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)0,6 s15

Водитель, едущий со скоростью 54 km/h, видит препятствие. Время её реакции 0,6 s, после чего автомобиль тормозит с постоянным замедлением 7 m/s². Найдите полный остановочный путь d с момента, когда она увидела препятствие.

v₀ = 54 km/htr = 0,6 sa = −7 m/s²
d = m
2.КинематикаСложная
a = 38 m/s²

Модель ракеты запускают вертикально вверх из состояния покоя. Двигатель сообщает ей постоянное ускорение 38 m/s², направленное вверх, в течение 1 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 = 38 m/s²t1 = 1 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
1,5 kg1 kg

Грузы массами 1,5 kg и 1 kg висят по обе стороны лёгкого блока без трения и связаны лёгкой нитью. Систему отпускают из состояния покоя. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 1,5 kgm2 = 1 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 8,5 kg1,5 kgμ = 0,1

Брусок массой 8,5 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 1,5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 8,5 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 40 m/sθ = ?R = 105 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности со скоростью 40 m/s, и он должен упасть на расстоянии 105 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите меньший из двух возможных углов броска θ.

v₀ = 40 m/sR = 105 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 5 mv0​ = 29 m/s50°дальность

Мяч бросают под углом 50° к горизонту с вершины скалы высотой 5 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.

v0 = 29 m/sθ = 50°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Работа и энергияСредняя
35°d = 10 mμ = 0,3

Брусок массой 4 kg скользит 10 m по наклонной плоскости под углом 35° к горизонту с коэффициентом трения скольжения 0,3. Найдите работу Wf против силы трения.

m = 4 kgθ = 35°μ = 0,3d = 10 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
8.Работа и энергияСложная
h = 2 mL = 1,5 mμ = 0,3k = 500 N/m

Брусок массой 5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 1,5 m (μ = 0,3), а затем наезжает на пружину (k = 500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите скорость v бруска, когда он достигает пружины.

m = 5 kgh = 2 mL = 1,5 mμ = 0,3k = 500 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
6 kg83 m/s11 kgv′2​ = ?

Снаряд массой 17 kg, движущийся горизонтально со скоростью 31 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 6 kg продолжает движение вперёд со скоростью 83 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 11 kg (положительна в исходном направлении).

M = 17 kgu = 31 m/sm1 = 6 kgv′1 = 83 m/sm2 = 11 kg
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
800 kgv1​ = ?800 kg

Автомобиль массой 800 kg врезается в припаркованный автомобиль массой 800 kg. Сцепившиеся автомобили скользят 8 m до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,6. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v1 первого автомобиля непосредственно перед столкновением.

m1 = 800 kgm2 = 800 kgd = 8 mμ = 0,6g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
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
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 1 mH = 2 m

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

d = 1 mH = 2 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
v = ?p0​pp0​ − p = 200 Paточка торможения

Трубка Пито — Прандтля в аэродинамической трубе показывает разность 200 Pa между давлением торможения и статическим давлением. Плотность воздуха 1,2 kg/m³. Найдите скорость воздуха v.

p0 − p = 200 Paρ = 1,2 kg/m³
v = m/s
14.Неразрывность и БернуллиСложная
12d1​ = 75 mm, p1​ = 370 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?Δz = 8 m

Вода поднимается по трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm и поднимается на 8 m. В сечении 1 давление 370 kPa, а скорость 2 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в сечении 2.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 370 kPav1 = 2 m/sΔz = 8 mρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
240 g (N₂)V = 5 LT = 70 °CP = ?

Резервуар объёмом 5 L содержит 240 g газа (N₂) при 70 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 240 gM = 28,01 g/molV = 5 LT = 70 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Состояние 1Состояние 2

Постоянное количество газа (He) переходит от 250 kPa, 5 L, 30 °C к 100 kPa и 50 °C. Найдите новый объём V2.

P1 = 250 kPaV1 = 5 LT1 = 30 °CP2 = 100 kPaT2 = 50 °C
V2 = L
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 650 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 650 °C и холодным при 40 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 650 °CTL = 40 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 20 °CTL​ = 2 °CHPQ̇H​ = 9 kWQ̇L​Ẇ = ?

Тепловой насос поддерживает в доме 20 °C, когда на улице 2 °C, и подаёт в дом 9 kW теплоты. Найдите минимальную необходимую мощность Ẇmin.

TH = 20 °CTL = 2 °CQ̇H = 9 kW
Ẇmin = kW
19.Волны, звук и оптикаСредняя
40°90°n1​ = ?воздух, n2​ = 1,00

Свет внутри прозрачного блока полностью отражается на границе со средой «воздух» (n = 1,00) при любом угле падения больше 40°. Найдите показатель преломления n1 блока.

θc = 40°n2 = 1,00
n1 =
20.Волны, звук и оптикаСложная
λ = 633 nma = 0,05 mm

Свет с длиной волны 633 nm проходит через одиночную щель шириной 0,05 mm. Найдите угол θ3 тёмной полосы номер 3 относительно направления прямого прохождения.

λ = 633 nma = 0,05 mmm = 3
θ3 = °

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: d = 25,07 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.

Единицы

v₀ = 54/3,6 = 15 m/s

Путь за время реакции

d1 = v₀·tr = 15·0,6 = 9 m

Тормозной путь

d2 = v₀²/(2a) = 15²/(2·7) = 16,07 m

Итого

d = 9 + 16,07 = 25,07 m

Ответ

d = 25,07 m
2.Кинематика

Ответ: hmax = 92,6 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 = 38·1 = 38 m/s
h₁ = ½·38·1² = 19 m

Свободный полёт вверх

В наивысшей точке скорость равна нулю.

Δh = v₁²/(2g) = 38²/(2·9,81) = 73,6 m
hmax = 19 + 73,6 = 92,6 m

Ответ

hmax = 92,6 m
3.Законы Ньютона

Ответ: T = 11,77 N

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.

Ускорение

Движущая равнодействующая — это разность весов; она разгоняет полную массу.

a = (1,5 − 1)·9,81/(1,5 + 1) = 1,962 m/s²

Натяжение по лёгкому грузу

T − m2·g = m2·a → T = 1·(9,81 + 1,962) = 11,77 N

Ответ

T = 11,77 N
4.Законы Ньютона

Ответ: T = 13,76 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) = (14,71 − 8,339)/10 = 0,6376 m/s²

Натяжение из уравнения для бруска на столе

T − μ·m1·g = m1·a
T = 8,5·0,6376 + 8,339 = 13,76 N

Ответ

T = 13,76 N
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: θ = 20,04 °

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 = 9,81·105/40² = 0,6438

Угол

2θ = 40,07° → θ = 20,04°

Ответ

θ = 20,04°

Второе решение: 90° − θ = 69,96°.

6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: t = 4,744 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 = 29·cos 50° = 18,64 m/s
vy = v0·sin θ = 29·sin 50° = 22,22 m/s

Время полёта

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

0 = 5 + 22,22·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (22,22 + √(493,5 + 98,1))/9,81 = 4,744 s

Ответ

t = 4,744 s
7.Работа и энергия

Ответ: Wf = 96,43 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 = 39,24·0,8192 = 32,14 N
F = μN = 0,3·32,14 = 9,643 N

Работа против трения

Wf = F·d = 9,643·10 = 96,43 J

Ответ

Wf = 96,43 J
8.Работа и энергия

Ответ: v = 5,515 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 = 49,05·(2 − 0,3·1,5) = 76,03 J

Скорость у пружины

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·1,55) = 5,515 m/s

Ответ

v = 5,515 m/s
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 2,636 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 = 17·31 = 527 kg·m/s

Импульс после удара

527 = 6·83 + 11·v′2
v′2 = (527 − 498)/11 = 2,636 m/s

Ответ

v′2 = 2,636 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: v1 = 19,41 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.

Скорость после столкновения

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0,6·9,81·8) = 9,704 m/s

Импульс при столкновении

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 1600·9,704/800 = 19,41 m/s

Ответ

v1 = 19,41 m/s
(69,87 km/h)
11.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
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 49,44 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 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
затворd = 1 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2·2 = 49,44 kN

Ответ

F = 49,44 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: v = 18,26 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 = √(2·200/1,2) = 18,26 m/s

Ответ

v = 18,26 m/s
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 283,4 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·(75/50)² = 4,5 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(2² − 4,5²)/1000 = −8,125 kPa
ρgΔz = 1000·9,81·8/1000 = 78,48 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) − ρgΔz = 370 + (−8,125) − 78,48 = 283,4 kPa

Ответ

p2 = 283,4 kPa
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 4889 kPa

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

Моли

n = m/M = 240/28,01 = 8,568 mol
T = 70 + 273,15 = 343,1 K

Давление

P = nRT/V = 8,568·8,314·343,1/0,005 = 4889 kPa

Ответ

P = 4889 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V2 = 13,32 L

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

Абсолютные температуры

T1 = 303,1 K, T2 = 323,1 K

Объединённый газовый закон

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(250/100)·(323,1/303,1) = 13,32 L

Ответ

V2 = 13,32 L
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 66,08 %

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 = 650 + 273,15 = 923,1 K
TL = 40 + 273,15 = 313,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 313,1/923,1 = 66,08 %

Ответ

ηmax = 66,08 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Ẇmin = 0,5526 kW

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 = 20 + 273,15 = 293,1 K
TL = 2 + 273,15 = 275,1 K

Наилучший возможный COP

COPHP,max = TH/(TH − TL) = 293,1/(293,1 − 275,1) = 16,29

Минимальная мощность

Меньше всего работы нужно обратимой машине, у которой наибольший COP.

Ẇmin = Q̇H/COP = 9/16,29 = 0,5526 kW

Ответ

Ẇmin = 0,5526 kW
19.Волны, звук и оптика

Ответ: n1 = 1,556

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.

Показатель преломления блока

n₁ = n₂/sin θc = 1,00/0,6428 = 1,556

Ответ

n1 = 1,556
20.Волны, звук и оптика

Ответ: θ3 = 2,177 °

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, …

Условие тёмной полосы

sin θ = mλ/a = 0,03798
θ = 2,177°

Ответ

θ3 = 2,177°

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