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 \(H(t) = H_0 - \sqrt{2gH_0}kt + \frac{g}{2}k^2t^2 \), где t — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, H₀ = 5 м — начальная высота столба воды, \( k = \frac{1}{900} \) — отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а $g$ — ускорение свободного падения (считайте, что \(g = 10 \text{м/с^2}\)). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объёма воды?
Бак имеет цилиндрическую форму, поэтому объём воды пропорционален высоте столба: $V(t) = S \cdot H(t)$, где $S$ — площадь основания. Следовательно, если объём уменьшился до $\frac{1}{4}$ от начального, то и высота уменьшилась до $\frac{1}{4} H_0$:[NEWLINE] \[ H(t) = \frac{1}{4} \cdot 5 = \frac{5}{4} \text{ м}. \][NEWLINE] Подставляем остальное:[NEWLINE] $\frac{5}{4}=5-\sqrt{2\cdot10\cdot5}\cdot\frac{1}{900}t+\frac{10}{2}\cdot(\frac{1}{900})^2t^2$[NEWLINE] $\frac{5}{4}=5-\frac{1}{90}t+\frac{5}{900^2}t^2$[NEWLINE] $\frac{5}{900^2}t^2-\frac{1}{90}t+\frac{15}{4}=0$[NEWLINE] $\frac{1}{900\cdot180}t^2-\frac{1}{90}t+\frac{15}{4}=0|\cdot900\cdot 180$[NEWLINE] \(\)[NEWLINE] $t^2-1800t+15\cdot900\cdot45=0$[NEWLINE] $D=1800^2-4\cdot15\cdot900\cdot45=$$1800^2-3\cdot900^2=$$900^2(4-3)=900^2$[NEWLINE] $x_1=\frac{1800+900}{2}=1350.$[NEWLINE] $x_2=\frac{1800-900}{2}=450.$[NEWLINE] \(\)[NEWLINE] Очевидно, что бОльший корень посторонний, так как в баке не может два раза быть достигнута четверть высоты. Если один раз достигло, значит второй раз — физически нереально.
Задание 10, (№675 в банке заданий)
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 H(t) = H_0 - \sqrt{2gH_0}kt + \frac{g}{2}k^2t^2 , где t — время в секундах, прошедшее с момента открытия крана, H₀ = 5 м — начальная высота столба воды, k = \frac{1}{900} — отношение площадей поперечных сечений крана и бака, а g — ускорение свободного падения (считайте, что g = 10 \text{м/с^2} ). Через сколько секунд после открытия крана в баке останется четверть первоначального объёма воды?

Решение:

Бак имеет цилиндрическую форму, поэтому объём воды пропорционален высоте столба: V(t) = S \cdot H(t) , где S — площадь основания. Следовательно, если объём уменьшился до \frac{1}{4} от начального, то и высота уменьшилась до \frac{1}{4} H_0 :
H(t) = \frac{1}{4} \cdot 5 = \frac{5}{4} \text{ м}.
Подставляем остальное:
\frac{5}{4}=5-\sqrt{2\cdot10\cdot5}\cdot\frac{1}{900}t+\frac{10}{2}\cdot(\frac{1}{900})^2t^2
\frac{5}{4}=5-\frac{1}{90}t+\frac{5}{900^2}t^2
\frac{5}{900^2}t^2-\frac{1}{90}t+\frac{15}{4}=0
\frac{1}{900\cdot180}t^2-\frac{1}{90}t+\frac{15}{4}=0|\cdot900\cdot 180
t^2-1800t+15\cdot900\cdot45=0
D=1800^2-4\cdot15\cdot900\cdot45= 1800^2-3\cdot900^2= 900^2(4-3)=900^2
x_1=\frac{1800+900}{2}=1350.
x_2=\frac{1800-900}{2}=450.
Очевидно, что бОльший корень посторонний, так как в баке не может два раза быть достигнута четверть высоты. Если один раз достигло, значит второй раз — физически нереально.

Ответ: 450

Готовитесь к ЕГЭ по математике (профиль)?
Свежие варианты, разборы и лайфхаки каждый день

Вступить в Telegram-канал

Если в решении есть ошибка или у вас есть другое, более красивое решение, напишите сюда t.me/brunoxgod или по email: playmeek@gmail.com