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 = ?10

Автомобиль, едущий со скоростью 36 km/h, тормозит с постоянным замедлением 3,5 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.

v₀ = 36 km/ha = −3,5 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
d = ?

Камень без начальной скорости падает в колодец. Всплеск слышен через 4,1 s после того, как камень отпустили. Скорость звука 343 m/s; пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите глубину d колодца.

ttotal = 4,1 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Законы НьютонаСредняя
ящикv₀ = 7,5 m/sμ = ?

Ящик скользит по горизонтальному полу с начальной скоростью 7,5 m/s и останавливается через 57 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите коэффициент трения скольжения μ.

v₀ = 7,5 m/sd = 57 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 6,5 kg4 kgμ = 0,2

Брусок массой 6,5 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 4 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a системы.

m1 = 6,5 kgm2 = 4 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = ?15°R = 145 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 15° к горизонту, и он падает на расстоянии 145 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.

θ = 15°R = 145 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 55 mv0​ = 28 m/s60°x = ?

Мяч бросают под углом 60° к горизонту с вершины скалы высотой 55 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.

v0 = 28 m/sθ = 60°h = 55 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Работа и энергияСредняя
45°d = 17 mμ = 0,4

Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 45° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,4. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 17 m вдоль плоскости.

θ = 45°μ = 0,4d = 17 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Работа и энергияСложная
h = 3 mL = 2 mμ = 0,15k = 2500 N/m

Брусок массой 0,5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 3 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 2 m (μ = 0,15), а затем наезжает на пружину (k = 2500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 0,5 kgh = 3 mL = 2 mμ = 0,15k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
9.Импульс и столкновенияСредняя
0,5 kg9 m/s3 kg

Тележка массой 0,5 kg, движущаяся со скоростью 9 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 3 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.

m1 = 0,5 kgm2 = 3 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
1200 kg10 m/s1200 kg11 m/sv′ = ?

На перекрёстке автомобиль массой 1200 kg, едущий на восток со скоростью 10 m/s, сталкивается с автомобилем массой 1200 kg, едущим на север со скоростью 11 m/s. Автомобили сцепляются. Найдите скорость v′ обломков сразу после столкновения.

m1 = 1200 kgv1 = 10 m/s (E)m2 = 1200 kgv2 = 11 m/s (N)
v′ = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 1,5 mH = 2 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 2 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 = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 2,5 mH = 1 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 3 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 2,5 m ниже поверхности. Найдите глубину ycp центра давления под поверхностью.

d = 2,5 mH = 1 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 150 mm, p1​ = ?d2​ = 75 mm, p2​ = 250 kPa

Вода с расходом 37 L/s течёт по горизонтальной трубе, сужающейся с 150 mm до 75 mm. Давление в узком сечении равно 250 kPa. Пренебрегая потерями, найдите давление p1 в широком сечении.

Q = 37 L/sd1 = 150 mmd2 = 75 mmp2 = 250 kPaρ = 1000 kg/m³
p1 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
pair​ = 20 kPav = ?d = 50 mmh = 5 m

В закрытом резервуаре над водой находится сжатый воздух с избыточным давлением 20 kPa. Вода вытекает в атмосферу через отверстие диаметром 50 mm, расположенное на 5 m ниже поверхности воды. Пренебрегая потерями, найдите скорость струи v. Примите g = 9,81 m/s².

pair = 20 kPa (избыточное)h = 5 md = 50 mmρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
310 g (O₂)P = 350 kPaT = 75 °CV = ?

Какой объём V занимает 310 g газа (O₂) при 350 kPa и 75 °C? Считайте газ идеальным.

m = 310 gM = 32 g/molP = 350 kPaT = 75 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
N₂, M = 28,01 g/molP = 700 kPaT = 190 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (N₂) при 700 kPa и 190 °C, считая его идеальным.

M = 28,01 g/molP = 700 kPaT = 190 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 575 °CTL​ = 35 °CEQH​ = 800 kJQL​W = ?

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 575 °C и холодным при 35 °C. Она получает 800 kJ теплоты. Найдите наибольшую работу Wmax, которую она могла бы совершить.

TH = 575 °CTL = 35 °CQH = 800 kJ
Wmax = kJ
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 21 °CTL​ = 0 °CHPQ̇H​ = 12 kWQ̇L​Ẇ

Тепловой насос поддерживает в доме 21 °C, когда на улице 0 °C, и подаёт в дом 12 kW теплоты. Найдите наибольший возможный холодильный коэффициент COPmax.

TH = 21 °CTL = 0 °CQ̇H = 12 kW
COPmax =
19.Волны, звук и оптикаСредняя
S34 m/sO5 m/sf = 300 Hz

Источник частотой 300 Hz, движущийся со скоростью 34 m/s, и наблюдатель, движущийся со скоростью 5 m/s, удаляются друг от друга. Скорость звука равна 343 m/s. Найдите частоту f′, которую слышит наблюдатель.

f = 300 Hzv = 343 m/svs = 34 m/svo = 5 m/s
f′ = Hz
20.Волны, звук и оптикаСложная
λ = 656 nmθ1​ = ?

Свет с длиной волны 656 nm падает под прямым углом на решётку с 200 штрихами на миллиметр. Найдите угол θ1 максимума порядка 1.

N = 200 mm⁻¹λ = 656 nmm = 1
θ1 = °

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 2,857 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 = 36/3,6 = 10 m/s

Время торможения

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 10/3,5 = 2,857 s

Ответ

t = 2,857 s
2.Кинематика

Ответ: d = 74 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.

Две части времени

½·9,81·t₁² = 343·(4,1 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1406 = 0

Время падения

Физический смысл имеет только положительный корень.

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1406))/(2·4,905) = 3,884 s

Глубина

d = ½·9,81·3,884² = 74 m

Ответ

d = 74 m
3.Законы Ньютона

Ответ: μ = 0,0503

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) = 7,5²/(2·57) = 0,4934 m/s²

Коэффициент трения

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 0,4934/9,81 = 0,0503

Ответ

μ = 0,0503
4.Законы Ньютона

Ответ: a = 2,523 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) = (39,24 − 12,75)/10,5 = 2,523 m/s²

Ответ

a = 2,523 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: v0 = 53,34 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) = √(9,81·145/sin 30°) = 53,34 m/s

Ответ

v0 = 53,34 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 92,88 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 = 28·cos 60° = 14 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 60° = 24,25 m/s

Время полёта

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

0 = 55 + 24,25·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (24,25 + √(588 + 1079))/9,81 = 6,634 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 14·6,634 = 92,88 m

Ответ

x = 92,88 m
7.Работа и энергия

Ответ: v = 11,9 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 = √(2·9,81·17·(0,7071 − 0,4·0,7071)) = 11,9 m/s

Ответ

v = 11,9 m/s
8.Работа и энергия

Ответ: x = 10,29 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 = 4,905·(3 − 0,15·2) = 13,24 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 13,24 → x = √(2·13,24/2500) = 0,1029 m = 10,29 cm

Ответ

x = 10,29 cm
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 2,571 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 = (0,5 − 3)/(0,5 + 3)·9 = −6,429 m/s
v′2 = 2·0,5/(0,5 + 3)·9 = 2,571 m/s

Ответ

v′2 = 2,571 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: v′ = 7,433 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.

Составляющие импульса

px = 1200·10 = 12000 kg·m/s
py = 1200·11 = 13200 kg·m/s

Скорость обломков

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 17839/2400 = 7,433 m/s

Ответ

v′ = 7,433 m/s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 98,1 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 = 2·2 = 4 m²
затворd = 1,5 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·4 = 98,1 kN

Ответ

F = 98,1 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: ycp = 3,028 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 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
затворd = 2,5 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·3 = 88,29 kN

Центр давления

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

Ic = b·H³/12 = 3·1³/12 = 0,25 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3 + 0,25/(3·3) = 3,028 m

Ответ

ycp = 3,028 m
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p1 = 282,9 kPa

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.

Скорости

v1 = Q/A1 = 0,037/0,01767 = 2,094 m/s
v2 = Q/A2 = 0,037/0,004418 = 8,375 m/s

Бернулли

p1 = p2 + ½ρ(v2² − v1²) = 250 + ½·1000·(8,375² − 2,094²)/1000 = 250 + 32,88 = 282,9 kPa

Ответ

p1 = 282,9 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: v = 11,75 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·(20000/1000 + 9,81·5)) = 11,75 m/s

Ответ

v = 11,75 m/s
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 80,12 L

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

Моли

n = 310/32 = 9,688 mol
T = 75 + 273,15 = 348,1 K

Объём

V = nRT/P = 9,688·8,314·348,1/350 = 80,12 L

Ответ

V = 80,12 L
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 5,092 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 = 700·28,01/(8,314·463,1) = 5,092 kg/m³

Ответ

ρ = 5,092 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Wmax = 509,3 kJ

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 = 575 + 273,15 = 848,1 K
TL = 35 + 273,15 = 308,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 308,1/848,1 = 63,67 %

Наибольшая работа

Wmax = ηmax·QH = 0,6367·800 = 509,3 kJ

Ответ

Wmax = 509,3 kJ
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: COPmax = 14,01

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 = 0 + 273,15 = 273,1 K

Наилучший возможный COP

COPHP,max = TH/(TH − TL) = 294,1/(294,1 − 273,1) = 14,01

Ответ

COPmax = 14,01
19.Волны, звук и оптика

Ответ: f′ = 269 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) = 300·(343 − 5)/(343 + 34)
f′ = 269 Hz

Ответ

f′ = 269 Hz
20.Волны, звук и оптика

Ответ: θ1 = 7,539 °

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 = 1/200 mm = 5 × 10⁻⁶ m

Уравнение решётки

sin θ = mλ/d = 1·656 × 10⁻⁹/(5 × 10⁻⁶) = 0,1312
θ = 7,539°

Ответ

θ1 = 7,539°

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