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 = 5 m/s²автомобиль16 m/s

Автомобиль, превышающий скорость, движется с постоянной скоростью 16 m/s и проезжает мимо стоящего полицейского автомобиля. В этот момент полицейский автомобиль трогается и равноускоренно разгоняется с ускорением 5 m/s². На каком расстоянии от места старта полицейский автомобиль догонит нарушителя? Найдите d.

vcar = 16 m/sapolice = 5 m/s²v0,police = 0
d = m
2.КинематикаСложная
t (s)v (m/s)7 s

Трамвай трогается с места и разгоняется с ускорением 1 m/s² в течение 7 s, затем движется с постоянной скоростью 26 s и, наконец, тормозит с замедлением 2 m/s² до остановки. Найдите полный путь s между двумя остановками.

a1 = 1 m/s²t1 = 7 st2 = 26 sa3 = −2 m/s²
s = m
3.Законы НьютонаСредняя
40 kg20°F = 120 Nμ = 0,2

Санки массой 40 kg тянут по горизонтальному снегу верёвкой под углом 20° к горизонту с силой 120 N. Коэффициент трения скольжения равен 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a санок.

m = 40 kgF = 120 Nθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
5 kg2 kgTF = 120 Nμ = 0,2

Два бруска на горизонтальном полу связаны лёгкой горизонтальной нитью. Горизонтальная сила 120 N тянет передний брусок массой 2 kg; брусок массой 5 kg тащится сзади. Коэффициент трения скольжения для обоих брусков равен 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T соединительной нити.

m1 = 5 kgm2 = 2 kgF = 120 Nμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 40 m/sθ = ?R = 140 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности со скоростью 40 m/s, и он должен упасть на расстоянии 140 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите меньший из двух возможных углов броска θ.

v₀ = 40 m/sR = 140 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 35 mv0​ = 19 m/s55°H = ?

Мяч бросают со скоростью 19 m/s под углом 55° к горизонту с вершины обрыва высотой 35 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту H над землёй у подножия обрыва.

v₀ = 19 m/sθ = 55°h = 35 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Работа и энергияСредняя
25°d = 12 mμ = 0,1

Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 25° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,1. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 12 m вдоль плоскости.

θ = 25°μ = 0,1d = 12 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Работа и энергияСложная
F = 70 N20°μ = 0,18 kg

Брусок массой 8 kg начинает движение из состояния покоя у основания наклонной плоскости 20° и тянется вверх по ней постоянной силой 70 N, параллельной плоскости. Коэффициент трения скольжения равен 0,1. Найдите скорость v бруска после того, как он переместится на 2 m вверх по плоскости.

m = 8 kgF = 70 Nθ = 20°μ = 0,1d = 2 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
5 kg10 m/s1,5 kg

Тележка массой 5 kg, движущаяся со скоростью 10 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 1,5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.

m1 = 5 kgm2 = 1,5 kgv1 = 10 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
21 m/s20 m/s

Мяч массой 0,2 kg ударяется о стену со скоростью 21 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 20 m/s. Контакт длится 25 ms. Найдите модуль импульса силы J, который стена сообщает мячу.

m = 0,2 kgvin = 21 m/svout = 20 m/sΔt = 25 ms
J = N·s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 4 mH = 2,5 m

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

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 3 m находится в стенке резервуара с жидкостью (масло), его верхний край на 2,5 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 2,5 mH = 1,5 mb = 3 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 75 mm, p1​ = 380 kPad2​ = 25 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 75 mm до 25 mm. В широкой части давление 380 kPa, а скорость 1,5 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 75 mmd2 = 25 mmp1 = 380 kPav1 = 1,5 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
C211,5 m2,5 md = 25 mmQ = ?

Шланг с внутренним диаметром 25 mm работает как сифон, отбирая воду из открытого резервуара. Наивысшая точка C шланга находится на 1,5 m выше поверхности воды, а выход (открытый в атмосферу) — на 2,5 m ниже поверхности воды. Пренебрегите потерями и примите g = 9,81 m/s². Найдите расход Q.

d = 25 mmzC = +1,5 mz2 = −2,5 mg = 9,81 m/s²
Q = L/s
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
280 g (Ar)P = 750 kPaT = 30 °CV = ?

Какой объём V занимает 280 g газа (Ar) при 750 kPa и 30 °C? Считайте газ идеальным.

m = 280 gM = 39,95 g/molP = 750 kPaT = 30 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
N₂, M = 28,01 g/molP = 150 kPaT = 150 °Cρ = ?

Найдите плотность ρ газа (N₂) при 150 kPa и 150 °C, считая его идеальным.

M = 28,01 g/molP = 150 kPaT = 150 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 725 °CTL​ = ?EQH​ = 3900 kJQL​ = 1302 kJW

Обратимая тепловая машина (машина Карно) за цикл получает 3900 kJ теплоты от резервуара при 725 °C и отдаёт 1302 kJ. Найдите температуру TL холодного резервуара в °C.

TH = 725 °CQH = 3900 kJQL = 1302 kJ
TL = °C
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 400 °CTL​ = 15 °CEQH​ = 4700 kJQL​ = 2538 kJW = 2162 kJ

Тепловая машина за цикл получает 4700 kJ теплоты от резервуара при 400 °C, совершает 2162 kJ работы, а остаток отдаёт резервуару при 15 °C. Найдите суммарную генерацию энтропии Sgen за цикл.

TH = 400 °CTL = 15 °CQH = 4700 kJW = 2162 kJ
Sgen = kJ/K
19.Волны, звук и оптикаСредняя
FF2 cmdo​ = 6 cmf = −12 cm

Предмет высотой 2 cm находится в 6 cm перед тонкой рассеивающей линзой с фокусным расстоянием 12 cm. Найдите высоту изображения hi (отрицательную для перевёрнутого изображения).

ho = 2 cmdo = 6 cmf = −12 cm
hi = cm
20.Волны, звук и оптикаСложная
λ = 532 nmθ2​ = ?

Свет с длиной волны 532 nm падает под прямым углом на решётку с 200 штрихами на миллиметр. Найдите угол θ2 максимума порядка 2.

N = 200 mm⁻¹λ = 532 nmm = 2
θ2 = °

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: d = 102,4 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.

Равные пути

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·16/5 = 6,4 s

Путь

d = v·t = 16·6,4 = 102,4 m

Ответ

d = 102,4 m

В этот момент полицейский автомобиль движется со скоростью 2v = 32 m/s.

2.Кинематика

Ответ: s = 218,8 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.

Наибольшая скорость

v = a1·t1 = 1·7 = 7 m/s

Путь на каждом этапе

s1 = ½·1·7² = 24,5 m
s2 = 7·26 = 182 m
s3 = 7²/(2·2) = 12,25 m

Полный путь

s = 24,5 + 182 + 12,25 = 218,8 m

Ответ

s = 218,8 m
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 1,062 m/s²

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.

Сила нормальной реакции

N = m·g − F·sin θ = 392,4 − 120·sin 20° = 351,4 N

Горизонтальные силы

m·a = F·cos θ − μ·N = 112,8 − 70,27
a = 42,49/40 = 1,062 m/s²

Ответ

a = 1,062 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: T = 85,71 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.

Вся система

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (120 − 13,73)/7 = 15,18 m/s²

Только задний брусок

T = m1·(a + μ·g) = 5·(15,18 + 1,962) = 85,71 N

Ответ

T = 85,71 N

При одинаковом μ для обоих брусков трение выпадает: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: θ = 29,57 °

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 = 9,81·140/40² = 0,8584

Угол

2θ = 59,13° → θ = 29,57°

Ответ

θ = 29,57°

Второе решение: 90° − θ = 60,43°.

6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 47,35 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.

Вертикальная начальная скорость

vy = 19·sin 55° = 15,56 m/s

Подъём над обрывом

Δh = vy²/(2g) = 15,56²/(2·9,81) = 12,35 m

Высота над землёй

H = 35 + 12,35 = 47,35 m

Ответ

H = 47,35 m
7.Работа и энергия

Ответ: v = 8,841 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 = √(2·9,81·12·(0,4226 − 0,1·0,9063)) = 8,841 m/s

Ответ

v = 8,841 m/s
8.Работа и энергия

Ответ: v = 4,23 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 = 8·9,81 = 78,48 N
mg·sin θ = 26,84 N
μ·mg·cos θ = 7,375 N

Работа и энергия

½mv² = (70 − 34,22)·2 = 71,57 J
v = √(2·71,57/8) = 4,23 m/s

Ответ

v = 4,23 m/s
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 15,38 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 = (5 − 1,5)/(5 + 1,5)·10 = 5,385 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 1,5)·10 = 15,38 m/s

Ответ

v′2 = 15,38 m/s
10.Импульс и столкновения

Ответ: J = 8,2 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 = 0,2·(20 + 21) = 8,2 N·s

Ответ

J = 8,2 N·s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 128,8 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 + 2,5/2 = 5,25 m
A = H·b = 2,5·1 = 2,5 m²
затворd = 4 mH = 2,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,25·2,5 = 128,8 kN

Ответ

F = 128,8 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 126,3 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 = 2,5 + 1,5/2 = 3,25 m
A = H·b = 1,5·3 = 4,5 m²
затворd = 2,5 mH = 1,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·3,25·4,5 = 126,3 kN

Ответ

F = 126,3 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 290 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·(75/25)² = 13,5 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(1,5² − 13,5²)/1000 = −90 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) = 380 + (−90) = 290 kPa

Ответ

p2 = 290 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: Q = 3,438 L/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.

Скорость в шланге

Поверхность и выход открыты в атмосферу, поэтому члены с давлением сокращаются.

v = √(2g·2,5) = √(2·9,81·2,5) = 7,004 m/s

Расход

Q = A·v = 0,0004909·7,004 = 0,003438 m³/s = 3,438 L/s

Ответ

Q = 3,438 L/s
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 23,55 L

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

Моли

n = 280/39,95 = 7,009 mol
T = 30 + 273,15 = 303,1 K

Объём

V = nRT/P = 7,009·8,314·303,1/750 = 23,55 L

Ответ

V = 23,55 L
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 1,194 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 150 + 273,15 = 423,1 K

Плотность

ρ = 150·28,01/(8,314·423,1) = 1,194 kg/m³

Ответ

ρ = 1,194 kg/m³
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: TL = 60,08 °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.

Абсолютная температура источника

TH = 725 + 273,15 = 998,1 K

Отношение теплот для обратимого цикла

TL = TH·QL/QH = 998,1·1302/3900 = 333,2 K = 60,08 °C

Ответ

TL = 60,08 °C
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Sgen = 1,826 kJ/K

Генерация энтропии: за полный цикл энтропия рабочего тела в итоге не меняется. Горячий резервуар теряет QH/TH, а холодный получает QL/TL. Их сумма — это генерируемая энтропия, равная нулю для обратимого цикла и положительная для любого реального.

Отводимая теплота

QL = QH − W = 4700 − 2162 = 2538 kJ

Абсолютные температуры

TH = 400 + 273,15 = 673,1 K
TL = 15 + 273,15 = 288,1 K

Изменения энтропии резервуаров

ΔSH = −4700/673,1 = −6,982 kJ/K
ΔSL = 2538/288,1 = 8,808 kJ/K
Sgen = 8,808 − 6,982 = 1,826 kJ/K

Ответ

Sgen = 1,826 kJ/K

Sgen > 0, поэтому машина возможна, но необратима.

19.Волны, звук и оптика

Ответ: hi = 1,333 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/(−12) − 1/6
di = −4 cm
FF6 cmf = −12 cm

Увеличение и высота

m = −(−4)/6 = 0,6667
hi = 0,6667·2 = 1,333 cm

Ответ

hi = 1,333 cm
20.Волны, звук и оптика

Ответ: θ2 = 12,29 °

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 = 2·532 × 10⁻⁹/(5 × 10⁻⁶) = 0,2128
θ = 12,29°

Ответ

θ2 = 12,29°

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