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)3,704 s16,67

Автомобиль, едущий со скоростью 60 km/h, тормозит с постоянным замедлением 4,5 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.

v₀ = 60 km/ha = −4,5 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
AB: 25 m/s20 m

Мяч A без начальной скорости падает с высоты 20 m. В тот же момент мяч B бросают вертикально вверх с земли прямо под ним со скоростью 25 m/s. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Когда мячи встретятся? Найдите t.

H = 20 mv0B = 25 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 30°a = ?m = 10 kg

Брусок массой 10 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 30° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,25. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 10 kgθ = 30°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 6 kg3 kgμ = 0,1

Брусок массой 6 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 3 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 6 kgm2 = 3 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 36 m/s70°дальностьH = ?

Мяч бросают под углом 70° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.

v0 = 36 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 10 mv0​ = 20 m/s20°x = ?

Мяч бросают под углом 20° к горизонту с вершины скалы высотой 10 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.

v0 = 20 m/sθ = 20°h = 10 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Работа и энергияСредняя
35°d = 5 mμ = 0,25

Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 35° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,25. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 5 m вдоль плоскости.

θ = 35°μ = 0,25d = 5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Работа и энергияСложная
h = 5 mL = 4 mμ = 0,15k = 1000 N/m

Брусок массой 2,5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 4 m (μ = 0,15), а затем наезжает на пружину (k = 1000 N/m) на гладкой поверхности. Найдите скорость v бруска, когда он достигает пружины.

m = 2,5 kgh = 5 mL = 4 mμ = 0,15k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
8 kg46 m/s6 kgv′2​ = ?

Снаряд массой 14 kg, движущийся горизонтально со скоростью 32 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 8 kg продолжает движение вперёд со скоростью 46 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 6 kg (положительна в исходном направлении).

M = 14 kgu = 32 m/sm1 = 8 kgv′1 = 46 m/sm2 = 6 kg
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
2,5 kgv = ?20 g15°L = 0,7 m

Пуля массой 20 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 2,5 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 0,7 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 15° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.

m = 20 gM = 2,5 kgL = 0,7 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 1 mH = 1,5 m

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

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

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1 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 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
Q = ?d = 20 mm, Cd​ = 0,64h = 4 m

Вода вытекает из большого открытого резервуара через отверстие с острой кромкой диаметром 20 mm. Уровень воды поддерживается на 4 m выше отверстия, коэффициент расхода равен 0,64. Найдите расход Q. Примите g = 9,81 m/s².

d = 20 mmh = 4 mCd = 0,64g = 9,81 m/s²
Q = L/s
14.Неразрывность и БернуллиСложная
12d1​ = 150 mm, p1​ = 210 kPad2​ = 75 mm, p2​ = ?Δz = 10 m

Вода поднимается по трубе, которая сужается с 150 mm до 75 mm и поднимается на 10 m. В сечении 1 давление 210 kPa, а скорость 1,75 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в сечении 2.

d1 = 150 mmd2 = 75 mmp1 = 210 kPav1 = 1,75 m/sΔz = 10 mρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
230 g (CH₄)V = 30 LT = 45 °CP = ?

Резервуар объёмом 30 L содержит 230 g газа (CH₄) при 45 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 230 gM = 16,04 g/molV = 30 LT = 45 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Состояние 1Состояние 2

Постоянное количество газа (He) переходит от 300 kPa, 2 L, 10 °C к 150 kPa и 70 °C. Найдите новый объём V2.

P1 = 300 kPaV1 = 2 LT1 = 10 °CP2 = 150 kPaT2 = 70 °C
V2 = L
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 625 °CTL​ = 35 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 625 °C и холодным при 35 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 625 °CTL = 35 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
1200 °CTm​ = ?30 °CABWA​WB​

Две машины Карно работают последовательно. Машина A получает теплоту от резервуара при 1200 °C и отдаёт теплоту промежуточному резервуару при температуре Tm. Машина B забирает всю эту теплоту и отдаёт теплоту резервуару при 30 °C. Обе машины имеют одинаковый термический КПД. Найдите Tm в °C.

TH = 1200 °CTL = 30 °C
Tm = °C
19.Волны, звук и оптикаСредняя
FFdo​ = 15 cmf = 20 cm

Предмет находится в 15 cm перед тонкой собирающей линзой с фокусным расстоянием 20 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 = 15 cmf = 20 cm
di = cm
20.Волны, звук и оптикаСложная
Fdo​ = 5 cmR = 40 cm

Предмет находится в 5 cm перед вогнутым зеркалом с радиусом кривизны 40 cm. Найдите увеличение m (отрицательное для перевёрнутого изображения).

do = 5 cmR = 40 cm
m =

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: s = 30,86 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 = 60/3,6 = 16,67 m/s

Тормозной путь

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 16,67²/(2·4,5) = 30,86 m

Ответ

s = 30,86 m
2.Кинематика

Ответ: t = 0,8 s

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

Время встречи

Направление вверх положительно, земля — y = 0.

20 − ½g·t² = 25·t − ½g·t² → t = 20/25 = 0,8 s

Ответ

t = 0,8 s
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 2,781 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 30° − 0,25·cos 30°) = 9,81·(0,5 − 0,2165) = 2,781 m/s²

Ответ

a = 2,781 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: T = 21,58 N

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.

Ускорение системы

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (29,43 − 5,886)/9 = 2,616 m/s²

Натяжение из уравнения для бруска на столе

T − μ·m1·g = m1·a
T = 6·2,616 + 5,886 = 21,58 N

Ответ

T = 21,58 N
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 58,33 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 = 36·cos 70° = 12,31 m/s
vy = v0·sin θ = 36·sin 70° = 33,83 m/s

Высшая точка

В верхней точке вертикальная скорость равна нулю: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 33,83²/(2·9,81) = 58,33 m

Ответ

H = 58,33 m
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 42,97 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 = 20·cos 20° = 18,79 m/s
vy = v0·sin θ = 20·sin 20° = 6,84 m/s

Время полёта

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

0 = 10 + 6,84·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (6,84 + √(46,79 + 196,2))/9,81 = 2,286 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 18,79·2,286 = 42,97 m

Ответ

x = 42,97 m
7.Работа и энергия

Ответ: v = 6,015 m/s

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).

Энергетический баланс вдоль плоскости

Брусок опускается на высоту d·sin θ, а трение забирает μmg·cos θ·d. Масса сокращается.

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·5·(0,5736 − 0,25·0,8192)) = 6,015 m/s

Ответ

v = 6,015 m/s
8.Работа и энергия

Ответ: v = 9,291 m/s

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 = 24,53·(5 − 0,15·4) = 107,9 J

Скорость у пружины

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·4,4) = 9,291 m/s

Ответ

v = 9,291 m/s
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 13,33 m/s

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.

Импульс до удара

p = M·u = 14·32 = 448 kg·m/s

Импульс после удара

448 = 8·46 + 6·v′2
v′2 = (448 − 368)/6 = 13,33 m/s

Ответ

v′2 = 13,33 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: v = 86,19 m/s

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.

Подъём бруска

h = L·(1 − cos θ) = 0,7·(1 − cos 15°) = 0,02385 m

Скорость после удара

V = √(2·9,81·0,02385) = 0,6841 m/s

Столкновение

v = (m + M)·V/m = 2,52·0,6841/0,02 = 86,19 m/s

Ответ

v = 86,19 m/s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 38,63 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 = 1 + 1,5/2 = 1,75 m
A = H·b = 1,5·1,5 = 2,25 m²
затворd = 1 mH = 1,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·2,25 = 38,63 kN

Ответ

F = 38,63 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 128,8 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 = 2,5 m²
затворd = 4 mH = 2,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,25·2,5 = 128,8 kN

Ответ

F = 128,8 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: Q = 1,781 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.

Идеальная скорость струи

√(2gh) = √(2·9,81·4) = 8,859 m/s

Действительный расход

Коэффициент расхода учитывает сжатие струи и трение у кромки.

Q = Cd·A·√(2gh) = 0,64·0,0003142·8,859 = 0,001781 m³/s = 1,781 L/s

Ответ

Q = 1,781 L/s
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 88,93 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·(150/75)² = 7 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(1,75² − 7²)/1000 = −22,97 kPa
ρgΔz = 1000·9,81·10/1000 = 98,1 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) − ρgΔz = 210 + (−22,97) − 98,1 = 88,93 kPa

Ответ

p2 = 88,93 kPa
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 1264 kPa

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

Моли

n = m/M = 230/16,04 = 14,34 mol
T = 45 + 273,15 = 318,1 K

Давление

P = nRT/V = 14,34·8,314·318,1/0,03 = 1264 kPa

Ответ

P = 1264 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V2 = 4,848 L

Объединённый газовый закон: для постоянного количества идеального газа P1V1/T1 = P2V2/T2.

Абсолютные температуры

T1 = 283,1 K, T2 = 343,1 K

Объединённый газовый закон

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(300/150)·(343,1/283,1) = 4,848 L

Ответ

V2 = 4,848 L
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 65,69 %

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 = 625 + 273,15 = 898,1 K
TL = 35 + 273,15 = 308,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 308,1/898,1 = 65,69 %

Ответ

ηmax = 65,69 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Tm = 395,1 °C

Second-law limits: no cycle working between reservoirs at absolute temperatures TH and TL can beat the reversible (Carnot) cycle: ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) and COPHP,max = TH/(TH − TL). Energy is always conserved: QH = W + QL.

Абсолютные температуры

TH = 1200 + 273,15 = 1473 K
TL = 30 + 273,15 = 303,1 K

Равные КПД

1 − Tm/TH = 1 − TL/Tm даёт Tm² = TH·TL.

Tm = √(1473·303,1) = 668,3 K = 395,1 °C

Ответ

Tm = 395,1 °C
19.Волны, звук и оптика

Ответ: di = −60 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 = 1/20 − 1/15
di = −60 cm
FF15 cmf = 20 cm

Ход лучей

мнимое, по ту же сторону, что и предмет

Ответ

di = −60 cm
20.Волны, звук и оптика

Ответ: m = 1,333

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.

Фокусное расстояние

f = R/2 = 20 cm

Уравнение зеркала

1/di = 1/f − 1/do = 1/20 − 1/5
di = −6,667 cm
F5 cmf = 20 cm

Увеличение

m = −(−6,667)/5 = 1,333

Ответ

m = 1,333

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