Съвременна физика и астрономия

Небесна сфера

1. Коя звезда почти не променя положението си на нощното небе в северното полукълбо?

   • Сириус
   • Вега
   • Полярната звезда
   • Бетелгейзе

   Отговор: Полярната звезда

   Тя е много близо до северния полюс на света, около който изглежда, че се въртят останалите звезди.

2. От коя страна на хоризонта изгрява Слънцето?

   • От запад
   • От север
   • От изток
   • От юг

   Отговор: От изток

   Видимото денонощно движение на Слънцето е от изток към запад заради въртенето на Земята.

3. Как се нарича точката от небесната сфера, противоположна на зенита?

   • Полюс на света
   • Надир
   • Зенит
   • Фокус

   Отговор: Надир

   Надирът е точката точно под наблюдателя, диаметрално противоположна на зенита.

4. На какво е приблизително равна височината на Полярната звезда над хоризонта?

   • На географската дължина на наблюдателя
   • Винаги на 90°
   • Винаги на 45°
   • На географската ширина на наблюдателя

   Отговор: На географската ширина

   Височината на полюса на света над хоризонта е равна на географската ширина на мястото.

5. Как се нарича голямата окръжност, която разделя видимата от невидимата част на небесната сфера?

   • Математически хоризонт
   • Небесен екватор
   • Еклиптика
   • Небесен меридиан

   Отговор: Математически хоризонт

   Хоризонтът е перпендикулярен на отвесната линия на наблюдателя.

6. В коя посока на хоризонта е Слънцето по обяд за наблюдател в България?

   • На север
   • На изток
   • На юг
   • На запад

   Отговор: На юг

   България е северно от тропика, затова по обяд Слънцето е в южната част на небето.

7. Как се нарича точката от небесната сфера точно над главата на наблюдателя?

   • Зенит
   • Надир
   • Полюс на света
   • Пролетна точка

   Отговор: Зенит

   Отвесната линия пресича небесната сфера в зенита (горе) и надира (долу).

8. Как се нарича видимият годишен път на Слънцето сред звездите?

   • Небесен екватор
   • Хоризонт
   • Млечен път
   • Еклиптика

   Отговор: Еклиптика

   Заради обикалянето на Земята Слънцето се премества сред звездите по еклиптиката.

9. Как се наричат дните, в които денят и нощта са приблизително равни?

   • Слънцестоения
   • Затъмнения
   • Новолуния
   • Равноденствия

   Отговор: Равноденствия

   При равноденствията Слънцето е на небесния екватор.

10. Каква е основната причина за смяната на сезоните на Земята?

    • Изменението на разстоянието до Слънцето
    • Наклонът на земната ос спрямо равнината на орбитата
    • Въртенето на Земята около оста ѝ
    • Движението на Луната около Земята

    Отговор: Наклонът на земната ос

    Заради наклона (около 23,5°) през годината се променят височината на Слънцето и продължителността на деня.

11. В кой ден на годината Слънцето е най-високо по обяд в северното полукълбо?

    • При зимното слънцестоене (около 21 декември)
    • При лятното слънцестоене (около 21 юни)
    • При пролетното равноденствие
    • При есенното равноденствие

    Отговор: При лятното слънцестоене (около 21 юни)

    Тогава Слънцето е на най-голямото си склонение, около +23,4°.

12. Как се нарича ъгловото разстояние на светило от небесния екватор?

    • Деклинация
    • Ректасцензия
    • Азимут
    • Височина

    Отговор: Деклинация

    Деклинацията се измерва от екватора към полюсите от 0° до ±90°.

13. Колко продължава звездното денонощие (едно завъртане на Земята спрямо звездите)?

    • 24 h
    • ≈ 24 h 4 min
    • ≈ 23 h 4 min
    • ≈ 23 h 56 min

    Отговор: ≈ 23 h 56 min

    За едно денонощие Земята се премества по орбитата си, затова слънчевото денонощие е с около 4 min по-дълго от звездното.

14. Каква е приблизително височината на Слънцето по обяд в София (φ ≈ 42,7°) при пролетното равноденствие?

    • ≈ 43°
    • ≈ 47°
    • ≈ 70°
    • ≈ 24°

    Отговор: ≈ 47°

    При равноденствие склонението на Слънцето е 0°, а h = 90° − φ ≈ 47,3°.

15. На каква географска ширина Слънцето е в зенита по обяд при лятното слънцестоене?

    • На екватора
    • На северния тропик (≈ 23,4° с. ш.)
    • На северния полярен кръг
    • На северния полюс

    Отговор: На северния тропик (≈ 23,4° с. ш.)

    Тогава деклинацията на Слънцето е ≈ +23,4° и то е в зенита на тази ширина.

Небесна механика

1. Кой учен формулира законите за движението на планетите около Слънцето?

   • Николай Коперник
   • Йоханес Кеплер
   • Клавдий Птолемей
   • Галилео Галилей

   Отговор: Йоханес Кеплер

   Трите закона на Кеплер описват формата на орбитите, скоростта по тях и връзката между период и размер на орбитата.

2. Кой учен предлага хелиоцентричната система на света?

   • Клавдий Птолемей
   • Аристотел
   • Галилео Галилей
   • Николай Коперник

   Отговор: Николай Коперник

   Коперник поставя Слънцето в центъра в труда си от 1543 г.

3. Кой учен открива с телескоп четирите големи спътника на Юпитер?

   • Йоханес Кеплер
   • Галилео Галилей
   • Николай Коперник
   • Едуин Хъбъл

   Отговор: Галилео Галилей

   През 1610 г. Галилей открива Йо, Европа, Ганимед и Калисто.

4. Какво гласи третият закон на Кеплер?

   • T²/a³ е еднакво за всички планети
   • T/a е еднакво за всички планети
   • Всички планети имат еднакъв период
   • Орбитите са окръжности

   Отговор: T²/a³ = const

   Квадратите на периодите се отнасят както кубовете на големите полуоси на орбитите.

5. Как се нарича най-близката до Слънцето точка от орбитата на планета?

   • Перихелий
   • Афелий
   • Перигей
   • Зенит

   Отговор: Перихелий

   Перихелий е най-близката, а афелий най-далечната точка от орбитата.

6. Как се нарича най-отдалечената от Слънцето точка от орбитата на планета?

   • Перихелий
   • Перигей
   • Афелий
   • Апогей

   Отговор: Афелий

   Афелият е противоположен на перихелия; апогей и перигей се отнасят за орбити около Земята.

7. Какъв е периодът на обиколка на геостационарен спътник?

   • Едно денонощие (≈ 24 h)
   • ≈ 90 min
   • 12 h
   • 27,3 денонощия

   Отговор: Около 24 h

   Той се върти синхронно със Земята и затова изглежда неподвижен над една точка от екватора.

8. Защо виждаме винаги една и съща страна на Луната?

   • Луната не се върти около оста си
   • Земята закрива другата страна
   • Периодът на въртенето ѝ е равен на периода на обиколката ѝ
   • Другата страна не се осветява

   Отговор: Периодът на въртенето ѝ е равен на периода на обиколката ѝ

   Луната се завърта веднъж около оста си за един оборот около Земята (синхронно въртене).

9. В коя точка от орбитата си планетата се движи най-бързо?

   • В афелия
   • Навсякъде еднакво
   • По средата между тях
   • В перихелия

   Отговор: В перихелия

   По втория закон на Кеплер радиус-векторът описва равни площи за равни времена, затова близо до Слънцето скоростта е най-голяма.

10. Голямата полуос на орбитата на планета е 9 AU. Какъв е орбиталният ѝ период?

    • 27 години
    • 9 години
    • 81 години
    • 3 години

    Отговор: 27 години

    T² = a³ (в години и AU): T = √(9³) = √729 = 27 години.

11. За колко време приблизително Луната прави един оборот около Земята спрямо звездите (сидеричен месец)?

    • ≈ 27,3 дни
    • ≈ 29,5 дни
    • ≈ 24 часа
    • ≈ 365 дни

    Отговор: ≈ 27,3 дни

    Сидеричният месец е около 27,3 дни; от новолуние до новолуние минават около 29,5 дни.

12. Каква е основната причина за приливите и отливите в океаните?

    • Гравитационното привличане на Луната и Слънцето
    • Вятърът
    • Обикалянето на Земята около Слънцето
    • Магнитното поле на Земята

    Отговор: Гравитационното привличане на Луната и Слънцето

    Различното привличане от Луната в различните точки на Земята създава приливни издутини.

13. Планета има същия радиус като Земята, но 4 пъти по-голяма маса. Каква е първата космическа скорост за нея? (за Земята 7,9 km/s)

    • ≈ 31,6 km/s
    • ≈ 15,8 km/s
    • 7,9 km/s
    • ≈ 3,95 km/s

    Отговор: ≈ 15,8 km/s

    v = √(GM/R); при 4 пъти по-голяма маса скоростта нараства √4 = 2 пъти: 2·7,9 = 15,8 km/s.

14. Първата космическа скорост за една планета е 5 km/s. Колко е втората космическа скорост за нея?

    • 10 km/s
    • 2,5 km/s
    • ≈ 7,1 km/s
    • 25 km/s

    Отговор: ≈ 7,1 km/s

    v₂ = √2·v₁ ≈ 1,41·5 ≈ 7,1 km/s.

15. Каква е приблизително орбиталната скорост на Земята около Слънцето? (r ≈ 1,5·10¹¹ m, T ≈ 3,15·10⁷ s)

    • ≈ 3 km/s
    • ≈ 30 km/s
    • ≈ 300 km/s
    • ≈ 11,2 km/s

    Отговор: ≈ 30 km/s

    v = 2πr/T ≈ 9,4·10¹¹ / 3,15·10⁷ ≈ 3·10⁴ m/s = 30 km/s.

Звезди и Вселена

1. Какъв е източникът на енергията на Слънцето?

   • Делене на уранови ядра
   • Термоядрен синтез на водород в хелий
   • Химично горене
   • Радиоактивен разпад на радий

   Отговор: Термоядрен синтез (водород → хелий)

   В ядрото на Слънцето при милиони градуси водородните ядра се сливат в хелий.

2. Коя е най-близката до Земята звезда?

   • Проксима Кентавър
   • Слънцето
   • Сириус
   • Полярната звезда

   Отговор: Слънцето

   Слънцето е звезда на около 150 млн. km от Земята.

3. Как се нарича звездата, която рязко увеличава блясъка си при мощна експлозия в края на живота си?

   • Червен гигант
   • Свръхнова
   • Бяло джудже
   • Кафяво джудже

   Отговор: Свръхнова

   При експлозия на свръхнова звездата за кратко може да свети колкото цяла галактика.

4. Как се нарича планета, която обикаля около звезда, различна от Слънцето?

   • Астероид
   • Комета
   • Екзопланета
   • Джудже планета

   Отговор: Екзопланета

   Досега са открити хиляди екзопланети, главно чрез транзитния метод и метода на лъчевите скорости.

5. Как се нарича определен участък от небето с характерна група звезди?

   • Галактика
   • Мъглявина
   • Звезден куп
   • Съзвездие

   Отговор: Съзвездие

   Небесната сфера е разделена на участъци, наречени съзвездия.

6. Коя е най-близката голяма спирална галактика до Млечния път?

   • Големият Магеланов облак
   • Галактиката Сомбреро
   • Андромеда
   • Галактиката Водовъртеж

   Отговор: Андромеда

   Андромеда (M31) е на около 2,5 млн. светлинни години.

7. Как се нарича галактиката, в която се намира Слънчевата система?

   • Андромеда
   • Магелановият облак
   • Млечният път
   • Триъгълник

   Отговор: Млечният път

   Слънцето е една от стотиците милиарди звезди в нашата галактика.

8. Към какъв тип звезди се отнася Слънцето?

   • Червен гигант
   • Бяло джудже
   • Неутронна звезда
   • Жълто джудже

   Отговор: Жълто джудже

   Слънцето е звезда от главната последователност от спектрален клас G.

9. От какво зависи главно цветът на звездата?

   • От разстоянието до Земята
   • От броя на планетите ѝ
   • От скоростта на въртенето ѝ
   • От повърхностната ѝ температура

   Отговор: От повърхностната ѝ температура

   Колкото по-гореща е звездата, толкова по-синкава е, а по-студените са червени.

10. Галактика е на разстояние 100 Mpc. С каква скорост се отдалечава според закона на Хъбъл? (H ≈ 70 km/s/Mpc)

    • ≈ 70 km/s
    • ≈ 700 000 km/s
    • ≈ 1,4 km/s
    • ≈ 7000 km/s

    Отговор: ≈ 7000 km/s

    v = H·d = 70·100 = 7000 km/s.

11. Какво е реликтовото (микровълново фоново) лъчение?

    • Лъчение на Слънцето
    • Остатъчно лъчение от ранната Вселена
    • Радиовълни от Земята
    • Лъчение на черните дупки

    Отговор: Остатъчно лъчение от ранната Вселена

    То е изстиналото лъчение от времето, когато Вселената е станала прозрачна, днес с температура около 2,7 K.

12. Коя е съвременната теория за произхода и развитието на Вселената?

    • Теорията за Големия взрив
    • Геоцентричната теория
    • Теорията на Кеплер
    • Теорията за неподвижния етер

    Отговор: Теорията за Големия взрив

    Според нея Вселената е възникнала от изключително гореща и плътна начална фаза и се разширява.

13. Какво остава след експлозия на свръхнова на много масивна звезда?

    • Бяло джудже
    • Червен гигант
    • Неутронна звезда или черна дупка
    • Протозвезда

    Отговор: Неутронна звезда или черна дупка

    Ядрото на масивната звезда колапсира; по-леките остатъци стават неутронни звезди, а най-масивните черни дупки.

14. Каква е приблизителната възраст на Вселената според съвременните оценки?

    • 4,6 млрд. години
    • 1 млрд. години
    • 13,8 млрд. години
    • 100 млрд. години

    Отговор: 13,8 млрд. години

    Оценката идва от разширяването на Вселената и реликтовото лъчение.

15. Какво е черна дупка?

    • Звезда без ядрен синтез
    • Обект с толкова силна гравитация, че дори светлината не може да го напусне
    • Празно пространство без материя
    • Облак от междузвезден прах

    Отговор: Обект с толкова силна гравитация, че дори светлината не може да го напусне

    Втората космическа скорост за черна дупка надвишава скоростта на светлината.

Повърхностни явления

1. Благодарение на кое явление водомерката се задържа на повърхността на водата?

   • Архимедовата сила
   • Капилярността
   • Повърхностното напрежение
   • Дифузията

   Отговор: Повърхностното напрежение

   Повърхностният слой на водата се държи като опъната еластична ципа.

2. Каква форма приемат малки капки течност в безтегловност?

   • Сферична
   • Кубична
   • Плоска
   • Цилиндрична

   Отговор: Сферична

   Повърхностното напрежение свежда повърхността до минимум, а сферата има най-малка площ при даден обем.

3. Какво намалява повърхностното напрежение на водата и улеснява прането?

   • Солта
   • Сапунът
   • Захарта
   • Пясъкът

   Отговор: Сапунът

   Сапунът и препаратите са повърхностноактивни вещества.

4. Коя е единицата за коефициента на повърхностно напрежение в SI?

   • N·m
   • N/m²
   • J·m
   • N/m

   Отговор: N/m

   σ = F/l: сила на единица дължина от границата на повърхността.

5. Как се изменя повърхностното напрежение на водата при нагряване?

   • Увеличава се
   • Не се изменя
   • Намалява
   • Става отрицателно

   Отговор: Намалява

   С покачване на температурата силите на привличане между молекулите на повърхността отслабват.

6. Как се нарича покачването или спускането на течност в тесни тръбички?

   • Дифузия
   • Конвекция
   • Капилярност
   • Осмоза

   Отговор: Капилярност

   Капилярните явления се дължат на повърхностното напрежение и намокрянето.

7. При какво условие течност се покачва в тънка стъклена тръбичка (капиляр)?

   • Когато намокря стените ѝ
   • Когато не намокря стените ѝ
   • Само при висока температура
   • Когато е по-плътна от стъклото

   Отговор: Когато намокря стените

   Намокрящата течност образува вдлъбнат мениск и силите на повърхностно напрежение я изтеглят нагоре.

8. Какъв е менискусът на водата в чиста стъклена тръбичка?

   • Изпъкнал
   • Плосък
   • Остър
   • Вдлъбнат

   Отговор: Вдлъбнат

   Водата намокря стъклото, затова повърхността ѝ е вдлъбната.

9. Какъв менискус образува живакът в стъклена тръбичка?

   • Вдлъбнат
   • Плосък
   • Вълнообразен
   • Изпъкнал

   Отговор: Изпъкнал

   Живакът не намокря стъклото, затова повърхността му е изпъкнала.

10. Как се изменя височината на капилярно покачване на водата, ако радиусът на капиляра намалее 2 пъти?

    • Намалява 2 пъти
    • Увеличава се 2 пъти
    • Увеличава се 4 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: Увеличава се 2 пъти

    h = 2σ/(ρgr), т.е. височината е обратно пропорционална на радиуса.

11. Каква работа е нужна, за да се увеличи повърхността на вода с 10 cm²? (σ = 0,07 N/m)

    • 7·10⁻⁵ J
    • 0,7 J
    • 7·10⁻³ J
    • 7·10⁻⁴ J

    Отговор: 7·10⁻⁵ J

    A = σΔS = 0,07·10⁻³ = 7·10⁻⁵ J.

12. Защо капка вода върху мазна повърхност е почти сферична?

    • Водата не намокря мазната повърхност
    • Водата намокря повърхността
    • Мазнината увеличава теглото на капката
    • Капката е замръзнала

    Отговор: Водата не намокря мазната повърхност

    При ненамокряне силите между молекулите на водата преобладават и капката се свива.

13. Сапунен филм е опънат в рамка с подвижна страна 10 cm. С каква сила филмът тегли подвижната страна? (σ = 0,04 N/m)

    • 4·10⁻³ N
    • 0,4 N
    • 0,8 N
    • 8·10⁻³ N

    Отговор: 8·10⁻³ N

    Филмът има две повърхности: F = 2σl = 2·0,04·0,1 = 8·10⁻³ N.

14. На каква височина се покачва водата в стъклен капиляр с радиус 0,5 mm? (σ = 0,073 N/m, ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s², пълно намокряне)

    • ≈ 1,5 cm
    • ≈ 2,9 cm
    • ≈ 29 cm
    • ≈ 5,8 cm

    Отговор: ≈ 2,9 cm

    h = 2σ/(ρgr) = 0,146/(1000·10·0,0005) ≈ 0,029 m.

15. Капка се откъсва от пипета с радиус на отвора 1 mm. Какво е теглото ѝ в момента на откъсване? (σ = 0,072 N/m)

    • ≈ 2,3·10⁻⁴ N
    • ≈ 4,5·10⁻⁴ N
    • ≈ 4,5·10⁻² N
    • ≈ 7,2·10⁻⁵ N

    Отговор: ≈ 4,5·10⁻⁴ N

    mg = σ·2πr = 0,072 · 2 · 3,14 · 0,001 ≈ 4,5·10⁻⁴ N.

Енергия и технологии

1. Какво устройство превръща слънчевата светлина направо в електрическа енергия?

   • Фотоволтаичен панел
   • Слънчев колектор за топла вода
   • Вятърна турбина
   • Термодвойка

   Отговор: Фотоволтаичният панел

   Фотоволтаичните клетки използват вътрешния фотоефект в полупроводници.

2. Кой от изброените енергийни източници е възобновяем?

   • Въглищата
   • Вятърът
   • Природният газ
   • Нефтът

   Отговор: Вятърът

   Вятърът се възобновява непрекъснато благодарение на слънчевото нагряване на атмосферата.

3. Какво превръщане на енергия става в електродвигателя?

   • Механична в електрична
   • Електрична в механична
   • Топлинна в електрична
   • Химична в светлинна

   Отговор: Електрична в механична

   Електродвигателят използва силата на Ампер, за да върти ротора.

4. Кои от изброените лампи имат най-висока светлинна ефективност (lm/W)?

   • Светодиодните (LED)
   • С нажежаема жичка
   • Халогенните
   • Луминесцентните

   Отговор: Светодиодните (LED)

   LED лампите дават най-много светлина на ват консумирана мощност и затова пестят енергия.

5. Какво превръщане на енергия става във ВЕЦ?

   • Механична енергия на водата в електрична
   • Химична енергия в електрична
   • Ядрена енергия в топлинна
   • Светлинна енергия в електрична

   Отговор: Механична енергия на водата в електрична

   Падащата вода върти турбината, а генераторът превръща механичната енергия в електрична.

6. Какво гориво използват атомните електроцентрали?

   • Въглища
   • Природен газ
   • Уран
   • Водород

   Отговор: Уран

   Енергията се отделя при деленето на ядра на уран-235.

7. Защо електроенергията се пренася на големи разстояния при много високо напрежение?

   • За да се увеличи токът
   • За да се намалят загубите в проводниците
   • За да е по-безопасно
   • За да се увеличи честотата

   Отговор: За по-малки загуби

   При същата мощност по-високото напрежение означава по-малък ток, а загубите са I²R.

8. Слънчев панел с площ 1,5 m² и КПД 20% е осветен с 1000 W/m². Каква електрична мощност дава?

   • 1500 W
   • 200 W
   • 30 W
   • 300 W

   Отговор: 300 W

   P = 0,2·1000·1,5 = 300 W.

9. Уред с мощност 1,5 kW работи по 2 h на ден. Колко енергия изразходва за 30 дни?

   • 45 kWh
   • 3 kWh
   • 900 kWh
   • 90 kWh

   Отговор: 90 kWh

   W = 1,5 kW · 2 h · 30 = 90 kWh.

10. Микровълнова фурна работи при честота 2,45 GHz. Каква е дължината на вълната? (c = 3·10⁸ m/s)

    • ≈ 1,2 m
    • ≈ 1,2 mm
    • ≈ 12 cm
    • ≈ 120 m

    Отговор: ≈ 12 cm

    λ = c/ν = 3·10⁸/2,45·10⁹ ≈ 0,12 m.

11. На какво явление се основава индукционният котлон?

    • Инфрачервено лъчение от нагрята спирала
    • Изгаряне на газ
    • Вихрови токове, индуцирани в дъното на съда
    • Микровълни, поглъщани от водата

    Отговор: Вихрови токове, индуцирани в дъното на съда

    Променливото магнитно поле индуцира вихрови токове в металното дъно и то се нагрява.

12. На какъв принцип работи термопомпата (климатикът в режим на отопление)?

    • Пренася топлина от по-студена към по-топла среда, като изразходва работа
    • Изгаря гориво
    • Превръща светлината в топлина
    • Създава топлина от нищо

    Отговор: Пренася топлина от по-студена към по-топла среда, като изразходва работа

    Тя работи като хладилна машина, но полезна е топлината, отдадена в стаята.

13. Как се изменя основната честота на струна, ако дължината на трептящата ѝ част се намали наполовина при същото опъване?

    • Намалява наполовина
    • Не се изменя
    • Увеличава се 4 пъти
    • Удвоява се

    Отговор: Удвоява се

    Основната честота е ν = v/(2L); при два пъти по-къса струна тя е два пъти по-висока (с една октава).

14. Напрежението в далекопровод се повишава 10 пъти при същата пренасяна мощност. Как се изменят топлинните загуби в проводниците?

    • Намаляват 100 пъти
    • Намаляват 10 пъти
    • Не се изменят
    • Увеличават се 10 пъти

    Отговор: Намаляват 100 пъти

    I = P/U намалява 10 пъти, а загубите I²R намаляват 100 пъти.

15. ТЕЦ има електрическа мощност 600 MW и КПД 40%. Каква мощност отделя изгарящото гориво?

    • 240 MW
    • 1500 MW
    • 900 MW
    • 2400 MW

    Отговор: 1500 MW

    P_гориво = P_ел/η = 600/0,4 = 1500 MW.

Финален въпрос