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
a = ?s = 2300 m

Для взлёта самолёту нужна скорость 260 km/h, а длина полосы 2300 m. С каким постоянным ускорением a он должен разгоняться с места?

v₀ = 0v = 260 km/hs = 2300 m
a = m/s²
2.КинематикаСложная
AB: 18 m/s35 m

Мяч A без начальной скорости падает с высоты 35 m. В тот же момент мяч B бросают вертикально вверх с земли прямо под ним со скоростью 18 m/s. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Когда мячи встретятся? Найдите t.

H = 35 mv0B = 18 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 20°a = ?m = 17 kg

Брусок массой 17 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 = 17 kgθ = 20°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
9 kg2 kgTF = 105 Nμ = 0,15

Два бруска на горизонтальном полу связаны лёгкой горизонтальной нитью. Горизонтальная сила 105 N тянет передний брусок массой 2 kg; брусок массой 9 kg тащится сзади. Коэффициент трения скольжения для обоих брусков равен 0,15. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a брусков.

m1 = 9 kgm2 = 2 kgF = 105 Nμ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 22 m/s40°дальностьH = ?

Мяч бросают под углом 40° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.

v0 = 22 m/sθ = 40°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 5 mv0​ = 12 m/s25°дальность

Мяч бросают под углом 25° к горизонту с вершины скалы высотой 5 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.

v0 = 12 m/sθ = 25°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Работа и энергияСредняя
70 km/h

Автомобиль, движущийся со скоростью 70 km/h по горизонтальной дороге, резко тормозит и с заблокированными колёсами скользит до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,7. Найдите тормозной путь d.

v = 70 km/hμ = 0,7g = 9,81 m/s²
d = m
8.Работа и энергияСложная
h = 2,5 mL = 2 mμ = 0,1k = 1000 N/m

Брусок массой 10 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2,5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 2 m (μ = 0,1), а затем наезжает на пружину (k = 1000 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 10 kgh = 2,5 mL = 2 mμ = 0,1k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
9.Импульс и столкновенияСредняя
1,5 kg7 m/s3 kg

Тележка массой 1,5 kg, движущаяся со скоростью 7 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 3 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′1 первой тележки после столкновения (положительную в направлении её первоначального движения).

m1 = 1,5 kgm2 = 3 kgv1 = 7 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
4,5 kgv = ?12 g15°L = 1,4 m

Пуля массой 12 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 4,5 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 1,4 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 15° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.

m = 12 gM = 4,5 kgL = 1,4 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 1 mH = 1,5 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 = 1,5 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
12.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 0,5 mH = 2 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1,5 m находится в стенке резервуара с жидкостью (масло), его верхний край на 0,5 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 0,5 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
12d1​ = 75 mm, p1​ = 340 kPad2​ = 50 mm, p2​ = ?

Вода течёт по горизонтальной трубе, которая сужается с 75 mm до 50 mm. В широкой части давление 340 kPa, а скорость 1,75 m/s. Пренебрегая потерями, найдите давление p2 в узкой части.

d1 = 75 mmd2 = 50 mmp1 = 340 kPav1 = 1,75 m/sρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
14.Неразрывность и БернуллиСложная
H = ?d1​ = 75 mmp1​ = 90 kPad2​ = 30 mm

Сопло фонтана направлено вертикально вверх. Непосредственно под соплом подводящая труба имеет диаметр 75 mm и избыточное давление 90 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 = 75 mmp1 = 90 kPa (избыточное)d2 = 30 mmρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
H = m
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
260 g (CO₂)V = 10 LT = 45 °CP = ?

Резервуар объёмом 10 L содержит 260 g газа (CO₂) при 45 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 260 gM = 44,01 g/molV = 10 LT = 45 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Состояние 1Состояние 2

Постоянное количество газа (Ar) переходит от 200 kPa, 2 L, 35 °C к 550 kPa и 180 °C. Найдите новый объём V2.

P1 = 200 kPaV1 = 2 LT1 = 35 °CP2 = 550 kPaT2 = 180 °C
V2 = L
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 325 °CTL​ = 10 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 325 °C и холодным при 10 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 325 °CTL = 10 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 550 °CTL​ = 15 °CEQH​ = 2000 kJQL​ = 1360 kJW = 640 kJ

Тепловая машина за цикл получает 2000 kJ теплоты от резервуара при 550 °C, совершает 640 kJ работы, а остаток отдаёт резервуару при 15 °C. Найдите суммарную генерацию энтропии Sgen за цикл.

TH = 550 °CTL = 15 °CQH = 2000 kJW = 640 kJ
Sgen = kJ/K
19.Волны, звук и оптикаСредняя
S20 m/sOf = 1200 Hz

Источник частотой 1200 Hz движется со скоростью 20 m/s от неподвижного наблюдателя. Скорость звука равна 343 m/s. Найдите частоту f′, которую слышит наблюдатель.

f = 1200 Hzv = 343 m/svs = 20 m/s
f′ = Hz
20.Волны, звук и оптикаСложная
SO20 m/sf = 35 kHz

Неподвижный парковочный датчик посылает ультразвук 35 kHz на автомобиль, приближающийся со скоростью 20 m/s. Найдите частоту f″ эха, принятого обратно датчиком (скорость звука 343 m/s).

f = 35 kHzu = 20 m/sv = 343 m/s
f″ = Hz

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: a = 1,134 m/s²

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

v = 260/3,6 = 72,22 m/s

Ускорение

a = v²/(2s) = 72,22²/(2·2300) = 1,134 m/s²

Ответ

a = 1,134 m/s²
2.Кинематика

Ответ: t = 1,944 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.

35 − ½g·t² = 18·t − ½g·t² → t = 35/18 = 1,944 s

Ответ

t = 1,944 s
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: a = 8,074 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.

Вся система

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (105 − 16,19)/11 = 8,074 m/s²

Ответ

a = 8,074 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 10,19 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 = 22·cos 40° = 16,85 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 40° = 14,14 m/s

Высшая точка

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

H = vy²/(2g) = 14,14²/(2·9,81) = 10,19 m

Ответ

H = 10,19 m
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: t = 1,651 s

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 = 12·cos 25° = 10,88 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 25° = 5,071 m/s

Время полёта

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

0 = 5 + 5,071·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (5,071 + √(25,72 + 98,1))/9,81 = 1,651 s

Ответ

t = 1,651 s
7.Работа и энергия

Ответ: d = 27,53 m

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).

Скорость в основных единицах

v = 70/3,6 = 19,44 m/s

Энергетический баланс

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 19,44²/(2·0,7·9,81) = 27,53 m

Ответ

d = 27,53 m

При удвоении скорости тормозной путь увеличивается в четыре раза.

8.Работа и энергия

Ответ: x = 67,18 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 = 98,1·(2,5 − 0,1·2) = 225,6 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 225,6 → x = √(2·225,6/1000) = 0,6718 m = 67,18 cm

Ответ

x = 67,18 cm
9.Импульс и столкновения

Ответ: v′1 = −2,333 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 = (1,5 − 3)/(1,5 + 3)·7 = −2,333 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 3)·7 = 4,667 m/s

Ответ

v′1 = −2,333 m/s

Знак минус означает, что первая тележка отскакивает назад.

10.Импульс и столкновения

Ответ: v = 363,8 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.

Подъём бруска

h = L·(1 − cos θ) = 1,4·(1 − cos 15°) = 0,0477 m

Скорость после удара

V = √(2·9,81·0,0477) = 0,9674 m/s

Столкновение

v = (m + M)·V/m = 4,512·0,9674/0,012 = 363,8 m/s

Ответ

v = 363,8 m/s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 77,25 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 + 1,5/2 = 1,75 m
A = H·b = 1,5·3 = 4,5 m²
затворd = 1 mH = 1,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·4,5 = 77,25 kN

Ответ

F = 77,25 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 38,85 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 = 0,5 + 2/2 = 1,5 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
затворd = 0,5 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·1,5·3 = 38,85 kN

Ответ

F = 38,85 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: p2 = 333,8 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 = 1,75·(75/50)² = 3,938 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(1,75² − 3,938²)/1000 = −6,221 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) = 340 + (−6,221) = 333,8 kPa

Ответ

p2 = 333,8 kPa
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: H = 9,415 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 = 30/75 = 0,4
v2 = √(2p1/(ρ(1 − β⁴))) = √(2·90000/(1000·0,9744)) = 13,59 m/s

Высота струи

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

H = v2²/(2g) = 13,59²/(2·9,81) = 9,415 m

Ответ

H = 9,415 m
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 1563 kPa

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

Моли

n = m/M = 260/44,01 = 5,908 mol
T = 45 + 273,15 = 318,1 K

Давление

P = nRT/V = 5,908·8,314·318,1/0,01 = 1563 kPa

Ответ

P = 1563 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V2 = 1,069 L

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

Абсолютные температуры

T1 = 308,1 K, T2 = 453,1 K

Объединённый газовый закон

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(200/550)·(453,1/308,1) = 1,069 L

Ответ

V2 = 1,069 L
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 52,66 %

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 = 325 + 273,15 = 598,1 K
TL = 10 + 273,15 = 283,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 283,1/598,1 = 52,66 %

Ответ

ηmax = 52,66 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Sgen = 2,29 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 = 2000 − 640 = 1360 kJ

Абсолютные температуры

TH = 550 + 273,15 = 823,1 K
TL = 15 + 273,15 = 288,1 K

Изменения энтропии резервуаров

ΔSH = −2000/823,1 = −2,43 kJ/K
ΔSL = 1360/288,1 = 4,72 kJ/K
Sgen = 4,72 − 2,43 = 2,29 kJ/K

Ответ

Sgen = 2,29 kJ/K

Sgen > 0, поэтому машина возможна, но необратима.

19.Волны, звук и оптика

Ответ: f′ = 1134 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) = 1200·(343 − 0)/(343 + 20)
f′ = 1134 Hz

Ответ

f′ = 1134 Hz
20.Волны, звук и оптика

Ответ: f″ = 39334 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′ = 35000·(343 + 20)/343 = 37041 Hz

Частота эха

f″ = f′·343/(343 − 20) = 39334 Hz

Ответ

f″ = 39334 Hz

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