A 1) Сила тока в сопротивлении R U . R I 2C C + 2) Напряжение на батарее конденсаторов 2R R 2 U AB U 6R 3R 2 R 6 I U 3R 2 R R 5R 5 3) Ёмкость батареи конденсаторов 2 С БАТ 2С 2 С 2С С 3С 3 С 2С 4) Заряд на батарее конденсаторов равен заряду на каждом конденсаторе в отдельности 2 6 4 С U CU 3 5 5 5) Напряжение на конденсаторе С q С БАТ U АВ UC q 4CU 4 U C 5C 5 При U 5B ; UC 4 54 B ; 5 U C 4B . З А Д А Ч А 9. (10 баллов) Ответ: q 4 o r h c A e 1, 45 10 11 Кл . В результате фотоэффекта на шарике накапливается положительный заряд, поле которого тормозит фотоэлектроны. Величина заряда определяется электрической ёмкостью шарика и его потенциалом, т.е. q 4o r . Максимальный потенциал max , а, следовательно, и максимальный заряд шарика, зависит от начальной кинетической энергии электронов. Так как приращение кинетической энергии электронов равно работе сил поля шарика, то 49 принимая потенциал поля шарика и скорость электронов в бесконечности равными нулю, а также то, что заряд электрона отрицательный, можно записать: 2 WКИН emax , 2 m max m max emax , откуда max т.е. 2 2e (1) 2 m max h A (2) Используя формулу Эйнштейна для фотоэффекта, получим e c h A h A h A Из (1) и (2) получим max , и qmax 4o r . e e e Подставим числовые значения для меди, получим q 4 o r h c A e 4 o 3 10 2 hc 1,45 10 11 Кл 4 , 47 6 e 0,14 10 З А Д А Ч А 10. (10 баллов) Ответ: t T 4 2 2L g sin L . g Воспользуемся законом сохранения энергии Wo Wкин Wпот const . Начальная потенциальная энергия столба жидкости длины 2L равна кинетической энергии жидкости плюс потенциальной энергии столба жидкости длины x. 2L K 2L 2L m x 2 m x mg sin x sin g (1) 2 2 2L 2 dW o 0 , то, продифференцировав выражение (1) по времени, получим Так как dt dx m m 0 , получим: 2 x x xx g sin 0 (2) . Учитывая, что dt 2 2L g sin x x 0 (3) 2L Итак, вытекание жидкости удовлетворяет уравнению гармонических колебаний с периодом 2L T 2 . (4) g sin Время вытекания жидкости из наклонной части трубки T 2L L t . 4 2 g sin g 50 51 52 53