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 = ?20

Автомобиль, едущий со скоростью 72 km/h, тормозит с постоянным замедлением 4 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.

v₀ = 72 km/ha = −4 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
v₀ = 19 m/s40 m

Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 19 m/s с края крыши на высоте 40 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax над землёй.

v₀ = 19 m/sh₀ = 40 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 20°a = ?m = 11 kg

Брусок массой 11 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 20° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 11 kgθ = 20°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
θ = 15°брусокv₀ = 9,5 m/s

Бруску сообщают толчок, и он начинает скользить вверх по наклонной плоскости под углом 15° со скоростью 9,5 m/s. Коэффициент трения скольжения равен 0,25. Примите g = 9,81 m/s². Какое расстояние d вдоль плоскости он проскользит до остановки?

v₀ = 9,5 m/sθ = 15°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
d = m
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 30 m/s70°дальностьH = ?

Мяч бросают под углом 70° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.

v0 = 30 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
14 mv0​ = 36 m/s60°x = ?

Мяч бросают с уровня земли со скоростью 36 m/s под углом 60° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 14 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.

v₀ = 36 m/sθ = 60°hroof = 14 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Работа и энергияСредняя
30°d = 13 mμ = 0,2

Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 30° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,2. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 13 m вдоль плоскости.

θ = 30°μ = 0,2d = 13 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Работа и энергияСложная
F = 210 N35°μ = 0,120 kg

Брусок массой 20 kg начинает движение из состояния покоя у основания наклонной плоскости 35° и тянется вверх по ней постоянной силой 210 N, параллельной плоскости. Коэффициент трения скольжения равен 0,1. Найдите скорость v бруска после того, как он переместится на 9 m вверх по плоскости.

m = 20 kgF = 210 Nθ = 35°μ = 0,1d = 9 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
4 kg8 m/s3,5 kg

Тележка массой 4 kg, движущаяся со скоростью 8 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 3,5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.

m1 = 4 kgm2 = 3,5 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
18 m/s5 m/s

Мяч массой 0,25 kg ударяется о стену со скоростью 18 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 5 m/s. Контакт длится 10 ms. Найдите модуль импульса силы J, который стена сообщает мячу.

m = 0,25 kgvin = 18 m/svout = 5 m/sΔt = 10 ms
J = N·s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 4 mH = 2 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 3 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 = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 1,5 mH = 1 m

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

d = 1,5 mH = 1 mb = 2 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 75 mm, p1​ = 110 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm. В широкой части давление 110 kPa, а скорость 1,5 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 110 kPav1 = 1,5 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
H = ?d1​ = 50 mmp1​ = 40 kPad2​ = 30 mm

Сопло фонтана направлено вертикально вверх. Непосредственно под соплом подводящая труба имеет диаметр 50 mm и избыточное давление 40 kPa. Выходной диаметр сопла 30 mm, разностью высот по длине сопла можно пренебречь. Пренебрегая потерями и сопротивлением воздуха, найдите высоту H, на которую струя поднимается над соплом. Примите g = 9,81 m/s².

d1 = 50 mmp1 = 40 kPa (избыточное)d2 = 30 mmρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
H = m
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
470 g (CO₂)P = 500 kPaT = 10 °CV = ?

Какой объём V занимает 470 g газа (CO₂) при 500 kPa и 10 °C? Считайте газ идеальным.

m = 470 gM = 44,01 g/molP = 500 kPaT = 10 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
CO₂, M = 44,01 g/molP = 250 kPaT = 80 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (CO₂) при 250 kPa и 80 °C, считая его идеальным.

M = 44,01 g/molP = 250 kPaT = 80 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 20 °CTL​ = -18 °CRQ̇H​ = ?Q̇L​ = 1,5 kWẆ

Обратимый холодильник поддерживает в холодильной камере -18 °C, отводя 1,5 kW теплоты, и отдаёт теплоту окружающей среде при 20 °C. Найдите тепловой поток Q̇H, который он отдаёт.

TL = -18 °CTH = 20 °CQ̇L = 1,5 kW
Q̇H = kW
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 22 °CTL​ = 7 °CHPQ̇H​ = 9 kWQ̇L​Ẇ

Тепловой насос поддерживает в доме 22 °C, когда на улице 7 °C, и подаёт в дом 9 kW теплоты. Найдите наибольший возможный холодильный коэффициент COPmax.

TH = 22 °CTL = 7 °CQ̇H = 9 kW
COPmax =
19.Волны, звук и оптикаСредняя
FFdo​ = 15 cmf = 25 cm

Предмет находится в 15 cm перед тонкой собирающей линзой с фокусным расстоянием 25 cm. Найдите увеличение m (отрицательное для перевёрнутого изображения).

do = 15 cmf = 25 cm
m =
20.Волны, звук и оптикаСложная
SO5 m/sf = 30 kHz

Неподвижный парковочный датчик посылает ультразвук 30 kHz на автомобиль, приближающийся со скоростью 5 m/s. Найдите частоту f″ эха, принятого обратно датчиком (скорость звука 343 m/s).

f = 30 kHzu = 5 m/sv = 343 m/s
f″ = Hz

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 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 = 72/3,6 = 20 m/s

Время торможения

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 20/4 = 5 s

Ответ

t = 5 s
2.Кинематика

Ответ: hmax = 58,4 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.

Подъём над крышей

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 19²/(2·9,81) = 18,4 m

Высота над землёй

hmax = 40 + 18,4 = 58,4 m

Ответ

hmax = 58,4 m
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 2,433 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 20° − 0,1·cos 20°) = 9,81·(0,342 − 0,09397) = 2,433 m/s²

Ответ

a = 2,433 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: d = 9,194 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 15° + 0,25·cos 15°) = 4,908 m/s²

Путь

d = v₀²/(2a) = 9,5²/(2·4,908) = 9,194 m

Ответ

d = 9,194 m
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 40,51 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 = 30·cos 70° = 10,26 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 70° = 28,19 m/s

Высшая точка

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

H = vy²/(2g) = 28,19²/(2·9,81) = 40,51 m

Ответ

H = 40,51 m
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 105,7 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 = 18 m/s, vy = 31,18 m/s

Время до падения на крышу

Больший корень: мяч опускается.

14 = 31,18·t − 4,905·t²
t = (31,18 + √(31,18² − 2·9,81·14))/9,81 = 5,87 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 18·5,87 = 105,7 m

Ответ

x = 105,7 m
7.Работа и энергия

Ответ: v = 9,13 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 = √(2·9,81·13·(0,5 − 0,2·0,866)) = 9,13 m/s

Ответ

v = 9,13 m/s
8.Работа и энергия

Ответ: v = 8,559 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).

Силы вдоль плоскости

m·g = 20·9,81 = 196,2 N
mg·sin θ = 112,5 N
μ·mg·cos θ = 16,07 N

Работа и энергия

½mv² = (210 − 128,6)·9 = 732,5 J
v = √(2·732,5/20) = 8,559 m/s

Ответ

v = 8,559 m/s
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 8,533 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 = (4 − 3,5)/(4 + 3,5)·8 = 0,5333 m/s
v′2 = 2·4/(4 + 3,5)·8 = 8,533 m/s

Ответ

v′2 = 8,533 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: J = 5,75 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·(5 + 18) = 5,75 N·s

Ответ

J = 5,75 N·s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 294,3 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 = 2·3 = 6 m²
затворd = 4 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5·6 = 294,3 kN

Ответ

F = 294,3 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 34,53 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 + 1/2 = 2 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
затворd = 1,5 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·2·2 = 34,53 kN

Ответ

F = 34,53 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 105,4 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 = 1,5·(75/50)² = 3,375 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(1,5² − 3,375²)/1000 = −4,57 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) = 110 + (−4,57) = 105,4 kPa

Ответ

p2 = 105,4 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: H = 4,685 m

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.

Скорость на выходе

β = 30/50 = 0,6
v2 = √(2p1/(ρ(1 − β⁴))) = √(2·40000/(1000·0,8704)) = 9,587 m/s

Высота струи

Уравнение Бернулли вдоль струи: в верхней точке скорость равна нулю, а давление снова атмосферное.

H = v2²/(2g) = 9,587²/(2·9,81) = 4,685 m

Ответ

H = 4,685 m
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 50,28 L

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

Моли

n = 470/44,01 = 10,68 mol
T = 10 + 273,15 = 283,1 K

Объём

V = nRT/P = 10,68·8,314·283,1/500 = 50,28 L

Ответ

V = 50,28 L
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 3,747 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 80 + 273,15 = 353,1 K

Плотность

ρ = 250·44,01/(8,314·353,1) = 3,747 kg/m³

Ответ

ρ = 3,747 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Q̇H = 1,723 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 = 20 + 273,15 = 293,1 K
TL = -18 + 273,15 = 255,1 K

Отношение теплот для обратимого цикла

Q̇H = Q̇L·TH/TL = 1,5·293,1/255,1 = 1,723 kW

Ответ

Q̇H = 1,723 kW

Потребляемая мощность: Ẇ = 0,2234 kW.

18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: COPmax = 19,68

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 = 22 + 273,15 = 295,1 K
TL = 7 + 273,15 = 280,1 K

Наилучший возможный COP

COPHP,max = TH/(TH − TL) = 295,1/(295,1 − 280,1) = 19,68

Ответ

COPmax = 19,68
19.Волны, звук и оптика

Ответ: m = 2,5

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.

Формула тонкой линзы

1/di = 1/f − 1/do = 1/25 − 1/15
di = −37,5 cm
FF15 cmf = 25 cm

Увеличение

m = −di/do = −(−37,5)/15 = 2,5

Ответ

m = 2,5
20.Волны, звук и оптика

Ответ: f″ = 30888 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|.

Частота у автомобиля

f′ = 30000·(343 + 5)/343 = 30437 Hz

Частота эха

f″ = f′·343/(343 − 5) = 30888 Hz

Ответ

f″ = 30888 Hz

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