دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · فیزیک

سوال ۷۲ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

سوال ۷۲ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۷۲ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۷۲ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۲: ویژگی‌های فیزیکی مواد

این سوال در دفترچه شکل دارد؛ این‌جا شکل به‌صورت متنی توصیف شده است.

در شکل زیر، چگالی مایع درون ظرف و لوله 2/8 gcm32/8\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm^3}} است. اگر فشار هوا در محیط ۷۵/۵ سانتی‌متر جیوه باشد، فشار هوای جمع‌شده در انتهای لوله چند پاسکال است؟ (g=10 ms2g=10\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^2}} و ρجیوه=13/6 gcm3\rho_{\text{جیوه}}=13/6\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm^3}})

شکل: ظرفی پر از مایع (با سطح آزاد مایع در ظرف) و لوله‌ای شیشه‌ای وارونه که انتهای بسته آن در بالاست و انتهای باز آن در مایع ظرف فرو رفته است. مایع درون لوله بالا آمده و در انتهای بستهٔ بالای لوله مقداری هوای جمع‌شده وجود دارد. با پیکانی دوسر، ارتفاع ستون مایع درون لوله از سطح مایع ظرف تا سطح مایع در لوله برابر 51 cm51\,\mathrm{cm} نشان داده شده است.

  1. گزینهٔ ۱: 1428014280
  2. گزینهٔ ۲: 5560055600
  3. گزینهٔ ۳: 6936069360
  4. گزینهٔ ۴: 8840088400
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

گام اول: رابطهٔ فشارها را بنویسیم.
در مایع ساکن و پیوسته، فشار نقاط هم‌تراز برابر است و با پایین رفتن به اندازهٔ hh، فشار به اندازهٔ ρgh\rho gh افزایش می‌یابد (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۳۴–۳۵).

نقطه‌ای درون لوله و هم‌تراز با سطح آزاد مایع ظرف در نظر می‌گیریم. فشار این نقطه برابر فشار جو، یعنی P0P_0، است. از طرف دیگر، این نقطه به اندازهٔ h=51 cmh=51\,\mathrm{cm} پایین‌تر از سطح تماس مایع با هوای محبوس قرار دارد؛ بنابراین:
P0=Pهوا+ρمایعghP_0=P_{\text{هوا}}+\rho_{\text{مایع}}gh
پس:
Pهوا=P0−ρمایعghP_{\text{هوا}}=P_0-\rho_{\text{مایع}}gh
بنابراین فشار هوای محبوس از فشار جو کمتر است. همچنین، برخلاف فضای بالای ستون جیوه در بارومتر آرمانی، فضای بالای این لوله حاوی هوای محبوس است و نمی‌توان فشار آن را صفر گرفت.

گام دوم: داده‌ها را به یکاهای SI تبدیل کنیم.
ρمایع=2.8 g/cm3=2800 kg/m3\rho_{\text{مایع}}=2.8\,\mathrm{g/cm^3}=2800\,\mathrm{kg/m^3}
ρجیوه=13.6 g/cm3=13600 kg/m3\rho_{\text{جیوه}}=13.6\,\mathrm{g/cm^3}=13600\,\mathrm{kg/m^3}
H=75.5 cm=0.755 mH=75.5\,\mathrm{cm}=0.755\,\mathrm{m}
h=51 cm=0.51 mh=51\,\mathrm{cm}=0.51\,\mathrm{m}

گام سوم: فشار جو را به پاسکال به دست آوریم.
طبق رابطهٔ بارومتر، فشار معادل یک ستون جیوه از رابطهٔ P0=ρجیوهgHP_0=\rho_{\text{جیوه}}gH محاسبه می‌شود (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۳۷). بنابراین:
P0=13600×10×0.755=102680 PaP_0=13600\times10\times0.755=102680\,\mathrm{Pa}

گام چهارم: فشار ستون مایع را از فشار جو کم کنیم.
ρمایعgh=2800×10×0.51=14280 Pa\rho_{\text{مایع}}gh=2800\times10\times0.51=14280\,\mathrm{Pa}
در نتیجه:
Pهوا=102680−14280=88400 PaP_{\text{هوا}}=102680-14280=88400\,\mathrm{Pa}
این مقدار فشار مطلق هوای محبوس است، نه فشار پیمانه‌ای آن؛ تفاوت این دو نوع فشار در فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۳۸–۳۹، توضیح داده شده است.

پاسخ: گزینهٔ ۴

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: این مقدار از محاسبهٔ ρgh=14280 Pa\rho gh=14280\,\mathrm{Pa} به دست می‌آید؛ یعنی دانش‌آموز اختلاف فشار هوای محیط و هوای محبوس را به جای فشار مطلق هوای محبوس گزارش کرده است.
  • گزینهٔ ۲: خطا در تبدیل یکاهای چگالی و ارتفاع یا استفاده از چگالی نامناسب برای ستون مایع می‌تواند به چنین نتیجه‌ای منجر شود. این مقدار با شرط تعادل Pهوا+14280=102680P_{\text{هوا}}+14280=102680 سازگار نیست.
  • گزینهٔ ۳: ممکن است دانش‌آموز رابطهٔ تفاضل فشارها را درست انتخاب کند، اما در تبدیل فشار جو یا محاسبهٔ فشار ستون مایع اشتباه کند. اختلاف این مقدار با فشار جو، 33320 Pa33320\,\mathrm{Pa} است؛ درحالی‌که ستون مایع داده‌شده چنین اختلاف فشاری ایجاد نمی‌کند.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. اصل برابری فشار در نقاط هم‌تراز یک مایع ساکن و پیوسته را به یاد بیاورید؛ مثال‌های بخش فشار در شاره‌ها در فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۳۴–۳۵، بر همین اصل تکیه دارند.
  2. نقطه‌ای درون لوله و هم‌تراز با سطح آزاد مایع ظرف انتخاب کنید. فشار این نقطه هم برابر فشار جو است و هم از مجموع فشار هوای محبوس و فشار ستون مایع بالای آن به دست می‌آید.
  3. ابتدا فشار جو را با رابطهٔ P0=ρجیوهgHP_0=\rho_{\text{جیوه}}gH به پاسکال تبدیل کنید؛ سپس در رابطهٔ Pهوا=P0−ρمایعghP_{\text{هوا}}=P_0-\rho_{\text{مایع}}gh، ارتفاع‌های H=0.755 mH=0.755\,\mathrm{m} و h=0.51 mh=0.51\,\mathrm{m} را قرار دهید.

فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۲: ویژگی‌های فیزیکی مواد

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «ویژگی‌های فیزیکی مواد» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فیزیک · ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم