نمونه سوال فصل ۴ فیزیک دهم ریاضی با جواب

طول یک پل معلق فولادی در سردترین موقع سال ۹۰۰ متر بوده و در آن سال بیشترین طول پل به ۹۰۰/۹ متر رسیده است. اختلاف بیشترین دما و کمترین دمای پل در آن سال، چند درجهٔ سلسیوس است؟ ($\alpha = 1/25 \times 10^{-5}\,\mathrm{K^{-1}}$)

هوایی با فشار $10^5\,\mathrm{Pa}$ درون استوانهٔ یک تلمبهٔ دوچرخه به طول $34\,\mathrm{cm}$ محبوس است. راه‌های ورودی و خروجی هوای استوانهٔ تلمبه را می‌بندیم. اگر طول استوانه را در دمای ثابت به $40\,\mathrm{cm}$ افزایش دهیم، فشار هوای محبوس به چند سانتی‌متر جیوه می‌رسد؟ ($g = 10\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^2}}$ و $\rho_{\text{جیوه}} = 13/6\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm^3}}$)

مقداری بنزین در مخزن استوانه‌ای به ارتفاع ۵ m ریخته شده است. در دمای $263\,\mathrm{K}$، فاصلهٔ بین سطح بنزین تا بالای ظرف برابر ۲۵ cm است. حداقل در چه دمایی برحسب درجهٔ فارنهایت بنزین از ظرف سرریز می‌شود؟
(ضریب انبساط حجمی بنزین $10^{-3}\,\frac{1}{\mathrm{K}}$ است و از انبساط ظرف صرف‌نظر شود.)

کدام مورد همرفت طبیعی است؟

مطابق جدول زیر، به سه ماده با جرم‌های معلوم، گرمای معین داده‌ایم و افزایش دمای هر کدام مشخص است. در مقایسهٔ گرمای ویژهٔ آنها کدام رابطه درست است؟

۸۰ گرم آب با دمای $20^\circ\mathrm{C}$ را به همراه ۲۰ گرم آب با دمای $80^\circ\mathrm{C}$ درون ظرف فلزی ۳۰۰ گرمی با دمای $32^\circ\mathrm{C}$ می‌ریزیم. دمای تعادل چند درجه سلسیوس است؟ ($c_{\text{آب}} = 4200\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.K}}$ و $c_{\text{ظرف}} = 400\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.K}}$)

در یک محفظه 100 گرم یخ با دمای صفر درجهٔ سلسیوس قرار دارد. در فشار یک اتمسفر حداقل چند گرم بخار آب $100^\circ\mathrm{C}$ وارد محفظه کنیم تا تمام یخ ذوب شود؟ (در این آزمایش $6540\,\mathrm{J}$ گرما جذب محفظه شده است و $L_V=2256\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{g}}$ ، $L_F=336\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{g}}$ و $c_{\text{آب}}=4200\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.K}}$ است.)

اگر دمای هوای اتاقی را از $24\,^\circ\mathrm{C}$ به $25\,^\circ\mathrm{C}$ برسانیم، چه کسری از مولکول‌های هوا خارج شود تا فشار هوای اتاق تغییر نکند؟

مطابق شکل، زیر پیستون آزاد به وزن $W=40\,\mathrm{N}$ گاز آرمانی قرار دارد و فشار هوا $10^5$ پاسکال است. روی پیستون وزنهٔ $80$ نیوتونی قرار می‌دهیم، در دمای ثابت، وزنه $4\,\mathrm{cm}$ پایین می‌آید و دوباره به حال تعادل قرار می‌گیرد. سطح قاعدهٔ پیستون چند سانتی‌مترمربع است؟

شکل: استوانهٔ قائم باز از بالا که درون آن گاز آرمانی قرار دارد و پیستون آزاد به وزن $W$ روی گاز قرار گرفته است. ارتفاع ستون گاز از کف تا زیر پیستون با پیکان دوسر برابر $26\,\mathrm{cm}$ نشان داده شده است. برچسب «گاز آرمانی» درون استوانه نوشته شده است.

دمای گاز درون یک کپسول، صفر درجهٔ سلسیوس و فشار پیمانه‌ای گاز نیز صفر است. در حجم ثابت، دمای گاز را به آرامی به چند درجهٔ سلسیوس برسانیم تا فشار پیمانه‌ای آن برابر ۱۰ سانتی‌متر جیوه شود؟ ($P_0=75\,\mathrm{cmHg}$)

در مخزنی به حجم ۲۶ لیتر، ۲۱ گرم گاز مخلوط هیدروژن و نیتروژن قرار دارد. اگر در دمای ۵۲ درجهٔ سلسیوس، فشار پیمانه‌ای گاز $3\,\mathrm{atm}$ باشد، نسبت جرم گاز نیتروژن به جرم گاز هیدروژن در این مخلوط، چقدر است؟ ($R=8\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol.K}}$ و $1\,\mathrm{atm}=10^5\,\mathrm{Pa}$ ، $M_{\mathrm{N_2}}=28\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$ ، $M_{\mathrm{H_2}}=2\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$)