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)0,7 s33,33

Водитель, едущий со скоростью 120 km/h, видит препятствие. Время её реакции 0,7 s, после чего автомобиль тормозит с постоянным замедлением 5 m/s². Найдите полный остановочный путь d с момента, когда она увидела препятствие.

v₀ = 120 km/htr = 0,7 sa = −5 m/s²
d = m
2.КинематикаСложная
v₀ = 19 m/s15 m

Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 19 m/s с края крыши на высоте 15 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax над землёй.

v₀ = 19 m/sh₀ = 15 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
ящикv₀ = 9,5 m/sμ = ?

Ящик скользит по горизонтальному полу с начальной скоростью 9,5 m/s и останавливается через 15 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите коэффициент трения скольжения μ.

v₀ = 9,5 m/sd = 15 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 6 kg4,5 kgμ = 0,2

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

m1 = 6 kgm2 = 4,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = ?55°R = 90 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 55° к горизонту, и он падает на расстоянии 90 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.

θ = 55°R = 90 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 20 mv0​ = 32 m/s60°H = ?

Мяч бросают со скоростью 32 m/s под углом 60° к горизонту с вершины обрыва высотой 20 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту H над землёй у подножия обрыва.

v₀ = 32 m/sθ = 60°h = 20 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Работа и энергияСредняя
40 km/h

Автомобиль, движущийся со скоростью 40 km/h по горизонтальной дороге, резко тормозит и с заблокированными колёсами скользит до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,5. Найдите тормозной путь d.

v = 40 km/hμ = 0,5g = 9,81 m/s²
d = m
8.Работа и энергияСложная
h = 8,4 mR = 3 mv = ?

Тележку массой 5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 8,4 m на гладкой трассе, переходящей в вертикальную «мёртвую петлю» радиусом 3 m. Найдите скорость v тележки в верхней точке петли.

m = 5 kgh = 8,4 mR = 3 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
9.Импульс и столкновенияСредняя
3,5 kg2 m/s1,5 kg

Тележка массой 3,5 kg, движущаяся со скоростью 2 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 = 3,5 kgm2 = 1,5 kgv1 = 2 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.Импульс и столкновенияСложная
3 kgv = ?10 g25°L = 0,5 m

Пуля массой 10 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 3 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 0,5 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 25° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.

m = 10 gM = 3 kgL = 0,5 mθ = 25°g = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 4 mH = 2,5 m

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

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 2 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 = 2,5 mb = 2 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
13.Неразрывность и БернуллиСредняя
Q = ?d = 20 mm, Cd​ = 0,61h = 1,5 m

Вода вытекает из большого открытого резервуара через отверстие с острой кромкой диаметром 20 mm. Уровень воды поддерживается на 1,5 m выше отверстия, коэффициент расхода равен 0,61. Найдите расход Q. Примите g = 9,81 m/s².

d = 20 mmh = 1,5 mCd = 0,61g = 9,81 m/s²
Q = L/s
14.Неразрывность и БернуллиСложная
C212,5 m3,5 md = 40 mmQ = ?

Шланг с внутренним диаметром 40 mm работает как сифон, отбирая воду из открытого резервуара. Наивысшая точка C шланга находится на 2,5 m выше поверхности воды, а выход (открытый в атмосферу) — на 3,5 m ниже поверхности воды. Пренебрегите потерями и примите g = 9,81 m/s². Найдите расход Q.

d = 40 mmzC = +2,5 mz2 = −3,5 mg = 9,81 m/s²
Q = L/s
15.Уравнение состояния идеального газаСредняя
10 g (Ar)V = 20 LT = 85 °CP = ?

Резервуар объёмом 20 L содержит 10 g газа (Ar) при 85 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 10 gM = 39,95 g/molV = 20 LT = 85 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
16.Уравнение состояния идеального газаСложная
Состояние 1Состояние 2

Постоянное количество газа (N₂) переходит от 350 kPa, 2 L, 20 °C к 700 kPa и 140 °C. Найдите новый объём V2.

P1 = 350 kPaV1 = 2 LT1 = 20 °CP2 = 700 kPaT2 = 140 °C
V2 = L
17.Тепловые машины и холодильникиСредняя
TH​ = 550 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​W

Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 550 °C и холодным при 40 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.

TH = 550 °CTL = 40 °C
ηmax = %
18.Тепловые машины и холодильникиСложная
TH​ = 900 °CTL​ = 30 °CEQH​ = 2400 kJQL​ = 984 kJW = 1416 kJ

Тепловая машина за цикл получает 2400 kJ теплоты от резервуара при 900 °C, совершает 1416 kJ работы, а остаток отдаёт резервуару при 30 °C. Найдите суммарную генерацию энтропии Sgen за цикл.

TH = 900 °CTL = 30 °CQH = 2400 kJW = 1416 kJ
Sgen = kJ/K
19.Волны, звук и оптикаСредняя
S30 m/sO5 m/sf = 600 Hz

Источник частотой 600 Hz, движущийся со скоростью 30 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 = 600 Hzv = 343 m/svs = 30 m/svo = 5 m/s
f′ = Hz
20.Волны, звук и оптикаСложная
λ = ?d = 0,2 mmL = 2 m26,6 mm

Две щели на расстоянии 0,2 mm друг от друга освещаются монохроматическим светом. На экране на расстоянии 2 m светлая полоса номер 5 находится в 26,6 mm от центральной полосы. Найдите длину волны λ.

d = 0,2 mmL = 2 my5 = 26,6 mmm = 5
λ = nm

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: d = 134,4 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.

Единицы

v₀ = 120/3,6 = 33,33 m/s

Путь за время реакции

d1 = v₀·tr = 33,33·0,7 = 23,33 m

Тормозной путь

d2 = v₀²/(2a) = 33,33²/(2·5) = 111,1 m

Итого

d = 23,33 + 111,1 = 134,4 m

Ответ

d = 134,4 m
2.Кинематика

Ответ: hmax = 33,4 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 = 15 + 18,4 = 33,4 m

Ответ

hmax = 33,4 m
3.Законы Ньютона

Ответ: μ = 0,3067

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) = 9,5²/(2·15) = 3,008 m/s²

Коэффициент трения

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 3,008/9,81 = 0,3067

Ответ

μ = 0,3067
4.Законы Ньютона

Ответ: a = 3,083 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) = (44,15 − 11,77)/10,5 = 3,083 m/s²

Ответ

a = 3,083 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: v0 = 30,65 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) = √(9,81·90/sin 110°) = 30,65 m/s

Ответ

v0 = 30,65 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 59,14 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 = 32·sin 60° = 27,71 m/s

Подъём над обрывом

Δh = vy²/(2g) = 27,71²/(2·9,81) = 39,14 m

Высота над землёй

H = 20 + 39,14 = 59,14 m

Ответ

H = 59,14 m
7.Работа и энергия

Ответ: d = 12,58 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 = 40/3,6 = 11,11 m/s

Энергетический баланс

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 11,11²/(2·0,5·9,81) = 12,58 m

Ответ

d = 12,58 m

При удвоении скорости тормозной путь увеличивается в четыре раза.

8.Работа и энергия

Ответ: v = 6,862 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). При движении по окружности равнодействующая, направленная к центру, должна быть равна mv²/r.

Скорость в верхней точке

v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(8,4 − 6) = 47,09 m²/s²
v = 6,862 m/s

Ответ

v = 6,862 m/s

Тележка едва проходит петлю при h = 2,5R; тогда в верхней точке N = 0.

9.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 2,8 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 − 1,5)/(3,5 + 1,5)·2 = 0,8 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 1,5)·2 = 2,8 m/s

Ответ

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

Ответ: v = 288,6 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) = 0,5·(1 − cos 25°) = 0,04685 m

Скорость после удара

V = √(2·9,81·0,04685) = 0,9587 m/s

Столкновение

v = (m + M)·V/m = 3,01·0,9587/0,01 = 288,6 m/s

Ответ

v = 288,6 m/s
11.Гидростатическое давление

Ответ: F = 193,1 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 = 4 + 2,5/2 = 5,25 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
затворd = 4 mH = 2,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,25·3,75 = 193,1 kN

Ответ

F = 193,1 kN
12.Гидростатическое давление

Ответ: F = 161,9 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 + 2,5/2 = 3,75 m
A = H·b = 2,5·2 = 5 m²
затворd = 2,5 mH = 2,5 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·3,75·5 = 161,9 kN

Ответ

F = 161,9 kN
13.Неразрывность и Бернулли

Ответ: Q = 1,04 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.

Идеальная скорость струи

√(2gh) = √(2·9,81·1,5) = 5,425 m/s

Действительный расход

Коэффициент расхода учитывает сжатие струи и трение у кромки.

Q = Cd·A·√(2gh) = 0,61·0,0003142·5,425 = 0,00104 m³/s = 1,04 L/s

Ответ

Q = 1,04 L/s
14.Неразрывность и Бернулли

Ответ: Q = 10,41 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·3,5) = √(2·9,81·3,5) = 8,287 m/s

Расход

Q = A·v = 0,001257·8,287 = 0,01041 m³/s = 10,41 L/s

Ответ

Q = 10,41 L/s
15.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 37,27 kPa

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

Моли

n = m/M = 10/39,95 = 0,2503 mol
T = 85 + 273,15 = 358,1 K

Давление

P = nRT/V = 0,2503·8,314·358,1/0,02 = 37,27 kPa

Ответ

P = 37,27 kPa
16.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V2 = 1,409 L

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

Абсолютные температуры

T1 = 293,1 K, T2 = 413,1 K

Объединённый газовый закон

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(350/700)·(413,1/293,1) = 1,409 L

Ответ

V2 = 1,409 L
17.Тепловые машины и холодильники

Ответ: ηmax = 61,96 %

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 = 550 + 273,15 = 823,1 K
TL = 40 + 273,15 = 313,1 K

КПД Карно

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 313,1/823,1 = 61,96 %

Ответ

ηmax = 61,96 %
18.Тепловые машины и холодильники

Ответ: Sgen = 1,2 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 = 2400 − 1416 = 984 kJ

Абсолютные температуры

TH = 900 + 273,15 = 1173 K
TL = 30 + 273,15 = 303,1 K

Изменения энтропии резервуаров

ΔSH = −2400/1173 = −2,046 kJ/K
ΔSL = 984/303,1 = 3,246 kJ/K
Sgen = 3,246 − 2,046 = 1,2 kJ/K

Ответ

Sgen = 1,2 kJ/K

Sgen > 0, поэтому машина возможна, но необратима.

19.Волны, звук и оптика

Ответ: f′ = 543,7 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) = 600·(343 − 5)/(343 + 30)
f′ = 543,7 Hz

Ответ

f′ = 543,7 Hz
20.Волны, звук и оптика

Ответ: λ = 532 nm

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, …

Длина волны

λ = y·d/(mL) = 0,0266·0,0002/(5·2) = 5,32 × 10⁻⁷ m = 532 nm

Ответ

λ = 532 nm

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