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
полицияa = 6 m/s²автомобиль19 m/s

Автомобиль, превышающий скорость, движется с постоянной скоростью 19 m/s и проезжает мимо стоящего полицейского автомобиля. В этот момент полицейский автомобиль трогается и равноускоренно разгоняется с ускорением 6 m/s². Через сколько времени полицейский автомобиль догонит нарушителя? Найдите t.

vcar = 19 m/sapolice = 6 m/s²v0,police = 0
t = s
2.КинематикаСложная
d = ?

Камень без начальной скорости падает в колодец. Всплеск слышен через 1,5 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 = 1,5 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 40°a = ?m = 17 kg

Брусок массой 17 kg скользит вниз по гладкой наклонной плоскости под углом 40° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 17 kgθ = 40°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 4 kg1,5 kgμ = 0,2

Брусок массой 4 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 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a системы.

m1 = 4 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = ?65°R = 110 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 65° к горизонту, и он падает на расстоянии 110 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.

θ = 65°R = 110 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
17 mv0​ = 33 m/s60°x = ?

Мяч бросают с уровня земли со скоростью 33 m/s под углом 60° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 17 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 = 60°hroof = 17 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Работа и энергияСредняя
20°d = 18 mμ = 0,15

Брусок массой 0,5 kg скользит 18 m по наклонной плоскости под углом 20° к горизонту с коэффициентом трения скольжения 0,15. Найдите работу Wf против силы трения.

m = 0,5 kgθ = 20°μ = 0,15d = 18 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
8.Работа и энергияСложная
h = 4,5 mL = 1 mμ = 0,2k = 1500 N/m

Брусок массой 4 kg отпускают без начальной скорости на высоте 4,5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 1 m (μ = 0,2), а затем наезжает на пружину (k = 1500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 4 kgh = 4,5 mL = 1 mμ = 0,2k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
9.Импульс и столкновенияСредняя
3,5 kg6 m/s3 kg

Тележка массой 3,5 kg, движущаяся со скоростью 6 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 = 3,5 kgm2 = 3 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
1900 kg22 m/s1600 kg21 m/sv′ = ?

На перекрёстке автомобиль массой 1900 kg, едущий на восток со скоростью 22 m/s, сталкивается с автомобилем массой 1600 kg, едущим на север со скоростью 21 m/s. Автомобили сцепляются. Найдите скорость v′ обломков сразу после столкновения.

m1 = 1900 kgv1 = 22 m/s (E)m2 = 1600 kgv2 = 21 m/s (N)
v′ = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 1 mH = 2 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 3 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 1 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 1 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 0,5 mH = 3 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 2 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 0,5 m ниже поверхности. Найдите глубину ycp центра давления под поверхностью.

d = 0,5 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
v = ?p0​pp0​ − p = 25 kPaточка торможения

Трубка Пито — Прандтля в водопроводной трубе показывает разность 25 kPa между давлением торможения и статическим давлением. Найдите скорость воды v у носика трубки.

p0 − p = 25 kPaρ = 1000 kg/m³
v = m/s
14.Неразрывность и БернуллиСложная
12d1​ = 150 mm, p1​ = 360 kPad2​ = 75 mm, p2​ = ?Δz = 9 m

Вода поднимается по трубе, которая сужается с 150 mm до 75 mm и поднимается на 9 m. В сечении 1 давление 360 kPa, а скорость 0,5 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в сечении 2.

d1 = 150 mmd2 = 75 mmp1 = 360 kPav1 = 0,5 m/sΔz = 9 mρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
370 g (CO₂)V = 30 LT = 55 °CP = ?

Резервуар объёмом 30 L содержит 370 g газа (CO₂) при 55 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 370 gM = 44,01 g/molV = 30 LT = 55 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
He, M = 4,003 g/molP = 200 kPaT = 70 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (He) при 200 kPa и 70 °C, считая его идеальным.

M = 4,003 g/molP = 200 kPaT = 70 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 400 °CTL​ = 30 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 400 °C и холодным при 30 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 400 °CTL = 30 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
1000 °CTm​ = ?35 °CABWA​WB​

Две машины Карно работают последовательно. Машина A получает теплоту от резервуара при 1000 °C и отдаёт теплоту промежуточному резервуару при температуре Tm. Машина B забирает всю эту теплоту и отдаёт теплоту резервуару при 35 °C. Обе машины имеют одинаковый термический КПД. Найдите Tm в °C.

TH = 1000 °CTL = 35 °C
Tm = °C
19.Волны, звук и оптикаСредняя
FF1 cmdo​ = 60 cmf = 5 cm

Предмет высотой 1 cm находится в 60 cm перед тонкой собирающей линзой с фокусным расстоянием 5 cm. Найдите высоту изображения hi (отрицательную для перевёрнутого изображения).

ho = 1 cmdo = 60 cmf = 5 cm
hi = cm
20.Волны, звук и оптикаСложная
θa​ = ?n1​ = 1,62n2​ = 1,52n0​ = 1,00

У оптического волокна сердцевина с n₁ = 1,62 и оболочка с n₂ = 1,52. 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 = 1,62n2 = 1,52n0 = 1,00
θa = °

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 6,333 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.

Равные пути

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·19/6 = 6,333 s

Ответ

t = 6,333 s

В этот момент полицейский автомобиль движется со скоростью 2v = 38 m/s.

2.Кинематика

Ответ: d = 10,59 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·(1,5 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 514,5 = 0

Время падения

Физический смысл имеет только положительный корень.

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·514,5))/(2·4,905) = 1,469 s

Глубина

d = ½·9,81·1,469² = 10,59 m

Ответ

d = 10,59 m
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 6,306 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 40° − 0·cos 40°) = 9,81·(0,6428 − 0) = 6,306 m/s²

Ответ

a = 6,306 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: a = 1,249 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) = (14,71 − 7,848)/5,5 = 1,249 m/s²

Ответ

a = 1,249 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: v0 = 37,53 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) = √(9,81·110/sin 130°) = 37,53 m/s

Ответ

v0 = 37,53 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 85,04 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 = 16,5 m/s, vy = 28,58 m/s

Время до падения на крышу

Больший корень: мяч опускается.

17 = 28,58·t − 4,905·t²
t = (28,58 + √(28,58² − 2·9,81·17))/9,81 = 5,154 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 16,5·5,154 = 85,04 m

Ответ

x = 85,04 m
7.Работа и энергия

Ответ: Wf = 12,44 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 = 4,905·0,9397 = 4,609 N
F = μN = 0,15·4,609 = 0,6914 N

Работа против трения

Wf = F·d = 0,6914·18 = 12,44 J

Ответ

Wf = 12,44 J
8.Работа и энергия

Ответ: x = 47,43 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 = 39,24·(4,5 − 0,2·1) = 168,7 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 168,7 → x = √(2·168,7/1500) = 0,4743 m = 47,43 cm

Ответ

x = 47,43 cm
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 6,462 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 = (3,5 − 3)/(3,5 + 3)·6 = 0,4615 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 3)·6 = 6,462 m/s

Ответ

v′2 = 6,462 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: v′ = 15,32 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 = 1900·22 = 41800 kg·m/s
py = 1600·21 = 33600 kg·m/s

Скорость обломков

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 53630/3500 = 15,32 m/s

Ответ

v′ = 15,32 m/s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 117,7 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 = 2·3 = 6 m²
затворd = 1 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·6 = 117,7 kN

Ответ

F = 117,7 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: ycp = 2,375 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 = 0,5 + 3/2 = 2 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
затворd = 0,5 mH = 3 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·6 = 117,7 kN

Центр давления

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

Ic = b·H³/12 = 2·3³/12 = 4,5 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2 + 4,5/(2·6) = 2,375 m

Ответ

ycp = 2,375 m
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: v = 7,071 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 = √(2·25000/1000) = 7,071 m/s

Ответ

v = 7,071 m/s
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 269,8 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 = 0,5·(150/75)² = 2 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(0,5² − 2²)/1000 = −1,875 kPa
ρgΔz = 1000·9,81·9/1000 = 88,29 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) − ρgΔz = 360 + (−1,875) − 88,29 = 269,8 kPa

Ответ

p2 = 269,8 kPa
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 764,6 kPa

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

Моли

n = m/M = 370/44,01 = 8,407 mol
T = 55 + 273,15 = 328,1 K

Давление

P = nRT/V = 8,407·8,314·328,1/0,03 = 764,6 kPa

Ответ

P = 764,6 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 0,2806 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 70 + 273,15 = 343,1 K

Плотность

ρ = 200·4,003/(8,314·343,1) = 0,2806 kg/m³

Ответ

ρ = 0,2806 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 54,97 %

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 = 400 + 273,15 = 673,1 K
TL = 30 + 273,15 = 303,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 303,1/673,1 = 54,97 %

Ответ

ηmax = 54,97 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Tm = 353,2 °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 = 1000 + 273,15 = 1273 K
TL = 35 + 273,15 = 308,1 K

Равные КПД

1 − Tm/TH = 1 − TL/Tm даёт Tm² = TH·TL.

Tm = √(1273·308,1) = 626,4 K = 353,2 °C

Ответ

Tm = 353,2 °C
19.Волны, звук и оптика

Ответ: hi = −0,09091 cm

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 = 1/5 − 1/60
di = 5,455 cm
FF60 cmf = 5 cm

Увеличение и высота

m = −5,455/60 = −0,09091
hi = −0,09091·1 = −0,09091 cm

Ответ

hi = −0,09091 cm
20.Волны, звук и оптика

Ответ: θa = 34,08 °

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 = 1,52/1,62 = 0,9383 → θc = 69,76°

Числовая апертура

NA = √(1,62² − 1,52²) = 0,5604

Угол приёма

θa = arcsin(0,5604) = 34,08°

Ответ

θa = 34,08°

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