Задачи направления «Конструирование»
Задача 1.
В цилиндре двигателя внутреннего сгорания при работе образуются газы с температурой t1 =727С. Температура отработавших газов t2 = 127 0С. Двигатель расходует в час m =36 кг топлива, теплота сгорания Q = 44 МДж/кг. Какую максимальную полезную мощность развивает этот двигатель?
Задача 2.
Идеальная тепловая машина получает от нагревателя, температура которого 600 К, за один цикл 3900 Дж теплоты. Найти количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику, температура которого 300 К. Найти работу машины за один цикл.
Задача3.
Вал работает в двух режимах нагружения: 1) при частоте вращения n =1000 об/мин передает мощность N =3 кВт; 2) при частоте n =3000 об/мин передает мощность N =5 кВт. При каком режиме необходимо рассчитывать вал на прочность и почему?
Задачи направления «Прикладная физика»
Задача 1.
Приспособление, позволяющее человеку балансировать над поверхностью водоема, состоит из платформы, к которой снизу подходит шланг. По этому шлангу насос, установленный на плавающей поблизости лодке, может прокачивать воду с максимальной скоростью υ = 7 м/с. Вода бьет в платформу вертикально вверх, ударяется о платформу и разлетается горизонтально во все стороны. Внутренний радиус шланга r =8 см. Ускорение свободного падения g = 10 м/с2, плотность воды ρ
= 1000 кг/м3. Человека какой массой M способно удерживать это приспособление? Массой платформы и шлангов можно пренебречь. Предложите и разъясните способ управления высотой «полета».
Задача 2.
Имеются два кубика одинакового размера из разных материалов. В сосуд налита вода, а сверху масло плотности ρ = 0,8ρо, где ρо плотность воды. При опускании в сосуд первого кубика он плавает на границе раздела жидкостей, находясь наполовину объёма в воде и наполовину – в масле. Если кубики склеить и опустить в сосуд, то они плавают, полностью погрузившись в воду. Выразите плотности материалов кубиков через плотность воды.
Задача 3.
Один моль аргона участвует в процессе, в ходе которого теплоёмкость остаётся постоянной и равной С=10 Дж/К. При этом аргон увеличил свой объём, совершив работу А=40 Дж. Найдите изменение температуры аргона и подведённое к нему
количество теплоты.
Задачи направления «Электроника»
Задача 1
Нагревательный элемент электроплиты содержит 2 спирали с сопротивлениями R1 = 44 Ом и R2 = 88 Ом. Какие мощности нагревательного элемента можно получить, используя различные схемы подключения спиралей к сети напряжением U=220 В? Привести варианты схем соединения спиралей и соответствующие расчёты.
Задача 2.
От аккумулятора с напряжением 6 В и емкостью 5 А·час. питается светильник мощностью 3 Вт. Сколько времени будет работать светильник от полностью заряженного аккумулятора? Сколько времени уйдет на полную зарядку аккумулятора от зарядного устройства, обеспечивающего ток 1 А?
Задача 3.
Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику тока (источник с высоким выходным сопротивлением) с линейно нарастающим и линейно спадающим током (током пилообразной формы). Нарисовать осциллограмму выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода (т.е. без нагрузки). Ответ пояснить формулами.
Задачи направления «Робототехника»
Задача 1.
Информационно-измерительная техника планетохода
Укомплектовать собственного планетохода, изучив комплекс бортовой информационно-измерительной техники марсохода Curiosity (на рус.яз. читается «Кьюриосити») на рисунке ниже.
Задача 2. Расчет зубчатых механизмов планетохода
Провести расчет следующей сложной зубчатой передачи
|
Задача 3.
Подъемно-спусковой механизм бортового оборудования планетохода.
Собрать подъемно-спусковой механизм для одного из бортового оборудования:
· Перископ с информационно-измерительным комплексом
· Буровое оборудование для сбора грунта
Задачи направления «Решение изобретательских задач»
Задача 1.
Почему лопались чугунные трубы? Дело было в конце XIX века. К известному российскому ученому Николаю Егоровичу Жуковскому за помощью обратился молодой инженер Зимин, заведующий московским водопроводом. Глубоко под землей лопались водопроводные трубы. Качество чугуна было безупречно. Но трубы лопались так, словно были сделаны не из прочного чугуна, а из простого стекла. В чем дело? Зимин не мог найти ответа. Рабочие едва успевали исправлять повреждения в различных концах города. Городская администрация задумалась: а не проще ли опять развозить воду в бочках. Попробуйте разобраться, почему лопались водопроводные трубы из чугуна?
Задача 2.
Турбина-магнит. На одно из предприятий Ленинграда поступила странная телеграмма: «Срочно вылетайте выяснения причин намагниченности турбин». Телеграмма пришла из небольшого южного городка, в который недавно были отправлены паровые турбины — на новую тепловую электростанцию. Оказалось, что при работе громадные паровые турбины (в то время самые большие в мире) непостижимым образом превратились в гигантские магниты, которые буквально «стаскивали» со всего машинного зала болты, гвозди, гаечные ключи и другие железные предметы. Отметим, что перед отправкой турбины тщательно проверяли – магнитных свойств у них не было. Попробуйте объяснить, почему турбины стали магнитными?
Задача 3.
"Утиная речь" водолазов
Вам когда-нибудь приходилось разговаривать по обычному телефону с водолазом или аквалангистом, находящимся на большой глубине? Поначалу может показаться,
что он просто издевается над вами. По мере погружения в глубину голос водолаза становится визгливым, а речь неразборчива. Учитывая «бубнящий» характер такой речи, ей даже дали специальное название — «утиная». Если водолаз находится на большой глубине, то его речь совершенно неразборчива, и общаться с ним по телефону невозможно. Как вы думаете, почему у водолазов и аквалангистов
возникает «утиная речь»?
Практический зачет.
Конкурс командных проектов. На очном этапе Конкурса команда выполняет проект, по одному из 3-х кейсов на выбор:
1.«Идеальное индивидуальное средство передвижения» (приложение 2)
2.«Умный рюкзак» (приложение 3)
3.«Мебель-трансформер» (приложение 4)
Допускается представление:
действующей модели (уменьшенной копии) проекта;
концепции проекта (чертежи, расчеты, 3D-модели, презентации, техническое описание).
На финале Республиканском этапе Олимпиады 30% условий задания подлежит изменению.
Приложение 2
Техническое задание по направлению
«Идеальное индивидуальное средство передвижения»
Описание ситуации
Изо дня в день миллионы людей по всей стране едут на работу или учебу. Помогают нам с этим общественный и личный транспорт. При всех преимуществах личного транспорта человек все чаще и чаще сталкивается с проблемами дорожных заторов и нехваткой парковочных мест.
Всем нам хочется быстро добираться до необходимого места на транспорте, вместо долгих пеших прогулок.
В современном мире гаджетов, наделяемых искусственным интеллектом, существует великое многообразие персональных транспортных устройств, облегчающих жизнь человеку.
Электровелосипеды, гироскутеры, электросамокаты, сигвеи и моноколёса уже стали неотъемлемой частью нашей жизни. Есть мобильные и легкие транспортные средства, позволяющие проехать несколько километров за несколько минут, существуют более мощные и быстрые электровелосипеды, способные доставить человека и груз, некоторые из них способны приезжать прямо к двери человека автоматически; некоторые из таких транспортных средств даже способны выходить в интернет и связываться с нашим смартфоном.
Задача
Создать транспортное средство способное перевозить (перемещать) человека, применимое в повседневной жизни в условиях климата нашего региона, обладающее дополнительными полезными функциями.
Транспортное средство должно удовлетворять требованиям одного из предложенных классов (А,Б).
Описание классов
Класс «А»
Компактные транспортные средства для передвижения на небольшие расстояния в условиях городской среды (парки, тротуары, велосипедные дорожки, набережные, торговые центры).
Существующие на сегодняшний день:
- электросамокаты(в т.ч. с сиденьем);
- гироскутеры;
- сигвей;
- моноколеса.
Что важно?
- вес;
- габариты в рабочем и транспортировочном состоянии;
- насколько легко освоить.
- Класс «Б»
- транспортные средства для передвижения по дорогам общего пользования, пересеченной местности на средние расстояния с учетом круглогодичного использования в наших климатических условиях (Республика Башкортостан).
Существующие на сегодняшний день:
- электровелосипеды;
- электромопеды;
- электромотоциклы.
Что важно?
- скорость движения;
- проходимость;
- запас хода;
- использование гибридной схемы;
- комфорт передвижения;
- подготовка водителя;
- возможность транспортировки с помощью легкового автомобиля.