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)2,857 s20

Автомобиль, едущий со скоростью 72 km/h, тормозит с постоянным замедлением 7 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.

v₀ = 72 km/ha = −7 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
a = 20 m/s²

Модель ракеты запускают вертикально вверх из состояния покоя. Двигатель сообщает ей постоянное ускорение 20 m/s², направленное вверх, в течение 2 s, после чего двигатель выключается и ракета движется свободно. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax, которой достигает ракета.

a = 20 m/s²t1 = 2 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 40°a = ?m = 5 kg

Брусок массой 5 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 = 5 kgθ = 40°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 1 kg0,5 kgбез трения

Брусок массой 1 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 0,5 kg. Трения о стол нет. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a системы.

m1 = 1 kgm2 = 0,5 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = ?20°R = 40 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 20° к горизонту, и он падает на расстоянии 40 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.

θ = 20°R = 40 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 50 mv0​ = 19 m/s45°α = ?

Мяч бросают со скоростью 19 m/s под углом 45° к горизонту с вершины обрыва высотой 50 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Под каким углом α к горизонту (ниже горизонта) он ударяется о землю?

v₀ = 19 m/sθ = 45°h = 50 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Работа и энергияСредняя
35°d = 18 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 18 m вдоль плоскости.

θ = 35°μ = 0,25d = 18 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Работа и энергияСложная
h = 2,5 mL = 3 mμ = 0,1k = 5000 N/m

Брусок массой 10 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2,5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 3 m (μ = 0,1), а затем наезжает на пружину (k = 5000 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 10 kgh = 2,5 mL = 3 mμ = 0,1k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
9.Импульс и столкновенияСредняя
2 kg7 m/s1 kg

Тележка массой 2 kg, движущаяся со скоростью 7 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 1 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.

m1 = 2 kgm2 = 1 kgv1 = 7 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
14 m/s10 m/s

Мяч массой 0,4 kg ударяется о стену со скоростью 14 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 10 m/s. Контакт длится 10 ms. Найдите среднюю силу Favg, с которой стена действует на мяч.

m = 0,4 kgvin = 14 m/svout = 10 m/sΔt = 10 ms
Favg = N
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 2 mH = 1 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1,5 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 2 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

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

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 3 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 2,5 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 2,5 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 200 mm, p1​ = 380 kPad2​ = 100 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 200 mm до 100 mm. В широкой части давление 380 kPa, а скорость 2,5 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 200 mmd2 = 100 mmp1 = 380 kPav1 = 2,5 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
d1​ = 250 mmd2​ = 125 mm12Δh = 320 mmртутьQ = ?

По горизонтальному расходомеру Вентури (вход 250 mm, горловина 125 mm) течёт вода. Ртутный U-образный манометр, подключённый между входом и горловиной, показывает разность уровней 320 mm. Коэффициент расхода равен 0,97. Найдите расход Q. Примите ρ = 1000 kg/m³ для воды, 13 600 kg/m³ для ртути и g = 9,81 m/s².

d1 = 250 mmd2 = 125 mmΔh = 320 mmCd = 0,97ρHg = 13 600 kg/m³g = 9,81 m/s²
Q = L/s
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
160 g (O₂)P = 100 kPaT = 25 °CV = ?

Какой объём V занимает 160 g газа (O₂) при 100 kPa и 25 °C? Считайте газ идеальным.

m = 160 gM = 32 g/molP = 100 kPaT = 25 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Ar, M = 39,95 g/molP = 100 kPaT = 130 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (Ar) при 100 kPa и 130 °C, считая его идеальным.

M = 39,95 g/molP = 100 kPaT = 130 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 500 °CTL​ = ?EQH​ = 3700 kJQL​ = 1403 kJW

Обратимая тепловая машина (машина Карно) за цикл получает 3700 kJ теплоты от резервуара при 500 °C и отдаёт 1403 kJ. Найдите температуру TL холодного резервуара в °C.

TH = 500 °CQH = 3700 kJQL = 1403 kJ
TL = °C
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 450 °CT0​ = 25 °CTL​ = 0 °CERWQ̇H​ = 140 kWQ̇L​ = ?

Тепловая машина Карно получает 140 kW теплоты от источника при 450 °C и отдаёт теплоту окружающей среде при 25 °C. Вся её работа приводит холодильную машину Карно, которая отводит теплоту из морозильной камеры при 0 °C и тоже отдаёт теплоту окружающей среде при 25 °C. Найдите тепловой поток Q̇L, отводимый из морозильной камеры.

TH = 450 °CT0 = 25 °CTL = 0 °CQ̇H = 140 kW
Q̇L = kW
19.Волны, звук и оптикаСредняя
S25 m/sOf = 440 Hz

Источник частотой 440 Hz движется со скоростью 25 m/s от неподвижного наблюдателя. Скорость звука равна 343 m/s. Найдите частоту f′, которую слышит наблюдатель.

f = 440 Hzv = 343 m/svs = 25 m/s
f′ = Hz
20.Волны, звук и оптикаСложная
Fdo​ = 25 cmR = 16 cm

Предмет находится в 25 cm перед выпуклым зеркалом с радиусом кривизны 16 cm. Найдите увеличение m (отрицательное для перевёрнутого изображения).

do = 25 cmR = 16 cm
m =

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: s = 28,57 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 = 72/3,6 = 20 m/s

Тормозной путь

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 20²/(2·7) = 28,57 m

Ответ

s = 28,57 m
2.Кинематика

Ответ: hmax = 121,5 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.

Активный участок

v₁ = 20·2 = 40 m/s
h₁ = ½·20·2² = 40 m

Свободный полёт вверх

В наивысшей точке скорость равна нулю.

Δh = v₁²/(2g) = 40²/(2·9,81) = 81,55 m
hmax = 40 + 81,55 = 121,5 m

Ответ

hmax = 121,5 m
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: a = 3,27 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.

Ускорение системы

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (4,905 − 0)/1,5 = 3,27 m/s²

Ответ

a = 3,27 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: v0 = 24,71 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) = √(9,81·40/sin 40°) = 24,71 m/s

Ответ

v0 = 24,71 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: α = 68,49 °

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 = 19·cos 45° = 13,44 m/s
vy0 = 19·sin 45° = 13,44 m/s

Вертикальная скорость при ударе

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

vy = √(13,44² + 2·9,81·50) = 34,08 m/s

Угол падения

tan α = vy/vx = 34,08/13,44 → α = 68,49°

Ответ

α = 68,49°
7.Работа и энергия

Ответ: v = 11,41 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 = √(2·9,81·18·(0,5736 − 0,25·0,8192)) = 11,41 m/s

Ответ

v = 11,41 m/s
8.Работа и энергия

Ответ: x = 29,38 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·(2,5 − 0,1·3) = 215,8 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 215,8 → x = √(2·215,8/5000) = 0,2938 m = 29,38 cm

Ответ

x = 29,38 cm
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 9,333 m/s

Закон сохранения импульса: если во время столкновения внешние силы не действуют, суммарный импульс Σm·v до столкновения равен суммарному импульсу после. Скорость имеет направление, поэтому выберите положительное направление и скорости, направленные в противоположную сторону, берите со знаком минус. При упругом столкновении сохраняется и кинетическая энергия; при абсолютно неупругом тела слипаются.

Упругий удар о покоящееся тело

Совместное решение уравнений сохранения импульса и энергии даёт эти два результата.

v′1 = (2 − 1)/(2 + 1)·7 = 2,333 m/s
v′2 = 2·2/(2 + 1)·7 = 9,333 m/s

Ответ

v′2 = 9,333 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: Favg = 960 N

Закон сохранения импульса: если во время столкновения внешние силы не действуют, суммарный импульс Σm·v до столкновения равен суммарному импульсу после. Скорость имеет направление, поэтому выберите положительное направление и скорости, направленные в противоположную сторону, берите со знаком минус. При упругом столкновении сохраняется и кинетическая энергия; при абсолютно неупругом тела слипаются.

Изменение импульса

J = m·Δv = 0,4·(10 + 14) = 9,6 N·s

Средняя сила

Favg = J/Δt = 9,6/0,01 = 960 N

Ответ

Favg = 960 N
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 36,79 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 = 2 + 1/2 = 2,5 m
A = H·b = 1·1,5 = 1,5 m²
затворd = 2 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·1,5 = 36,79 kN

Ответ

F = 36,79 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 353,2 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 = 2,5 + 3/2 = 4 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
затворd = 2,5 mH = 3 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4·9 = 353,2 kN

Ответ

F = 353,2 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 333,1 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 = 2,5·(200/100)² = 10 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(2,5² − 10²)/1000 = −46,88 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) = 380 + (−46,88) = 333,1 kPa

Ответ

p2 = 333,1 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: Q = 109,3 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.

Разность давлений по манометру

Δp = (13600 − 1000)·9,81·0,32 = 39554 Pa

Скорость в горловине

Уравнения неразрывности и Бернулли вместе дают идеальную скорость в горловине.

β = 125/250 = 0,5
v2 = √(2·39554/(1000·(1 − 0,0625))) = 9,186 m/s

Действительный расход

Q = Cd·A2·v2 = 0,97·0,01227·9,186 = 0,1093 m³/s = 109,3 L/s

Ответ

Q = 109,3 L/s
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 123,9 L

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

Моли

n = 160/32 = 5 mol
T = 25 + 273,15 = 298,1 K

Объём

V = nRT/P = 5·8,314·298,1/100 = 123,9 L

Ответ

V = 123,9 L
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 1,192 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 130 + 273,15 = 403,1 K

Плотность

ρ = 100·39,95/(8,314·403,1) = 1,192 kg/m³

Ответ

ρ = 1,192 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: TL = 20,02 °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.

Абсолютная температура источника

TH = 500 + 273,15 = 773,1 K

Отношение теплот для обратимого цикла

TL = TH·QL/QH = 773,1·1403/3700 = 293,2 K = 20,02 °C

Ответ

TL = 20,02 °C
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Q̇L = 899 kW

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 = 450 + 273,15 = 723,1 K
T0 = 25 + 273,15 = 298,1 K
TL = 0 + 273,15 = 273,1 K

Работа машины

η = 1 − 298,1/723,1 = 0,5877
Ẇ = 0,5877·140 = 82,28 kW

Теплота, отводимая холодильником

COPR = 273,1/(298,1 − 273,1) = 10,93
Q̇L = 10,93·82,28 = 899 kW

Ответ

Q̇L = 899 kW
19.Волны, звук и оптика

Ответ: f′ = 410,1 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) = 440·(343 − 0)/(343 + 25)
f′ = 410,1 Hz

Ответ

f′ = 410,1 Hz
20.Волны, звук и оптика

Ответ: m = 0,2424

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 = −8 cm

Уравнение зеркала

1/di = 1/f − 1/do = 1/(−8) − 1/25
di = −6,061 cm
F25 cmf = −8 cm

Увеличение

m = −(−6,061)/25 = 0,2424

Ответ

m = 0,2424

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