Задачи по физике с биологическим содержанием
материал (физика) по теме

Сборник задач.

Свободное падение.

    1.(Д) С какой минимальной скоростью лосось должен выпрыгнуть из воды, чтобы попасть на вершину водопада высотой 2,1 м?

    2.(Д)  Прыжок блохи можно анализировать при помощи замедленной фотосъемки. Движение можно разделить на два этапа. Первый этап – отталкивание продолжается около 10-3 с. В течение этого времени ноги блохи, отталкиваясь от земли, ускоряют блоху до скорости около 1,0 м/с. На втором этапе полет блохи в воздухе происходит только под действием силы тяжести (прыжок вертикальный). Вычислите:

а) ускорение  блохи во время отталкивания, выраженных в величинах, кратных  g ;

б) высоту подъема над землей во время отталкивания;

в) высоту, которой достигнет блоха после взлета с земли.

Фотосъемка показывает, что блоха прыгает на высоту, составляющую лишь 2/3 вычисленного значения; дайте этому объяснение.

    3.(Д) Если блоха, упомянутая в предыдущей задаче, достигла высоты 3,5 см, то чему равно ее реальное среднее ускорение  во время полета вверх.

     4*(Д)  Когда пеликаны ныряют за рыбой, они складывают свои крылья и совершают свободное падение в воду. Предположим, что пеликан начинает нырять с высоты 25 м и, падая, не в состоянии изменить траекторию. Если у рыбы есть в запасе 0,15 с, то она может сманеврировать и уклониться от пеликана. Какова высота, на которой рыба должна заметить пеликана, чтобы спастись? Считайте, что рыба находится у поверхности воды.

Баллистическое движение

     5.(Д) Тигр прыгает горизонтально со скоростью 7,0 м/с со скалы высотой 16 м. На каком расстоянии от основания скалы он приземлится.

     6.(Д) Охотник нацеливает свой лук и стреляет прямо в обезьяну, свешивающегося с ветки высокого дерева на некотором расстоянии от охотника. В момент, когда начинается полет стрелы, обезьяна падает с ветки, надеясь ускользнуть от стрелы. Покажите аналитически, что обезьяна совершает ошибочный маневр. Сопротивлением пренебрегите.

     7.(У) Если бросить кошку вверх ногами, она все равно приземлится на лапы. Даже бесхвостые кошки обладают этой загадочной способностью. Каким образом кошка переворачивается в воздухе на 180 градусов.

     8.(У) Если пощекотать лежащего на спинке жука-щелкуна, он подпрыгивает вверх сантиметров на 25, при этом раздается сильный щелчок. Жучок без помощи ног делает толчок с начальным ускорением 400g, а затем переворачивается в воздухе и приземляется уже на ноги. Мощность, развиваемая при толчке, раз в сто больше мощности, которую может обеспечить какая-либо из мышц жучка. Как удается ему развить такую мощность?

Законы Ньютона

     9.(Д) Когда у человека на руке или на ноге наложен гипс, он испытывает сильную усталость. Объясните это на основании первого и второго законов Ньютона.

     10.(Д) Согласно упрощенной модели сердца млекопитающего, при каждом сокращении около 20 г крови ускоряется от скорости 0,25 м/с до 0,35 м/с за время 0,10 с. Какова при этом величина силы, развиваемой сердечной мышцей?

      11.(Д) Паук массой 0,085 г спускается по нити паутины, которая поддерживает паука с силой 4,8.10-4Н. Каково ускорение паука? Сопротивлением воздуха пренебрегите.

Энергия

     12.(Д)  Саранча массой 3,0 г в прыжке развивает скорость 3,4 м/с. Чему равна ее кинетическая энергия при этой скорости? Если саранча преобразует энергию с КПД=40%, то сколько энергии она затрачивает на этот прыжок?

     13.(Д)  Обезьянка массой 4,2 кг перепрыгивает с одной ветки на другую, расположенную на 1,7 м выше первой. На сколько при этом изменится потенциальная энергия обезьянки?

     14.(Д)  С какой скоростью лосось должен выпрыгнуть из воды, если ему необходимо преодолеть водопад высотой 2,8 м? Решите эту задачу, используя закон сохранения энергии.

     15.(Д)  Моллюск морской гребешок открывает свою раковину с помощью упругого вещества абдуктина, модуль упругости которого примерно равен 2 МН/м2. Какую потенциальную энергию запасает кусочек абдуктина толщиной 3 мм и площадью сечения 0,5 см2  при сжатии его на 1 мм?

Движение и силы

     16.(Д) Какой момент силы создает бицепс, действующий на нижнюю часть руки? Ось вращения проходит через локтевой сустав, а мышца прикреплена на расстоянии 5 см от него.

     17.(Д)  У млекопитающих, существование которых зависит от умения быстро бегать, форма ног такова, что внизу они довольно тонкие, а мясо и мышцы сосредоточены высоко наверху (вблизи лопаток). Объясните, почему?

     18.(Д)  Сухожилие животного длиной 16 см под действием силы 12,4 Н удлиняется на 3,3 мм. Сухожилие можно считать круглым в сечении с диаметром 8,6 мм. Рассчитайте модуль упругости этого сухожилия.

     19.(Д)  Средняя площадь сечения бедренной кости человека равна 3 см2. Какую силу сжатия может выдержать кость, не разрушаясь?

Давление

     20.(Д)  Левый желудочек сердца, сокращаясь, прогоняет кровь по системе кровообращения. Считая площадь внутренней поверхности желудочка равной 85 см2, а максимальное давление крови 120 мм. ртутного столба, рассчитайте полную силу, развиваемую мышцами желудочка в момент, когда давление максимально.

      21.(Д)  Предположим, что человек может понизить давление в легких на 80 мм ртутного столба ниже атмосферного. На какую высоту ему удастся втянуть воду по соломинке?

     22.(Д)  При каждом сокращении сердце прокачивает примерно 70 см3 крови под средним давлением 105 мм ртутного столба. Рассчитайте мощность сердца в ваттах при 60 ударах пульса в минуту.

      23.(У)  Почему кровяное давление измеряют на руке примерно на уровне сердца? Нельзя ли измерять давление на ноге?

     24.(У)  На какой предельной глубине пловец еще может продолжать дышать через трубку? Чем определяется эта глубина?

Аэростатика

     26.(У)   Почему перелетные птицы летят клином? Нужно ли при этом, чтобы все птицы стаи синхронно взмахивали крыльями?

     27.(У)  Почему рыбам примерно одинакового размера и вида более удобно плыть косяком?

Гидростатика

     25.(У)  Когда жук-плавунец быстро плывет по поверхности воды, волны образуются впереди него, сзади же волн нет или они очень слабые. Если жук плывет медленно, то волн вообще нет – ни спереди, ни сзади. Чем отличается движение жука-плавунца от движения судна?

──

Конвекция

     28.(У)  Часто незадолго до захода солнца над вершинами деревьев можно видеть темные облачка представляющие плотные рои комаров. Рои эти вытянуты вверх и резко очерчены – порой создается впечатление, что дерево горит. Такие рои можно наблюдать также над телевизионными антеннами и церковными шпилями. Рассказывают, что однажды пожарная команда выехала по тревоге тушить пожар в церкви, но обнаружила, что над церковью клубится не дым, а рой насекомых. Почему насекомые собираются в такие тучи?

Колебания.

 29.  Таракан массой 0,3 г попался в сеть к пауку. Паутина колеблется с частотой 15 Гц. Определите значение коэффициента упругости для этой паутины. С какой частой будет колебаться паутина, если в нее попадет насекомое массой 0,1 г?

 30.Несущая частота передатчика телеэлектрокардиографа ТЭК-1, служащего для дистанционной регистрации электрокардиограммы человека, равна 145,5 МГр. На какой длине волны работает передатчик?

Плотность.

31.Жизненная емкость легких у человека около 4 литров. Какова масса наполняющего их воздуха?

32.Определить плотность бальзового дерева (бальза - очень прочное дерево, легче пробки), если его масса 50 тонн, а объем 500 м3.

Количество теплоты.

33.Какой из согревающих предметов, имеющих одинаковую температуру и массу, отдаст больше теплоты при остывании до одной и той же температуры: мешочек с песком или грелка с водой?

34.Известно, что при тяжелой, физической работе человек выделяет пот объемом 10 литров. Какая масса воды может быть нагрета от 40 до 1000С за счет той тепловой энергии, которая затратилась на испарение пота объемом10 литров?

Испарение.

35.Нормальная температура человека в подмышечной впадине 36,80С, а в легких 320С. Чем объясняется более низкая температура легких?

Электричество.

36.Чем объяснить такие явления: при ударе молнии лиственное дерево разрывается изнутри, а хвойное загорается снаружи; молния ударяет в дуб даже в том случае, если окружающие его сосны значительно выше?

Скорость.

37.Почву возле корней растения полили водой, содержащей меченые атомы. Спустя 15 минут эти атомы были обнаружены в стебле растения на расстоянии 3 метра от его корней. Какова средняя скорость передвижения воды по стеблю и ветвям растения?

38.Скорость роста бамбука 0,5 мм/мин. За какое время бамбук достигнет высоты 20 метров?

 39.Гепард – самое быстрое сухопутное животное. Он может развивать скорость до         90 км/ч, совершая при этом прыжки до 25 метров. Оцените приблизительно высоту таких прыжков.