Задание 77 из 82Движение и квадратичные моделиЯщенко · вариант 31
Линия №10

В боковой стенке высокого цилиндрического бака у самого дна закреплён кран. После его открытия вода начинает вытекать из бака, при этом высота столба воды в нём, выраженная в метрах, меняется по закону , где — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, м — начальная высота столба воды, — отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а — ускорение свободного падения (считайте м/с²). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объёма воды?

Источник: Ященко

Показать ответ

Ответ: 350

Объяснение

Как решать это задание

Ключевая идея и подход к задаче

В цилиндрическом баке объём пропорционален высоте. Поэтому четверть объёма означает высоту H₀/4. Квадратичная формула действует только до опустошения бака.

Ключевая формулаH(t)=H04H(t)=\frac{H_0}{4}
Пошаговый разбор

Пошаговое решение

Подробные вычисления, пояснения и ответ

Нужно найти: время вытекания трёх четвертей воды из бака.

План решения: В цилиндрическом баке объём пропорционален высоте. Поэтому четверть объёма означает высоту H₀/4. Квадратичная формула действует только до опустошения бака.

Шаг 1. Перейдём от объёма к высоте

Площадь сечения цилиндра постоянна. Уменьшение объёма в четыре раза означает такое же уменьшение высоты.

H(t)=54=1,25H(t)=\frac{5}{4}=1{,}25

Шаг 2. Свернём выражение в квадрат

Подставим параметры и узнаем полный квадрат. Вода убывает до момента, когда этот квадрат впервые становится нулём.

2⋅10⋅5=10\sqrt{2\cdot10\cdot5}=10H(t)=5(1−t700)2H(t)=5\left(1-\frac{t}{700}\right)^2

Шаг 3. Решим уравнение на рабочем промежутке

Бак опустеет при t = 700 с. До этого момента выражение в скобках неотрицательно, поэтому для четверти высоты оно равно 1/2.

0≤t≤7000\le t\le 7001−t700=121-\frac{t}{700}=\frac12

Шаг 4. Найдём время и отбросим лишний корень

Получаем половину времени полного опустошения. Второй алгебраический корень 1050 с лежит после опустошения и физического смысла не имеет.

t=7002=350 сt=\frac{700}{2}=350\ \text{с}
Ответ:350350
Теория

Что нужно знать

Правила и свойства для этого типа задач
  • Основное правило

    В цилиндрическом баке объём пропорционален высоте. Поэтому четверть объёма означает высоту H₀/4. Квадратичная формула действует только до опустошения бака.

    H(t)=H04H(t)=\frac{H_0}{4}
  • Единицы и ограничения

    Время в исходной формуле и в ответе измеряется в секундах.

Открыть теорию по математике →
Самопроверка

Типичные ошибки

На что обратить внимание перед ответом
  • На что обратить внимание

    Не выбирайте второй корень квадратного уравнения: после опустошения эта модель вытекания уже не применяется.

Алгоритм

Как проверить себя

Короткий контрольный список перед ответом
  • Данные и единицы

    Сверьте числа и обозначения с условием. Время в исходной формуле и в ответе измеряется в секундах.

  • Смысл результата

    При t = 350 с высота равна 1,25 м; это четверть первоначальной высоты и объёма.

Тренировка

Похожие задания

Ещё задачи линии №10
Навигация

Продолжить подготовку

Банк задач, конструктор и пробный ЕГЭ