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
полицияa = 4 m/s²автомобиль24 m/s

Автомобиль, превышающий скорость, движется с постоянной скоростью 24 m/s и проезжает мимо стоящего полицейского автомобиля. В этот момент полицейский автомобиль трогается и равноускоренно разгоняется с ускорением 4 m/s². Через сколько времени полицейский автомобиль догонит нарушителя? Найдите t.

vcar = 24 m/sapolice = 4 m/s²v0,police = 0
t = s
2.КинематикаСложная
AB: 12 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 12 m/s. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². На какой высоте y над землёй они встретятся?

H = 20 mv0B = 12 m/sg = 9,81 m/s²
y = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 30°a = ?m = 9 kg

Брусок массой 9 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 30° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,15. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 9 kgθ = 30°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 4,5 kg3,5 kgμ = 0,2

Брусок массой 4,5 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 3,5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 4,5 kgm2 = 3,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = ?55°R = 15 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 55° к горизонту, и он падает на расстоянии 15 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.

θ = 55°R = 15 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 10 mv0​ = 26 m/s60°α = ?

Мяч бросают со скоростью 26 m/s под углом 60° к горизонту с вершины обрыва высотой 10 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Под каким углом α к горизонту (ниже горизонта) он ударяется о землю?

v₀ = 26 m/sθ = 60°h = 10 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Работа и энергияСредняя
45°d = 16 mμ = 0,35

Брусок массой 0,5 kg скользит 16 m по наклонной плоскости под углом 45° к горизонту с коэффициентом трения скольжения 0,35. Найдите работу Wf против силы трения.

m = 0,5 kgθ = 45°μ = 0,35d = 16 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
8.Работа и энергияСложная
h = 7 mR = 2,5 mv = ?

Тележку массой 2 kg отпускают без начальной скорости на высоте 7 m на гладкой трассе, переходящей в вертикальную «мёртвую петлю» радиусом 2,5 m. Найдите скорость v тележки в верхней точке петли.

m = 2 kgh = 7 mR = 2,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
1000 kg17 m/s1500 kg

Автомобиль массой 1000 kg, движущийся со скоростью 17 m/s, налетает на стоящий автомобиль массой 1500 kg, и они сцепляются. Какая кинетическая энергия ΔK теряется при столкновении?

m1 = 1000 kgv1 = 17 m/sm2 = 1500 kgv2 = 0
ΔK = J
10.Импульс и столкновенияСложная
3,5 kgv = ?5 g25°L = 0,7 m

Пуля массой 5 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 3,5 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 0,7 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 25° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.

m = 5 gM = 3,5 kgL = 0,7 mθ = 25°g = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 1 mH = 2,5 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 2 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 = 2,5 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 1,5 mH = 1,5 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 2 m находится в стенке резервуара с жидкостью (масло), его верхний край на 1,5 m ниже поверхности. Найдите глубину ycp центра давления под поверхностью.

d = 1,5 mH = 1,5 mb = 2 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
v = ?p0​pp0​ − p = 27 kPaточка торможения

Трубка Пито — Прандтля в водопроводной трубе показывает разность 27 kPa между давлением торможения и статическим давлением. Найдите скорость воды v у носика трубки.

p0 − p = 27 kPaρ = 1000 kg/m³
v = m/s
14.Неразрывность и БернуллиСложная
12d1​ = 75 mm, p1​ = 310 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?Δz = 10 m

Вода поднимается по трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm и поднимается на 10 m. В сечении 1 давление 310 kPa, а скорость 2,75 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в сечении 2.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 310 kPav1 = 2,75 m/sΔz = 10 mρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
10 g (O₂)V = 10 LT = 40 °CP = ?

Резервуар объёмом 10 L содержит 10 g газа (O₂) при 40 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 10 gM = 32 g/molV = 10 LT = 40 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Состояние 1Состояние 2

Постоянное количество газа (Ar) переходит от 300 kPa, 2 L, 10 °C к 800 kPa и 60 °C. Найдите новый объём V2.

P1 = 300 kPaV1 = 2 LT1 = 10 °CP2 = 800 kPaT2 = 60 °C
V2 = L
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 400 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 400 °C и холодным при 40 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 400 °CTL = 40 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 450 °CTL​ = 10 °CEQH​ = 5000 kJQL​ = 3150 kJW = 1850 kJ

Тепловая машина за цикл получает 5000 kJ теплоты от резервуара при 450 °C, совершает 1850 kJ работы, а остаток отдаёт резервуару при 10 °C. Найдите суммарную генерацию энтропии Sgen за цикл.

TH = 450 °CTL = 10 °CQH = 5000 kJW = 1850 kJ
Sgen = kJ/K
19.Волны, звук и оптикаСредняя
S15 m/sOf = 400 Hz

Источник частотой 400 Hz движется со скоростью 15 m/s к неподвижному наблюдателю. Скорость звука равна 343 m/s. Найдите частоту f′, которую слышит наблюдатель.

f = 400 Hzv = 343 m/svs = 15 m/s
f′ = Hz
20.Волны, звук и оптикаСложная
Fdo​ = 5 cmR = 60 cm

Предмет находится в 5 cm перед вогнутым зеркалом с радиусом кривизны 60 cm. Найдите расстояние до изображения di: положительное для изображения перед зеркалом (действительного) и отрицательное для изображения за ним (мнимого).

do = 5 cmR = 60 cm
di = cm

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 12 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.

Равные пути

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·24/4 = 12 s

Ответ

t = 12 s

В этот момент полицейский автомобиль движется со скоростью 2v = 48 m/s.

2.Кинематика

Ответ: y = 6,375 m

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 = 12·t − ½g·t² → t = 20/12 = 1,667 s

Высота встречи

y = 12·1,667 − ½·9,81·1,667² = 6,375 m

Ответ

y = 6,375 m
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 3,631 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° − 0,15·cos 30°) = 9,81·(0,5 − 0,1299) = 3,631 m/s²

Ответ

a = 3,631 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: T = 23,18 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) = (34,34 − 8,829)/8 = 3,188 m/s²

Натяжение из уравнения для бруска на столе

T − μ·m1·g = m1·a
T = 4,5·3,188 + 8,829 = 23,18 N

Ответ

T = 23,18 N
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: v0 = 12,51 m/s

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

Выражаем v₀ из формулы дальности

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·15/sin 110°) = 12,51 m/s

Ответ

v0 = 12,51 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: α = 63,88 °

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

Разложите начальную скорость

vx = 26·cos 60° = 13 m/s
vy0 = 26·sin 60° = 22,52 m/s

Вертикальная скорость при ударе

Закон сохранения энергии или v² = v₀² + 2as по вертикали.

vy = √(22,52² + 2·9,81·10) = 26,52 m/s

Угол падения

tan α = vy/vx = 26,52/13 → α = 63,88°

Ответ

α = 63,88°
7.Работа и энергия

Ответ: Wf = 19,42 J

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).

Сила трения

N = mg·cos θ = 4,905·0,7071 = 3,468 N
F = μN = 0,35·3,468 = 1,214 N

Работа против трения

Wf = F·d = 1,214·16 = 19,42 J

Ответ

Wf = 19,42 J
8.Работа и энергия

Ответ: v = 6,264 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). При движении по окружности равнодействующая, направленная к центру, должна быть равна mv²/r.

Скорость в верхней точке

v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(7 − 5) = 39,24 m²/s²
v = 6,264 m/s

Ответ

v = 6,264 m/s

Тележка едва проходит петлю при h = 2,5R; тогда в верхней точке N = 0.

9.Импульс и столкновения

Ответ: ΔK = 86700 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) = 1000·17/2500 = 6,8 m/s

Кинетическая энергия до и после

Kbefore = ½·1000·17² = 144500 J
Kafter = ½·2500·6,8² = 57800 J

Потерянная энергия

ΔK = 144500 − 57800 = 86700 J

Ответ

ΔK = 86700 J

Потерянная энергия идёт на деформацию, теплоту и звук.

10.Импульс и столкновения

Ответ: v = 795,2 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 25°) = 0,06558 m

Скорость после удара

V = √(2·9,81·0,06558) = 1,134 m/s

Столкновение

v = (m + M)·V/m = 3,505·1,134/0,005 = 795,2 m/s

Ответ

v = 795,2 m/s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 110,4 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 + 2,5/2 = 2,25 m
A = H·b = 2,5·2 = 5 m²
затворd = 1 mH = 2,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,25·5 = 110,4 kN

Ответ

F = 110,4 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: ycp = 2,333 m

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

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·2,25·3 = 58,27 kN

Центр давления

Давление растёт с глубиной, поэтому равнодействующая приложена ниже центра тяжести.

Ic = b·H³/12 = 2·1,5³/12 = 0,5625 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2,25 + 0,5625/(2,25·3) = 2,333 m

Ответ

ycp = 2,333 m
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: v = 7,348 m/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.

Уравнение Бернулли до точки торможения

У носика поток останавливается, поэтому его кинетическая энергия проявляется как дополнительное давление.

p0 − p = ½ρv²
v = √(2·27000/1000) = 7,348 m/s

Ответ

v = 7,348 m/s
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 196,5 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 = 2,75·(75/50)² = 6,188 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(2,75² − 6,188²)/1000 = −15,36 kPa
ρgΔz = 1000·9,81·10/1000 = 98,1 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) − ρgΔz = 310 + (−15,36) − 98,1 = 196,5 kPa

Ответ

p2 = 196,5 kPa
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 81,36 kPa

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

Моли

n = m/M = 10/32 = 0,3125 mol
T = 40 + 273,15 = 313,1 K

Давление

P = nRT/V = 0,3125·8,314·313,1/0,01 = 81,36 kPa

Ответ

P = 81,36 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V2 = 0,8824 L

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

Абсолютные температуры

T1 = 283,1 K, T2 = 333,1 K

Объединённый газовый закон

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(300/800)·(333,1/283,1) = 0,8824 L

Ответ

V2 = 0,8824 L
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 53,48 %

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 = 400 + 273,15 = 673,1 K
TL = 40 + 273,15 = 313,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 313,1/673,1 = 53,48 %

Ответ

ηmax = 53,48 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Sgen = 4,211 kJ/K

Генерация энтропии: за полный цикл энтропия рабочего тела в итоге не меняется. Горячий резервуар теряет QH/TH, а холодный получает QL/TL. Их сумма — это генерируемая энтропия, равная нулю для обратимого цикла и положительная для любого реального.

Отводимая теплота

QL = QH − W = 5000 − 1850 = 3150 kJ

Абсолютные температуры

TH = 450 + 273,15 = 723,1 K
TL = 10 + 273,15 = 283,1 K

Изменения энтропии резервуаров

ΔSH = −5000/723,1 = −6,914 kJ/K
ΔSL = 3150/283,1 = 11,12 kJ/K
Sgen = 11,12 − 6,914 = 4,211 kJ/K

Ответ

Sgen = 4,211 kJ/K

Sgen > 0, поэтому машина возможна, но необратима.

19.Волны, звук и оптика

Ответ: f′ = 418,3 Hz

Стоячие волны и эффект Доплера: в струне, закреплённой с обоих концов, или в трубе, открытой с обоих концов, укладывается целое число полуволн: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … У трубы, закрытой с одного конца, на закрытом конце узел, а на открытом пучность: L = nλ/4 только при нечётных n, fn = n·v/(4L). Когда источник или наблюдатель движутся вдоль линии между ними, f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): верхние знаки берите для движения навстречу друг другу. Две волны почти равной частоты дают биения с частотой |f₁ − f₂|.

Формула Доплера

f′ = f·(v + vo)/(v − vs) = 400·(343 + 0)/(343 − 15)
f′ = 418,3 Hz

Ответ

f′ = 418,3 Hz
20.Волны, звук и оптика

Ответ: di = −6 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.

Фокусное расстояние

f = R/2 = 30 cm

Уравнение зеркала

1/di = 1/f − 1/do = 1/30 − 1/5
di = −6 cm
F5 cmf = 30 cm

Ход лучей

мнимое изображение за зеркалом

Ответ

di = −6 cm

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