Физика для инженеров: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (20) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Кинематика

Скорость
v = v0 + a·t
Перемещение
s = v0·t + ½·a·t²
Без времени
v² = v0² + 2·a·s
Единицы
1 m/s = 3,6 km/h

Метод

  1. Выпишите известное: v₀, v, a, t и s с единицами.
  2. Выберите уравнение, содержащее три известных величины и неизвестную.
  3. Выберите одно положительное направление и припишите противоположно направленным величинам знак минус.
  4. Решите и проверьте, что ответ физически разумен.

Законы Ньютона

Второй закон
ΣF = m·a
Вес
W = m·g
Трение скольжения
Ff = μ·N
На наклонной плоскости
вдоль: m·g·sin θ, по нормали: m·g·cos θ

Метод

  1. Нарисуйте расчётную схему со всеми силами, действующими на тело.
  2. Выберите положительное направление вдоль движения.
  3. Разложите силы на составляющие вдоль движения и перпендикулярно ему (на наклонной плоскости: m·g·sin θ вдоль, m·g·cos θ перпендикулярно плоскости).
  4. Примените ΣF = m·a вдоль движения; трение равно μ·N и направлено против движения.

Движение тела, брошенного под углом

Составляющие
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Положение
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Максимальная высота
H = h + vy²/(2g)
Дальность (ровная поверхность)
R = v0²·sin 2θ/g

Метод

  1. Разложите начальную скорость на составляющие: vx = v₀·cos θ и vy = v₀·sin θ.
  2. По горизонтали скорость постоянна; по вертикали ускорение равно −g.
  3. Найдите время полёта из вертикального движения.
  4. Подставьте это время в горизонтальное движение, чтобы найти дальность.

Работа и энергия

Кинетическая энергия
Ek = ½mv²
Потенциальная энергия
Ep = mgh
Энергетический баланс
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Работа силы трения
W = μ·N·d
Мощность
P = W/t

Импульс и столкновения

Импульс
p = m·v
Сохранение
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Абсолютно неупругий удар
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Импульс силы
J = F·Δt = m·Δv

Метод

  1. Выберите положительное направление и припишите каждой скорости её знак.
  2. Запишите полный импульс до удара: Σm·v.
  3. При абсолютно неупругом ударе тела после него движутся вместе; при упругом сохраняется ещё и кинетическая энергия.
  4. Приравняйте импульс до удара импульсу после и решите.

Гидростатическое давление

Давление на глубине
p = ρgh
Сила давления на вертикальную стенку
F = ρg·hc·A
Центр давления
yp = yc + Ic/(ycA)
Прямоугольник
Ic = bH³/12

Неразрывность и Бернулли

Неразрывность
A1v1 = A2v2
Бернулли
p1 + ½ρv1² + ρgz1 = p2 + ½ρv2² + ρgz2
Расход
Q = A·v
Площадь круга
A = πd²/4

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа
pV = nRT
Газовая постоянная
R = 8,314 J/(mol·K)
Объединённый газовый закон
p1V1/T1 = p2V2/T2
Моли
n = m/M
Температура
T[K] = T[°C] + 273,15

Тепловые машины и холодильники

КПД
η = W/QH = 1 − QC/QH
КПД Карно
ηC = 1 − TC/TH (kelvin)
COP холодильника
COPR = QC/W
COP теплового насоса
COPHP = QH/W = COPR + 1
Энергетический баланс
QH = W + QC

Волны, звук и оптика

Скорость волны
v = fλ, T = 1/f
Струна
v = √(T/μ), μ = m/L
Уровень звука
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
Точечный источник
I = P/(4πr²)
Стоячие волны
струна или труба, открытая с обоих концов, fn = n·v/(2L); закрытая труба fn = n·v/(4L), n нечётное
Эффект Доплера
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
Показатель преломления
n = c/v, λ = λ0/n
Закон Снеллиуса
n1sin θ1 = n2sin θ2
Критический угол
sin θc = n2/n1
Оптическое волокно
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
Линзы и зеркала
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
Двойная щель
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
Решётка
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
Одиночная щель
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a

Метод

  1. Определите тип задачи: скорость волны, уровень звука, стоячая волна, эффект Доплера, преломление, линза или зеркало, либо интерференция.
  2. Сначала запишите соотношение: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) или n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
  3. Переведите единицы: nm, mm и cm в m, и проверьте, отсчитываются ли углы от нормали.
  4. Проверьте знаки и правдоподобие: у мнимого изображения dᵢ < 0, приближающийся источник звучит выше, у закрытой трубы только нечётные гармоники.

2Тренировочные задачи

1.КинематикаСредняя
t (s)v (m/s)1,736 s13,89

Автомобиль, едущий со скоростью 50 km/h, тормозит с постоянным замедлением 8 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.

v₀ = 50 km/ha = −8 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
v₀ = 13 m/s10 m

Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 13 m/s с края крыши на высоте 10 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.

v₀ = 13 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 40°a = ?m = 11 kg

Брусок массой 11 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 40° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 11 kgθ = 40°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
θ = 25°брусокv₀ = 5,5 m/s

Бруску сообщают толчок, и он начинает скользить вверх по наклонной плоскости под углом 25° со скоростью 5,5 m/s. Коэффициент трения скольжения равен 0,3. Примите g = 9,81 m/s². Какое расстояние d вдоль плоскости он проскользит до остановки?

v₀ = 5,5 m/sθ = 25°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
d = m
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 38 m/s35°дальность

Мяч бросают под углом 35° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.

v0 = 38 m/sθ = 35°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 25 mv0​ = 30 m/s20°x = ?

Мяч бросают под углом 20° к горизонту с вершины скалы высотой 25 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.

v0 = 30 m/sθ = 20°h = 25 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Работа и энергияСредняя
72 km/h8°800 kg

Автомобиль массой 800 kg въезжает на подъём 8° с постоянной скоростью 72 km/h. Сопротивление воздуха и сопротивление качению вместе составляют 500 N. Найдите мощность P, которую должны развивать колёса, в kW.

m = 800 kgθ = 8°Fr = 500 Nv = 72 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
8.Работа и энергияСложная
h = 3,5 mL = 3 mμ = 0,1k = 1000 N/m

Брусок массой 10 kg отпускают без начальной скорости на высоте 3,5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 3 m (μ = 0,1), а затем наезжает на пружину (k = 1000 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 10 kgh = 3,5 mL = 3 mμ = 0,1k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
9.Импульс и столкновенияСредняя
800 kg15 m/s1400 kg

Автомобиль массой 800 kg, движущийся со скоростью 15 m/s, налетает на стоящий автомобиль массой 1400 kg, и они сцепляются. Какая кинетическая энергия ΔK теряется при столкновении?

m1 = 800 kgv1 = 15 m/sm2 = 1400 kgv2 = 0
ΔK = J
10.Импульс и столкновенияСложная
2000 kg14 m/s800 kg12 m/sθ = ?

На перекрёстке автомобиль массой 2000 kg, едущий на восток со скоростью 14 m/s, сталкивается с автомобилем массой 800 kg, едущим на север со скоростью 12 m/s. Автомобили сцепляются. Найдите направление θ движения обломков сразу после столкновения, отсчитанное от востока к северу.

m1 = 2000 kgv1 = 14 m/s (E)m2 = 800 kgv2 = 12 m/s (N)
θ = °
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 4 mH = 2,5 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1,5 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 4 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 4 mH = 2,5 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 3 mH = 1 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1 m находится в стенке резервуара с жидкостью (глицерин), его верхний край на 3 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 3 mH = 1 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 75 mm, p1​ = 130 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm. В широкой части давление 130 kPa, а скорость 1 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 130 kPav1 = 1 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
C211 m3 md = 32 mmQ = ?

Шланг с внутренним диаметром 32 mm работает как сифон, отбирая воду из открытого резервуара. Наивысшая точка C шланга находится на 1 m выше поверхности воды, а выход (открытый в атмосферу) — на 3 m ниже поверхности воды. Пренебрегите потерями и примите g = 9,81 m/s². Найдите расход Q.

d = 32 mmzC = +1 mz2 = −3 mg = 9,81 m/s²
Q = L/s
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
350 g (O₂)V = 10 LT = 0 °CP = ?

Резервуар объёмом 10 L содержит 350 g газа (O₂) при 0 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 350 gM = 32 g/molV = 10 LT = 0 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
CH₄, M = 16,04 g/molP = 900 kPaT = 160 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (CH₄) при 900 kPa и 160 °C, считая его идеальным.

M = 16,04 g/molP = 900 kPaT = 160 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 350 °CTL​ = 35 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 350 °C и холодным при 35 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 350 °CTL = 35 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 28 °CTL​ = -25 °CRQ̇H​Q̇L​ = 3,5 kWẆ

Холодильник поддерживает в холодной камере -25 °C на кухне при 28 °C, отводя из камеры теплоту 3,5 kW. Найдите наибольший возможный холодильный коэффициент COPmax.

TH = 28 °CTL = -25 °CQ̇L = 3,5 kW
COPmax =
19.Волны, звук и оптикаСредняя
FFdo​ = 18 cmf = 5 cm

Предмет находится в 18 cm перед тонкой собирающей линзой с фокусным расстоянием 5 cm. Найдите расстояние до изображения di. Используйте правило знаков 1/f = 1/do + 1/di (f < 0 для рассеивающей линзы, di < 0 для мнимого изображения).

do = 18 cmf = 5 cm
di = cm
20.Волны, звук и оптикаСложная
λ = ?17,5°

Решётка с 200 штрихами на миллиметр даёт максимум порядка 3 для спектральной линии под углом 17,5° к направлению прямого прохождения. Найдите длину волны λ линии.

N = 200 mm⁻¹θ3 = 17,5°m = 3
λ = nm

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: s = 12,06 m

Движение с постоянным ускорением: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² и v² = v₀² + 2·a·s. Выберите уравнение, в которое входят три известные величины и искомая, и следите за знаками относительно одного положительного направления.

Единицы

v₀ = 50/3,6 = 13,89 m/s

Тормозной путь

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 13,89²/(2·8) = 12,06 m

Ответ

s = 12,06 m
2.Кинематика

Ответ: t = 3,273 s

Движение с постоянным ускорением: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² и v² = v₀² + 2·a·s. Выберите уравнение, в которое входят три известные величины и искомая, и следите за знаками относительно одного положительного направления.

Уравнение движения

Вверх — положительное направление, земля находится на h₀ ниже точки броска.

−10 = 13·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 13·t − 10 = 0

Решите квадратное уравнение

Физический смысл имеет только положительный корень.

t = (13 + √(13² + 2·9,81·10))/9,81 = 3,273 s

Ответ

t = 3,273 s
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 5,554 m/s²

Второй закон Ньютона: равнодействующая сил, действующих на тело, равна произведению его массы на ускорение, ΣF = m·a. Нарисуйте расчётную схему, выберите положительное направление вдоль движения и сложите все силы в этом направлении: приложенные силы, трение μ·N против движения и составляющие силы тяжести.

Силы вдоль плоскости

Вниз по плоскости — положительное направление.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Ускорение

a = 9,81·(sin 40° − 0,1·cos 40°) = 9,81·(0,6428 − 0,0766) = 5,554 m/s²

Ответ

a = 5,554 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: d = 2,22 m

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

Замедление

Обе силы направлены вниз по склону; масса сокращается.

a = 9,81·(sin 25° + 0,3·cos 25°) = 6,813 m/s²

Путь

d = v₀²/(2a) = 5,5²/(2·6,813) = 2,22 m

Ответ

d = 2,22 m
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: t = 4,444 s

Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.

Разложите начальную скорость

Горизонтальная скорость постоянна; вертикальное движение имеет постоянное ускорение g = 9,81 m/s² вниз.

vx = v0·cos θ = 38·cos 35° = 31,13 m/s
vy = v0·sin θ = 38·sin 35° = 21,8 m/s

Время полёта

Старт и приземление на одной высоте: t = 2vy/g.

t = 2·21,8/9,81 = 4,444 s

Ответ

t = 4,444 s
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 99,63 m

Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.

Разложите начальную скорость

Горизонтальная скорость постоянна; вертикальное движение имеет постоянное ускорение g = 9,81 m/s² вниз.

vx = v0·cos θ = 30·cos 20° = 28,19 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 20° = 10,26 m/s

Время полёта

Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.

0 = 25 + 10,26·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (10,26 + √(105,3 + 490,5))/9,81 = 3,534 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 28,19·3,534 = 99,63 m

Ответ

x = 99,63 m
7.Работа и энергия

Ответ: P = 31,84 kW

Теорема об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии равно работе всех сил. Если записать тяжесть и пружины как потенциальную энергию (mgh и ½kx²), получается баланс: начальная энергия = конечная энергия + энергия, потерянная на трение (μN·d). Мощность — это сила, умноженная на скорость: P = F·v.

Сила тяги

m·g = 800·9,81 = 7848 N
mg·sin θ = 7848·sin 8° = 1092 N
F = 1092 + 500 = 1592 N

Мощность

v = 72/3,6 = 20 m/s
P = F·v = 1592·20 = 31845 W = 31,84 kW

Ответ

P = 31,84 kW
8.Работа и энергия

Ответ: x = 79,24 cm

Теорема об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии равно работе всех сил. Если записать тяжесть и пружины как потенциальную энергию (mgh и ½kx²), получается баланс: начальная энергия = конечная энергия + энергия, потерянная на трение (μN·d).

Энергия после шероховатой полосы

Рампа гладкая, поэтому энергию забирает только полоса.

mgh − μmgL = 98,1·(3,5 − 0,1·3) = 313,9 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 313,9 → x = √(2·313,9/1000) = 0,7924 m = 79,24 cm

Ответ

x = 79,24 cm
9.Импульс и столкновения

Ответ: ΔK = 57273 J

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

Общая скорость

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 800·15/2200 = 5,455 m/s

Кинетическая энергия до и после

Kbefore = ½·800·15² = 90000 J
Kafter = ½·2200·5,455² = 32727 J

Потерянная энергия

ΔK = 90000 − 32727 = 57273 J

Ответ

ΔK = 57273 J

Потерянная энергия идёт на деформацию, теплоту и звук.

10.Импульс и столкновения

Ответ: θ = 18,92 °

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

Составляющие импульса

px = 2000·14 = 28000 kg·m/s
py = 800·12 = 9600 kg·m/s

Направление

tan θ = py/px = 0,3429 → θ = 18,92°

Ответ

θ = 18,92°
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 193,1 kN

Сила давления на плоскую поверхность: F = ρ·g·yc·A. Она приложена в центре давления, ycp = yc + Ic/(ycA), который всегда лежит ниже центра тяжести.

Глубина центра тяжести и площадь

yc = d + H/2 = 4 + 2,5/2 = 5,25 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
затворd = 4 mH = 2,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,25·3,75 = 193,1 kN

Ответ

F = 193,1 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 43,26 kN

Сила давления на плоскую поверхность: F = ρ·g·yc·A. Она приложена в центре давления, ycp = yc + Ic/(ycA), который всегда лежит ниже центра тяжести.

Глубина центра тяжести и площадь

yc = d + H/2 = 3 + 1/2 = 3,5 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
затворd = 3 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·3,5·1 = 43,26 kN

Ответ

F = 43,26 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 128 kPa

Неразрывность и Бернулли: для несжимаемой жидкости расход одинаков в каждом сечении, Q = A₁v₁ = A₂v₂. Вдоль линии тока без потерь p + ½ρv² + ρgz постоянно, поэтому там, где жидкость быстрее или выше, давление ниже.

Неразрывность и Бернулли

Считайте в Pa, затем разделите на 1000, чтобы получить kPa.

v2 = v1·(d1/d2)² = 1·(75/50)² = 2,25 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(1² − 2,25²)/1000 = −2,031 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) = 130 + (−2,031) = 128 kPa

Ответ

p2 = 128 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: Q = 6,17 L/s

Continuity and Bernoulli: for an incompressible fluid the flow rate is the same at every section, Q = A₁v₁ = A₂v₂. Along a streamline without losses, p + ½ρv² + ρgz is constant, so where the fluid is faster or higher its pressure is lower.

Скорость в шланге

Поверхность и выход открыты в атмосферу, поэтому члены с давлением сокращаются.

v = √(2g·3) = √(2·9,81·3) = 7,672 m/s

Расход

Q = A·v = 0,0008042·7,672 = 0,00617 m³/s = 6,17 L/s

Ответ

Q = 6,17 L/s
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 2484 kPa

Уравнение состояния идеального газа: PV = nRT, где n = m/M.

Моли

n = m/M = 350/32 = 10,94 mol
T = 0 + 273,15 = 273,1 K

Давление

P = nRT/V = 10,94·8,314·273,1/0,01 = 2484 kPa

Ответ

P = 2484 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 4,009 kg/m³

Плотность идеального газа: ρ = PM/(RT).

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 160 + 273,15 = 433,1 K

Плотность

ρ = 900·16,04/(8,314·433,1) = 4,009 kg/m³

Ответ

ρ = 4,009 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 50,55 %

Ограничения второго закона: ни один цикл между резервуарами с абсолютными температурами TH и TL не может превзойти обратимый цикл (Карно): ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) и COPHP,max = TH/(TH − TL). Энергия всегда сохраняется: QH = W + QL.

Абсолютные температуры

TH = 350 + 273,15 = 623,1 K
TL = 35 + 273,15 = 308,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 308,1/623,1 = 50,55 %

Ответ

ηmax = 50,55 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: COPmax = 4,682

Ограничения второго закона: ни один цикл между резервуарами с абсолютными температурами TH и TL не может превзойти обратимый цикл (Карно): ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) и COPHP,max = TH/(TH − TL). Энергия всегда сохраняется: QH = W + QL.

Абсолютные температуры

TH = 28 + 273,15 = 301,1 K
TL = -25 + 273,15 = 248,1 K

Наилучший возможный COP

COPR,max = TL/(TH − TL) = 248,1/(301,1 − 248,1) = 4,682

Ответ

COPmax = 4,682
19.Волны, звук и оптика

Ответ: di = 6,923 cm

Геометрическая оптика: на границе n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (закон Снеллиуса), углы отсчитываются от нормали, а n = c/v. При входе в более медленную среду луч приближается к нормали. Из более плотной среды (n₁ > n₂) за пределом критического угла θc = arcsin(n₂/n₁) весь свет отражается: полное внутреннее отражение. Тонкие линзы и сферические зеркала подчиняются уравнению 1/f = 1/do + 1/di с увеличением m = −di/do. Правило знаков: f > 0 для собирающей линзы и вогнутого зеркала (f = R/2), f < 0 для рассеивающей линзы и выпуклого зеркала; di > 0 для действительного изображения, di < 0 для мнимого, а m < 0 для перевёрнутого изображения.

Формула тонкой линзы

1/di = 1/f − 1/do = 1/5 − 1/18
di = 6,923 cm
FF18 cmf = 5 cm

Ход лучей

действительное, по другую сторону линзы

Ответ

di = 6,923 cm
20.Волны, звук и оптика

Ответ: λ = 501,2 nm

Интерференция и дифракция: свет от двух щелей на расстоянии d друг от друга приходит в точку на экране с разностью хода d·sin θ. Светлые полосы появляются там, где d·sin θ = mλ (m = 0, ±1, ±2, …). Для экрана на расстоянии L ≫ d m-я светлая полоса находится при y = mλL/d, а расстояние между полосами равно Δy = λL/d. У решётки с N штрихами на миллиметр d = 1/N, а резкие максимумы находятся при d·sin θ = mλ; так как sin θ ≤ 1, наивысший порядок — наибольшее целое число m ≤ d/λ. У одной щели шириной a тёмные полосы находятся при a·sin θ = mλ, m = ±1, ±2, …

Длина волны

λ = d·sin θ/m = 5 × 10⁻⁶·sin 17,5°/3 = 501,2 nm

Ответ

λ = 501,2 nm

ExamProblems · examproblems.com/courses/physics-for-engineers