Вопрос:

20. Давление газа в цилиндре под поршнем меняется с течением времени согласно графику на рисунке 35. Каково будет давление газа через 4,5 с после начала наблюдений?

Ответ:

Решение:

График на рисунке 35 показывает зависимость давления газа \( p \) (в кПа) от времени \( t \) (в с). Нам нужно определить давление газа через 4,5 секунды.

Рассматриваем график:

  • В момент времени \( t=0 \) с, давление \( p = 40 \) кПа.
  • В момент времени \( t=1 \) с, давление \( p = 20 \) кПа.
  • В момент времени \( t=2 \) с, давление \( p = 40 \) кПа.
  • В момент времени \( t=3 \) с, давление \( p = 60 \) кПа.
  • В момент времени \( t=4 \) с, давление \( p = 40 \) кПа.

Цикл колебаний давления составляет 2 секунды (например, от \( t=0 \) до \( t=2 \), где давление возвращается к 40 кПа). Поскольку 4,5 с — это 2 полных цикла (4 с) плюс половина цикла (0.5 с), то есть 2 года и 1 год, мы можем проследить за поведением давления.

На момент \( t=4 \) с, давление равно 40 кПа. Далее график идет вверх, достигая максимума \( p = 60 \) кПа в \( t=3 \) с, а затем падает до \( p = 40 \) кПа в \( t=4 \) с. К моменту \( t=4.5 \) с, давление будет находиться между 40 кПа и 60 кПа, ближе к 40 кПа, так как оно приближается к минимуму. Однако, глядя на паттерн, можно заметить, что после \( t=4 \) с, давление должно снижаться. Положение \( t=4.5 \) с находится ровно посередине между \( t=4 \) и \( t=5 \). Если график продолжится по симметрии, то в \( t=5 \) с, давление будет 20 кПа. Таким образом, в \( t=4.5 \) с, давление будет примерно 30 кПа.

Уточним по рисунку: точка \( t=4 \) с соответствует давлению 40 кПа. Точка \( t=5 \) с, если предположить симметричное продолжение графика, будет соответствовать минимуму, то есть 20 кПа. Значение \( t=4.5 \) с находится посередине между \( t=4 \) и \( t=5 \). Линия между \( t=4 \) и \( t=5 \) идет вниз. На отрезке от \( t=4 \) до \( t=5 \), давление уменьшается от 40 кПа до 20 кПа. Середина этого отрезка \( t=4.5 \) с, будет иметь давление, равное среднему арифметическому конечных точек, если бы график был линейным. Но график синусоидальный. Если посмотреть на график, то \( t=4.5 \) находится посередине между \( t=4 \) (где \( p=40 \)) и \( t=5 \) (где \( p=20 \)). То есть, график идет от 40 кПа вниз к 20 кПа. На отметке \( t=4.5 \) с, давление будет ближе к 30 кПа, так как это середина интервала. В данном случае, по представленным вариантам, наиболее близким будет 30 кПа.

Ответ: В. 30 кПа.