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)t = ?30

Автомобиль, едущий со скоростью 108 km/h, тормозит с постоянным замедлением 4 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.

v₀ = 108 km/ha = −4 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
t (s)v (m/s)9 s

Трамвай трогается с места и разгоняется с ускорением 1,5 m/s² в течение 9 s, затем движется с постоянной скоростью 30 s и, наконец, тормозит с замедлением 2 m/s² до остановки. Найдите полный путь s между двумя остановками.

a1 = 1,5 m/s²t1 = 9 st2 = 30 sa3 = −2 m/s²
s = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 30°a = ?m = 6 kg

Брусок массой 6 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 = 6 kgθ = 30°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
θ = 25°брусокv₀ = 7 m/s

Бруску сообщают толчок, и он начинает скользить вверх по наклонной плоскости под углом 25° со скоростью 7 m/s. Коэффициент трения скольжения равен 0,15. Примите g = 9,81 m/s². Какое расстояние d вдоль плоскости он проскользит до остановки?

v₀ = 7 m/sθ = 25°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
d = m
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 40 m/sθ = ?R = 80 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности со скоростью 40 m/s, и он должен упасть на расстоянии 80 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите меньший из двух возможных углов броска θ.

v₀ = 40 m/sR = 80 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 50 mv0​ = 18 m/s15°дальность

Мяч бросают под углом 15° к горизонту с вершины скалы высотой 50 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.

v0 = 18 m/sθ = 15°h = 50 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Работа и энергияСредняя
35°d = 11 mμ = 0,15

Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 35° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,15. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 11 m вдоль плоскости.

θ = 35°μ = 0,15d = 11 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Работа и энергияСложная
10 kg6 kgμ = 0,25d = 2 m

Брусок массой 10 kg лежит на шероховатом горизонтальном столе (μ = 0,25). От него лёгкая нить идёт через гладкий блок на краю стола к висящему грузу массой 6 kg. Систему отпускают из состояния покоя. Найдите скорость v грузов после того, как висящий груз опустится на 2 m.

m1 = 10 kgm2 = 6 kgμ = 0,25d = 2 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
2 kg2 m/s4,5 kg

Тележка массой 2 kg, движущаяся со скоростью 2 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 4,5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′1 первой тележки после столкновения (положительную в направлении её первоначального движения).

m1 = 2 kgm2 = 4,5 kgv1 = 2 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
22 m/s15 m/s

Мяч массой 0,1 kg ударяется о стену со скоростью 22 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 15 m/s. Контакт длится 10 ms. Найдите модуль импульса силы J, который стена сообщает мячу.

m = 0,1 kgvin = 22 m/svout = 15 m/sΔt = 10 ms
J = N·s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 4 mH = 2 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 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 1,5 mH = 2 m

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

d = 1,5 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 75 mm, p1​ = 190 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm. В широкой части давление 190 kPa, а скорость 2,75 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 190 kPav1 = 2,75 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
pair​ = 130 kPav = ?d = 50 mmh = 2 m

В закрытом резервуаре над водой находится сжатый воздух с избыточным давлением 130 kPa. Вода вытекает в атмосферу через отверстие диаметром 50 mm, расположенное на 2 m ниже поверхности воды. Пренебрегая потерями, найдите скорость струи v. Примите g = 9,81 m/s².

pair = 130 kPa (избыточное)h = 2 md = 50 mmρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
480 g (Ar)P = 250 kPaT = 20 °CV = ?

Какой объём V занимает 480 g газа (Ar) при 250 kPa и 20 °C? Считайте газ идеальным.

m = 480 gM = 39,95 g/molP = 250 kPaT = 20 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
CO₂, M = 44,01 g/molP = 150 kPaT = 190 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (CO₂) при 150 kPa и 190 °C, считая его идеальным.

M = 44,01 g/molP = 150 kPaT = 190 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 750 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 750 °C и холодным при 40 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 750 °CTL = 40 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
950 °CTm​ = ?15 °CABWA​WB​

Две машины Карно работают последовательно. Машина A получает теплоту от резервуара при 950 °C и отдаёт теплоту промежуточному резервуару при температуре Tm. Машина B забирает всю эту теплоту и отдаёт теплоту резервуару при 15 °C. Обе машины совершают одинаковую работу. Найдите Tm в °C.

TH = 950 °CTL = 15 °C
Tm = °C
19.Волны, звук и оптикаСредняя
θc = ?90°алмаз, n1​ = 2,42флинт, n2​ = 1,62

Свет идёт в среде «алмаз» (n = 2,42) к плоской границе со средой «флинт» (n = 1,62). Найдите критический угол θc, за пределом которого происходит полное отражение.

n1 = 2,42n2 = 1,62
θc = °
20.Волны, звук и оптикаСложная
θa​ = ?n1​ = 1,46n2​ = 1,43n0​ = 1,00

У оптического волокна сердцевина с n₁ = 1,46 и оболочка с n₂ = 1,43. Найдите наибольший угол θa к оси волокна, при котором свет из воздуха может войти в торец волокна и всё ещё направляться полным внутренним отражением.

n1 = 1,46n2 = 1,43n0 = 1,00
θa = °

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 7,5 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.

Единицы

v₀ = 108/3,6 = 30 m/s

Время торможения

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 30/4 = 7,5 s

Ответ

t = 7,5 s
2.Кинематика

Ответ: s = 511,3 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.

Наибольшая скорость

v = a1·t1 = 1,5·9 = 13,5 m/s

Путь на каждом этапе

s1 = ½·1,5·9² = 60,75 m
s2 = 13,5·30 = 405 m
s3 = 13,5²/(2·2) = 45,56 m

Полный путь

s = 60,75 + 405 + 45,56 = 511,3 m

Ответ

s = 511,3 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: d = 4,471 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° + 0,15·cos 25°) = 5,48 m/s²

Путь

d = v₀²/(2a) = 7²/(2·5,48) = 4,471 m

Ответ

d = 4,471 m
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: θ = 14,69 °

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.

Формула дальности

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·80/40² = 0,4905

Угол

2θ = 29,37° → θ = 14,69°

Ответ

θ = 14,69°

Второе решение: 90° − θ = 75,31°.

6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: t = 3,703 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 = 18·cos 15° = 17,39 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 15° = 4,659 m/s

Время полёта

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

0 = 50 + 4,659·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (4,659 + √(21,7 + 981))/9,81 = 3,703 s

Ответ

t = 3,703 s
7.Работа и энергия

Ответ: v = 9,863 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 = √(2·9,81·11·(0,5736 − 0,15·0,8192)) = 9,863 m/s

Ответ

v = 9,863 m/s
8.Работа и энергия

Ответ: v = 2,93 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).

Выделившаяся и потерянная энергия

m₂g·d = 58,86·2 = 117,7 J
μ·m₁g·d = 0,25·98,1·2 = 49,05 J

Кинетическая энергия обоих грузов

½(m₁ + m₂)v² = 68,67 → v = √(2·68,67/16) = 2,93 m/s

Ответ

v = 2,93 m/s
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′1 = −0,7692 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 − 4,5)/(2 + 4,5)·2 = −0,7692 m/s
v′2 = 2·2/(2 + 4,5)·2 = 1,231 m/s

Ответ

v′1 = −0,7692 m/s

Знак минус означает, что первая тележка отскакивает назад.

10.Импульс и столкновения

Ответ: J = 3,7 N·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.

Изменение импульса

J = m·Δv = 0,1·(15 + 22) = 3,7 N·s

Ответ

J = 3,7 N·s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 147,2 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 = 4 + 2/2 = 5 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
затворd = 4 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5·3 = 147,2 kN

Ответ

F = 147,2 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: ycp = 2,633 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 + 2/2 = 2,5 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
затворd = 1,5 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·2,5·3 = 75,41 kN

Центр давления

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

Ic = b·H³/12 = 1,5·2³/12 = 1 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2,5 + 1/(2,5·3) = 2,633 m

Ответ

ycp = 2,633 m
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 174,6 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
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) = 190 + (−15,36) = 174,6 kPa

Ответ

p2 = 174,6 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: v = 17,3 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 от поверхности до струи

v = √(2·(130000/1000 + 9,81·2)) = 17,3 m/s

Ответ

v = 17,3 m/s
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 117,1 L

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

Моли

n = 480/39,95 = 12,02 mol
T = 20 + 273,15 = 293,1 K

Объём

V = nRT/P = 12,02·8,314·293,1/250 = 117,1 L

Ответ

V = 117,1 L
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 1,714 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 190 + 273,15 = 463,1 K

Плотность

ρ = 150·44,01/(8,314·463,1) = 1,714 kg/m³

Ответ

ρ = 1,714 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 69,39 %

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 = 750 + 273,15 = 1023 K
TL = 40 + 273,15 = 313,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 313,1/1023 = 69,39 %

Ответ

ηmax = 69,39 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Tm = 482,5 °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 = 950 + 273,15 = 1223 K
TL = 15 + 273,15 = 288,1 K

Равная работа

W = Q·(1 − Tlow/Thigh), а Q/T одинаково для всех резервуаров, поэтому W пропорциональна перепаду температур.

Tm = (1223 + 288,1)/2 = 755,7 K = 482,5 °C

Ответ

Tm = 482,5 °C
19.Волны, звук и оптика

Ответ: θc = 42,02 °

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.

Преломление под 90°

sin θc = n₂/n₁ = 1,62/2,42 = 0,6694

Критический угол

θc = arcsin(0,6694) = 42,02°

Ответ

θc = 42,02°
20.Волны, звук и оптика

Ответ: θa = 17,12 °

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.

Критический угол на оболочке

sin θc = 1,43/1,46 = 0,9795 → θc = 78,36°

Числовая апертура

NA = √(1,46² − 1,43²) = 0,2944

Угол приёма

θa = arcsin(0,2944) = 17,12°

Ответ

θa = 17,12°

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