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)1,3 s30

Водитель, едущий со скоростью 108 km/h, видит препятствие. Время её реакции 1,3 s, после чего автомобиль тормозит с постоянным замедлением 7,5 m/s². Найдите полный остановочный путь d с момента, когда она увидела препятствие.

v₀ = 108 km/htr = 1,3 sa = −7,5 m/s²
d = m
2.КинематикаСложная
AB: 23 m/s30 m

Мяч A без начальной скорости падает с высоты 30 m. В тот же момент мяч B бросают вертикально вверх с земли прямо под ним со скоростью 23 m/s. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Когда мячи встретятся? Найдите t.

H = 30 mv0B = 23 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
ящикv₀ = 5 m/sμ = ?

Ящик скользит по горизонтальному полу с начальной скоростью 5 m/s и останавливается через 5,1 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите коэффициент трения скольжения μ.

v₀ = 5 m/sd = 5,1 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 8 kg2,5 kgμ = 0,1

Брусок массой 8 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 2,5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a системы.

m1 = 8 kgm2 = 2,5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 18 m/s35°дальностьH = ?

Мяч бросают под углом 35° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.

v0 = 18 m/sθ = 35°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
6 mv0​ = 33 m/s65°x = ?

Мяч бросают с уровня земли со скоростью 33 m/s под углом 65° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 6 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.

v₀ = 33 m/sθ = 65°hroof = 6 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Работа и энергияСредняя
54 km/h4°1000 kg

Автомобиль массой 1000 kg въезжает на подъём 4° с постоянной скоростью 54 km/h. Сопротивление воздуха и сопротивление качению вместе составляют 650 N. Найдите мощность P, которую должны развивать колёса, в kW.

m = 1000 kgθ = 4°Fr = 650 Nv = 54 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
8.Работа и энергияСложная
4 kg2 kgμ = 0,15d = 0,5 m

Брусок массой 4 kg лежит на шероховатом горизонтальном столе (μ = 0,15). От него лёгкая нить идёт через гладкий блок на краю стола к висящему грузу массой 2 kg. Систему отпускают из состояния покоя. Найдите скорость v грузов после того, как висящий груз опустится на 0,5 m.

m1 = 4 kgm2 = 2 kgμ = 0,15d = 0,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
1 kg64 m/s13 kgv′2​ = ?

Снаряд массой 14 kg, движущийся горизонтально со скоростью 29 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 1 kg продолжает движение вперёд со скоростью 64 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 13 kg (положительна в исходном направлении).

M = 14 kgu = 29 m/sm1 = 1 kgv′1 = 64 m/sm2 = 13 kg
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
30 m/s16 m/s

Мяч массой 0,25 kg ударяется о стену со скоростью 30 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 16 m/s. Контакт длится 25 ms. Найдите модуль импульса силы J, который стена сообщает мячу.

m = 0,25 kgvin = 30 m/svout = 16 m/sΔt = 25 ms
J = N·s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 2,5 mH = 1 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1 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 = 1 mb = 1 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 (вода), его верхний край на 1,5 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 1,5 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 75 mm, p1​ = 320 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm. В широкой части давление 320 kPa, а скорость 2,75 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 320 kPav1 = 2,75 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
12d1​ = 150 mm, p1​ = 230 kPad2​ = 100 mm, p2​ = ?Δz = 7 m

Вода поднимается по трубе, которая сужается с 150 mm до 100 mm и поднимается на 7 m. В сечении 1 давление 230 kPa, а скорость 2,5 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в сечении 2.

d1 = 150 mmd2 = 100 mmp1 = 230 kPav1 = 2,5 m/sΔz = 7 mρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
380 g (Ar)P = 750 kPaT = 55 °CV = ?

Какой объём V занимает 380 g газа (Ar) при 750 kPa и 55 °C? Считайте газ идеальным.

m = 380 gM = 39,95 g/molP = 750 kPaT = 55 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Состояние 1Состояние 2

Постоянное количество газа (CO₂) переходит от 300 kPa, 20 L, 35 °C к 250 kPa и 250 °C. Найдите новый объём V2.

P1 = 300 kPaV1 = 20 LT1 = 35 °CP2 = 250 kPaT2 = 250 °C
V2 = L
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 300 °CTL​ = 35 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 300 °C и холодным при 35 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 300 °CTL = 35 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 21 °CTL​ = -10 °CHPQ̇H​ = 7 kWQ̇L​Ẇ

Тепловой насос поддерживает в доме 21 °C, когда на улице -10 °C, и подаёт в дом 7 kW теплоты. Найдите наибольший возможный холодильный коэффициент COPmax.

TH = 21 °CTL = -10 °CQ̇H = 7 kW
COPmax =
19.Волны, звук и оптикаСредняя
S25 m/sOf = 1000 Hz

Источник частотой 1000 Hz движется со скоростью 25 m/s к неподвижному наблюдателю. Скорость звука равна 343 m/s. Найдите частоту f′, которую слышит наблюдатель.

f = 1000 Hzv = 343 m/svs = 25 m/s
f′ = Hz
20.Волны, звук и оптикаСложная
λ = 656 nmθ2​ = ?

Свет с длиной волны 656 nm падает под прямым углом на решётку с 500 штрихами на миллиметр. Найдите угол θ2 максимума порядка 2.

N = 500 mm⁻¹λ = 656 nmm = 2
θ2 = °

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: d = 99 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 = 108/3,6 = 30 m/s

Путь за время реакции

d1 = v₀·tr = 30·1,3 = 39 m

Тормозной путь

d2 = v₀²/(2a) = 30²/(2·7,5) = 60 m

Итого

d = 39 + 60 = 99 m

Ответ

d = 99 m
2.Кинематика

Ответ: t = 1,304 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.

30 − ½g·t² = 23·t − ½g·t² → t = 30/23 = 1,304 s

Ответ

t = 1,304 s
3.Законы Ньютона

Ответ: μ = 0,2498

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

a = v₀²/(2d) = 5²/(2·5,1) = 2,451 m/s²

Коэффициент трения

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 2,451/9,81 = 0,2498

Ответ

μ = 0,2498
4.Законы Ньютона

Ответ: a = 1,588 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) = (24,53 − 7,848)/10,5 = 1,588 m/s²

Ответ

a = 1,588 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 5,433 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 = 18·cos 35° = 14,74 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 35° = 10,32 m/s

Высшая точка

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

H = vy²/(2g) = 10,32²/(2·9,81) = 5,433 m

Ответ

H = 5,433 m
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 82,14 m

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 = 13,95 m/s, vy = 29,91 m/s

Время до падения на крышу

Больший корень: мяч опускается.

6 = 29,91·t − 4,905·t²
t = (29,91 + √(29,91² − 2·9,81·6))/9,81 = 5,89 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 13,95·5,89 = 82,14 m

Ответ

x = 82,14 m
7.Работа и энергия

Ответ: P = 20,01 kW

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). Мощность — это сила, умноженная на скорость: P = F·v.

Сила тяги

m·g = 1000·9,81 = 9810 N
mg·sin θ = 9810·sin 4° = 684,3 N
F = 684,3 + 650 = 1334 N

Мощность

v = 54/3,6 = 15 m/s
P = F·v = 1334·15 = 20015 W = 20,01 kW

Ответ

P = 20,01 kW
8.Работа и энергия

Ответ: v = 1,513 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 = 19,62·0,5 = 9,81 J
μ·m₁g·d = 0,15·39,24·0,5 = 2,943 J

Кинетическая энергия обоих грузов

½(m₁ + m₂)v² = 6,867 → v = √(2·6,867/6) = 1,513 m/s

Ответ

v = 1,513 m/s
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 26,31 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 = 14·29 = 406 kg·m/s

Импульс после удара

406 = 1·64 + 13·v′2
v′2 = (406 − 64)/13 = 26,31 m/s

Ответ

v′2 = 26,31 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: J = 11,5 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 = 0,25·(16 + 30) = 11,5 N·s

Ответ

J = 11,5 N·s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 29,43 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 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
затворd = 2,5 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·1 = 29,43 kN

Ответ

F = 29,43 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 73,58 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 = 1,5 + 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 = 1000·9,81·2,5·3 = 73,58 kN

Ответ

F = 73,58 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 304,6 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) = 320 + (−15,36) = 304,6 kPa

Ответ

p2 = 304,6 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 148,6 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 = 2,5·(150/100)² = 5,625 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(2,5² − 5,625²)/1000 = −12,7 kPa
ρgΔz = 1000·9,81·7/1000 = 68,67 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) − ρgΔz = 230 + (−12,7) − 68,67 = 148,6 kPa

Ответ

p2 = 148,6 kPa
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 34,6 L

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

Моли

n = 380/39,95 = 9,512 mol
T = 55 + 273,15 = 328,1 K

Объём

V = nRT/P = 9,512·8,314·328,1/750 = 34,6 L

Ответ

V = 34,6 L
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V2 = 40,75 L

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

Абсолютные температуры

T1 = 308,1 K, T2 = 523,1 K

Объединённый газовый закон

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(300/250)·(523,1/308,1) = 40,75 L

Ответ

V2 = 40,75 L
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 46,24 %

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 = 300 + 273,15 = 573,1 K
TL = 35 + 273,15 = 308,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 308,1/573,1 = 46,24 %

Ответ

ηmax = 46,24 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: COPmax = 9,489

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 = 21 + 273,15 = 294,1 K
TL = -10 + 273,15 = 263,1 K

Наилучший возможный COP

COPHP,max = TH/(TH − TL) = 294,1/(294,1 − 263,1) = 9,489

Ответ

COPmax = 9,489
19.Волны, звук и оптика

Ответ: f′ = 1079 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) = 1000·(343 + 0)/(343 − 25)
f′ = 1079 Hz

Ответ

f′ = 1079 Hz
20.Волны, звук и оптика

Ответ: θ2 = 41 °

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, …

Расстояние между штрихами

d = 1/500 mm = 2 × 10⁻⁶ m

Уравнение решётки

sin θ = mλ/d = 2·656 × 10⁻⁹/(2 × 10⁻⁶) = 0,656
θ = 41°

Ответ

θ2 = 41°

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