Vật lý cho kỹ sư: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 20 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mới Quay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Động học

Vận tốc: v = v₀ + a·t
Độ dời: s = v₀·t + ½·a·t²
Không có thời gian: v² = v₀² + 2·a·s
Đơn vị: 1 m/s = 3,6 km/h

Phương pháp

Liệt kê những gì bạn biết: v₀, v, a, t và s, kèm đơn vị.
Chọn phương trình chứa ba đại lượng đã biết và ẩn số.
Chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các đại lượng ngược chiều.
Giải và kiểm tra xem đáp án có hợp lý về mặt vật lý không.

Các định luật Newton

Định luật hai: ΣF = m·a
Trọng lượng: W = m·g
Ma sát trượt: F_f = μ·N
Trên mặt dốc: dọc theo: m·g·sin θ, pháp tuyến: m·g·cos θ

Phương pháp

Vẽ sơ đồ vật thể tự do với mọi lực tác dụng lên vật.
Chọn một chiều dương dọc theo chuyển động.
Phân tích các lực thành thành phần dọc và vuông góc với chuyển động (trên mặt dốc: m·g·sin θ dọc theo, m·g·cos θ vuông góc vào mặt dốc).
Áp dụng ΣF = m·a dọc theo chuyển động; ma sát là μ·N ngược chiều chuyển động.

Chuyển động ném

Các thành phần: v_x = v₀cos θ, v_y = v₀sin θ
Vị trí: x = v_xt, y = h + v_yt − ½gt²
Độ cao cực đại: H = h + v_y²/(2g)
Tầm xa (mặt đất bằng phẳng): R = v₀²·sin 2θ/g

Phương pháp

Phân tích vận tốc ban đầu thành các thành phần: v_x = v₀·cos θ và v_y = v₀·sin θ.
Chuyển động ngang có tốc độ không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc −g.
Tìm thời gian bay từ chuyển động thẳng đứng.
Dùng thời gian đó trong chuyển động ngang để tìm tầm xa.

Công và năng lượng

Động năng: E_k = ½mv²
Thế năng: E_p = mgh
Cân bằng năng lượng: E_k1 + E_p1 + W = E_k2 + E_p2 + losses
Công của lực ma sát: W = μ·N·d
Công suất: P = W/t

Động lượng và va chạm

Động lượng: p = m·v
Bảo toàn: Σm·v (before) = Σm·v (after)
Va chạm hoàn toàn không đàn hồi: v′ = (m₁v₁ + m₂v₂)/(m₁ + m₂)
Xung lượng: J = F·Δt = m·Δv

Phương pháp

Chọn một chiều dương và gán dấu cho từng vận tốc.
Viết tổng động lượng trước va chạm: Σm·v.
Với va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật chuyển động cùng nhau sau đó; với va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn.
Cho động lượng trước bằng động lượng sau và giải.

Lực thủy tĩnh

Áp suất tại độ sâu: p = ρgh
Lực lên tường thẳng đứng: F = ρg·h_c·A
Tâm áp lực: y_p = y_c + I_c/(y_cA)
Hình chữ nhật: I_c = bH³/12

Phương trình liên tục và Bernoulli

Phương trình liên tục: A₁v₁ = A₂v₂
Bernoulli: p₁ + ½ρv₁² + ρgz₁ = p₂ + ½ρv₂² + ρgz₂
Lưu lượng: Q = A·v
Diện tích hình tròn: A = πd²/4

Phương trình khí lý tưởng

Phương trình khí lý tưởng: pV = nRT
Hằng số khí: R = 8,314 J/(mol·K)
Phương trình khí kết hợp: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Số mol: n = m/M
Nhiệt độ: T[K] = T[°C] + 273,15

Động cơ nhiệt và máy lạnh

Hiệu suất: η = W/Q_H = 1 − Q_C/Q_H
Hiệu suất Carnot: η_C = 1 − T_C/T_H (kelvin)
COP của tủ lạnh: COP_R = Q_C/W
COP của bơm nhiệt: COP_HP = Q_H/W = COP_R + 1
Cân bằng năng lượng: Q_H = W + Q_C

Sóng, âm thanh & quang học

Tốc độ sóng: v = fλ, T = 1/f
Dây: v = √(T/μ), μ = m/L
Mức âm: β = 10·log₁₀(I/I₀), I₀ = 10⁻¹² W/m²
Nguồn điểm: I = P/(4πr²)
Sóng dừng: dây hoặc ống hở f_n = n·v/(2L); ống kín f_n = n·v/(4L), n lẻ
Hiệu ứng Doppler: f′ = f·(v ± v_o)/(v ∓ v_s)
Chiết suất: n = c/v, λ = λ₀/n
Định luật Snell: n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂
Góc tới hạn: sin θ_c = n₂/n₁
Sợi quang: NA = sin θ_a = √(n₁² − n₂²)
Thấu kính và gương: 1/f = 1/d_o + 1/d_i, m = −d_i/d_o, mirror f = R/2
Hai khe: d·sin θ = mλ, y_m = mλL/d
Cách tử: d = 1/N, d·sin θ = mλ, m_max ≤ d/λ
Khe đơn: a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a

Phương pháp

Hãy nhận ra loại bài toán: tốc độ sóng, mức âm, sóng dừng, Doppler, khúc xạ, thấu kính hay gương, hoặc giao thoa.
Hãy viết hệ thức trước: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) hoặc n·v/(4L), f′ = f(v ± v_o)/(v ∓ v_s), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
Hãy đổi đơn vị: nm, mm và cm sang m, và kiểm tra xem các góc có được đo từ pháp tuyến không.
Hãy kiểm tra dấu và tính hợp lý: ảnh ảo có dᵢ < 0, nguồn đang lại gần nghe cao hơn, ống kín chỉ có các họa âm bậc lẻ.

2Bài tập

1.Động họcTrung bình

Một chiếc ô tô chạy với vận tốc 80 km/h phanh với gia tốc chậm dần không đổi 6,5 m/s² cho đến khi dừng. Tìm quãng đường phanh s.

v₀ = 80 km/ha = −6,5 m/s²v = 0

s = m

2.Động họcKhó

Một quả bóng được ném thẳng đứng lên với 17 m/s từ mép một mái nhà cao 35 m so với mặt đất. Bỏ qua lực cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Sau khi ném bao lâu thì nó chạm đất? Tìm t.

v₀ = 17 m/sh₀ = 35 mg = 9,81 m/s²

t = s

3.Các định luật NewtonTrung bình

Một xe trượt 20 kg được kéo trên tuyết bằng phẳng bằng một sợi dây hợp góc 25° phía trên phương ngang với lực 170 N. Hệ số ma sát trượt là 0,4. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của xe trượt.

m = 20 kgF = 170 Nθ = 25°μ = 0,4g = 9,81 m/s²

a = m/s²

4.Các định luật NewtonKhó

Một vật 3,5 kg trên bàn nằm ngang được nối bằng dây nhẹ vắt qua ròng rọc không ma sát với một khối lượng 3 kg treo. Hệ số ma sát trượt giữa vật và bàn là 0,3. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của hệ.

m₁ = 3,5 kgm₂ = 3 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²

a = m/s²

5.Chuyển động némTrung bình

Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng hợp góc 55° so với phương ngang và rơi cách 100 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ phóng v₀.

θ = 55°R = 100 mg = 9,81 m/s²

v₀ = m/s

6.Chuyển động némKhó

Một quả bóng được ném với góc 30° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 20 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm quãng đường ngang x mà quả bóng đi được trước khi chạm đất.

v₀ = 33 m/sθ = 30°h = 20 mg = 9,81 m/s²

x = m

7.Công và năng lượngTrung bình

Một bộ phóng đồ chơi có lò xo thẳng đứng độ cứng 1500 N/m. Một quả cầu 0,5 kg được đặt lên nó và lò xo bị nén 5 cm, rồi được thả ra. Bỏ qua sức cản không khí và khối lượng của lò xo, tìm độ cao h mà quả cầu bay lên, đo từ vị trí của nó khi lò xo bị nén.

m = 0,5 kgk = 1500 N/mx = 5 cmg = 9,81 m/s²

h = m

8.Công và năng lượngKhó

Một lò xo có độ cứng 2000 N/m ở chân một dốc nghiêng 15° bị nén 12 cm áp vào một khối 3 kg rồi được thả ra. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,25. Khối đi được bao xa d lên dốc từ điểm thả trước khi dừng? (Bỏ qua đoạn đường ngắn mà lò xo đẩy, tức là tính ma sát và trọng lực trên toàn bộ quãng đường d.)

m = 3 kgk = 2000 N/mx = 12 cmθ = 15°μ = 0,25g = 9,81 m/s²

d = m

9.Động lượng và va chạmTrung bình

Một xe trượt 4 kg chạy với 10 m/s va chạm trực diện hoàn toàn đàn hồi với một xe trượt 0,5 kg đang đứng yên trên đường ray không ma sát. Tìm vận tốc v′₂ của xe trượt thứ hai sau va chạm.

m₁ = 4 kgm₂ = 0,5 kgv₁ = 10 m/sv₂ = 0

v′₂ = m/s

10.Động lượng và va chạmKhó

Một quả bóng 0,5 kg đập vào tường với 8 m/s và bật thẳng ngược lại với 11 m/s. Thời gian tiếp xúc là 20 ms. Tìm lực trung bình F_avg của tường lên quả bóng.

m = 0,5 kgv_in = 8 m/sv_out = 11 m/sΔt = 20 ms

F_avg = N

11.Lực thủy tĩnhTrung bình

Một cửa van hình chữ nhật thẳng đứng rộng 1 m nằm trong thành bể chứa nước, với mép trên nằm dưới mặt thoáng 0,5 m. Tìm hợp lực thủy tĩnh F tác dụng lên cửa van.

d = 0,5 mH = 1 mb = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²

F = kN

12.Lực thủy tĩnhKhó

Một cửa van hình chữ nhật thẳng đứng rộng 1 m nằm trong thành bể chứa glycerin, với mép trên nằm dưới mặt thoáng 4 m. Tìm hợp lực thủy tĩnh F tác dụng lên cửa van.

d = 4 mH = 2,5 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²

F = kN

13.Phương trình liên tục và BernoulliTrung bình

Nước chảy qua một ống nằm ngang thu hẹp từ 200 mm xuống 50 mm. Ở đoạn rộng, áp suất là 130 kPa và vận tốc là 0,5 m/s. Bỏ qua tổn thất, tìm áp suất p₂ ở đoạn hẹp.

d₁ = 200 mmd₂ = 50 mmp₁ = 130 kPav₁ = 0,5 m/sρ = 1000 kg/m³

p₂ = kPa

14.Phương trình liên tục và BernoulliKhó

Nước chảy lên qua một ống thu hẹp từ 200 mm xuống 75 mm trong khi dâng cao 9 m. Tại tiết diện 1, áp suất là 260 kPa và vận tốc là 0,5 m/s. Bỏ qua tổn thất, tìm áp suất p₂ tại tiết diện 2.

d₁ = 200 mmd₂ = 75 mmp₁ = 260 kPav₁ = 0,5 m/sΔz = 9 mρ = 1000 kg/m³

p₂ = kPa

15.Phương trình khí lý tưởngTrung bình

Một bình 10 L chứa 480 g CH₄ ở 100 °C. Coi đó là khí lý tưởng và tìm áp suất P.

m = 480 gM = 16,04 g/molV = 10 LT = 100 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

16.Phương trình khí lý tưởngKhó

Một lượng CO₂ cố định chuyển từ 250 kPa, 10 L, 15 °C sang 800 kPa và 150 °C. Tìm thể tích mới V₂.

P₁ = 250 kPaV₁ = 10 LT₁ = 15 °CP₂ = 800 kPaT₂ = 150 °C

V₂ = L

17.Động cơ nhiệt và máy lạnhTrung bình

Một động cơ nhiệt thuận nghịch (Carnot) nhận 3700 kJ nhiệt từ một nguồn ở 450 °C và thải 1577 kJ mỗi chu trình. Tìm nhiệt độ T_L của nguồn lạnh theo °C.

T_H = 450 °CQ_H = 3700 kJQ_L = 1577 kJ

T_L = °C

18.Động cơ nhiệt và máy lạnhKhó

Một bơm nhiệt giữ ngôi nhà ở 21 °C trong khi bên ngoài là 0 °C, cung cấp 13 kW nhiệt cho ngôi nhà. Tìm công suất đầu vào tối thiểu Ẇ_min.

T_H = 21 °CT_L = 0 °CQ̇_H = 13 kW

Ẇ_min = kW

19.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình

Một nguồn 1200 Hz chuyển động với vận tốc 15 m/s ra xa một người quan sát đứng yên. Tốc độ âm thanh là 343 m/s. Hãy tìm tần số f′ mà người quan sát nghe được.

f = 1200 Hzv = 343 m/sv_s = 15 m/s

f′ = Hz

20.Sóng, âm thanh & quang họcKhó

Ánh sáng bước sóng 656 nm chiếu vuông góc vào một cách tử có 1200 vạch trên milimét. Hãy tìm góc θ₁ của cực đại bậc 1.

N = 1200 mm⁻¹λ = 656 nmm = 1

θ₁ = °

3Dung dịch

1.Động học

Đáp số: s = 37,99 m

Chuyển động với gia tốc không đổi: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² và v² = v₀² + 2·a·s. Chọn phương trình chứa ba đại lượng bạn biết và đại lượng bạn muốn tìm, và giữ dấu nhất quán với một chiều dương.

Đơn vị

v₀ = 80/3,6 = 22,22 m/s

Quãng đường phanh

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 22,22²/(2·6,5) = 37,99 m

Đáp số

s = 37,99 m

2.Động học

Đáp số: t = 4,917 s

Phương trình chuyển động

Chiều lên là dương và mặt đất thấp hơn điểm xuất phát h₀.

−35 = 17·t − ½·9,81·t²

4,905·t² − 17·t − 35 = 0

Giải phương trình bậc hai

Chỉ nghiệm dương có ý nghĩa vật lý.

t = (17 + √(17² + 2·9,81·35))/9,81 = 4,917 s

Đáp số

t = 4,917 s

3.Các định luật Newton

Đáp số: a = 5,217 m/s²

Định luật hai Newton: hợp lực tác dụng lên một vật bằng khối lượng nhân với gia tốc, ΣF = m·a. Vẽ sơ đồ vật thể tự do, chọn một chiều dương dọc theo chuyển động, và cộng mọi lực theo chiều đó: lực tác dụng, ma sát μ·N ngược chiều chuyển động, và các thành phần của trọng lực.

Phản lực pháp tuyến

N = m·g − F·sin θ = 196,2 − 170·sin 25° = 124,4 N

Các lực nằm ngang

m·a = F·cos θ − μ·N = 154,1 − 49,74

a = 104,3/20 = 5,217 m/s²

Đáp số

a = 5,217 m/s²

4.Các định luật Newton

Đáp số: a = 2,943 m/s²

Gia tốc của hệ

a = (m₂·g − μ·m₁·g)/(m₁ + m₂) = (29,43 − 10,3)/6,5 = 2,943 m/s²

Đáp số

a = 2,943 m/s²

5.Chuyển động ném

Đáp số: v₀ = 32,31 m/s

Chuyển động ném: khi bỏ qua lực cản không khí, x = v_xt và y = h + v_yt − ½gt². Hai phương độc lập với nhau, chỉ chung thời gian.

Giải công thức tầm xa tìm v₀

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·100/sin 110°) = 32,31 m/s

Đáp số

v₀ = 32,31 m/s

6.Chuyển động ném

Đáp số: x = 123,2 m

Chuyển động ném: khi bỏ qua lực cản không khí, x = v_xt và y = h + v_yt − ½gt². Hai phương độc lập với nhau, chỉ chung thời gian.

Phân tích vận tốc ban đầu

Vận tốc ngang không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc không đổi g = 9,81 m/s² hướng xuống.

v_x = v₀·cos θ = 33·cos 30° = 28,58 m/s

v_y = v₀·sin θ = 33·sin 30° = 16,5 m/s

Thời gian trong không khí

Giải y(t) = h + v_y·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.

0 = 20 + 16,5·t − 4,905·t²

t = (v_y + √(v_y² + 2gh))/g = (16,5 + √(272,2 + 392,4))/9,81 = 4,31 s

Khoảng cách theo phương ngang

x = v_x·t = 28,58·4,31 = 123,2 m

Đáp số

x = 123,2 m

7.Công và năng lượng

Đáp số: h = 0,3823 m

Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).

Thế năng đàn hồi

x = 5 cm = 0,05 m

½kx² = ½·1500·0,05² = 1,875 J

Độ cao

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N

h = ½kx²/(mg) = 1,875/4,905 = 0,3823 m

Đáp số

h = 0,3823 m

8.Công và năng lượng

Đáp số: d = 0,978 m

Thế năng đàn hồi

x = 12 cm = 0,12 m

½kx² = ½·2000·0,12² = 14,4 J

Cân bằng năng lượng dọc mặt dốc

m·g = 3·9,81 = 29,43 N

½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)

d = 14,4/(29,43·(0,2588 + 0,25·0,9659)) = 0,978 m

Đáp số

d = 0,978 m

9.Động lượng và va chạm

Đáp số: v′₂ = 17,78 m/s

Bảo toàn động lượng: khi không có ngoại lực tác dụng trong lúc va chạm, tổng động lượng Σm·v trước bằng tổng sau. Vận tốc có hướng, nên hãy chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các vận tốc ngược chiều. Trong va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn; trong va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật dính vào nhau.

Va chạm đàn hồi với vật bị va chạm đứng yên

Giải đồng thời bảo toàn động lượng và năng lượng cho hai kết quả này.

v′₁ = (4 − 0,5)/(4 + 0,5)·10 = 7,778 m/s

v′₂ = 2·4/(4 + 0,5)·10 = 17,78 m/s

Đáp số

v′₂ = 17,78 m/s

10.Động lượng và va chạm

Đáp số: F_avg = 475 N

Độ biến thiên động lượng

J = m·Δv = 0,5·(11 + 8) = 9,5 N·s

Lực trung bình

F_avg = J/Δt = 9,5/0,02 = 475 N

Đáp số

F_avg = 475 N

11.Lực thủy tĩnh

Đáp số: F = 9,81 kN

Lực thủy tĩnh trên mặt phẳng: F = ρ·g·y_c·A. Lực tác dụng tại tâm áp lực, y_cp = y_c + I_c/(y_cA), luôn nằm dưới trọng tâm.

Độ sâu trọng tâm và diện tích

y_c = d + H/2 = 0,5 + 1/2 = 1 m

A = H·b = 1·1 = 1 m²

Hợp lực

F = ρ·g·y_c·A = 1000·9,81·1·1 = 9,81 kN

Đáp số

F = 9,81 kN

12.Lực thủy tĩnh

Đáp số: F = 162,2 kN

Lực thủy tĩnh trên mặt phẳng: F = ρ·g·y_c·A. Lực tác dụng tại tâm áp lực, y_cp = y_c + I_c/(y_cA), luôn nằm dưới trọng tâm.

Độ sâu trọng tâm và diện tích

y_c = d + H/2 = 4 + 2,5/2 = 5,25 m

A = H·b = 2,5·1 = 2,5 m²

Hợp lực

F = ρ·g·y_c·A = 1260·9,81·5,25·2,5 = 162,2 kN

Đáp số

F = 162,2 kN

13.Phương trình liên tục và Bernoulli

Đáp số: p₂ = 98,13 kPa

Phương trình liên tục và Bernoulli: với chất lỏng không nén được, lưu lượng ở mọi tiết diện đều như nhau, Q = A₁v₁ = A₂v₂. Dọc theo một đường dòng không có tổn thất, p + ½ρv² + ρgz là hằng số, nên ở nơi chất lỏng nhanh hơn hoặc cao hơn thì áp suất thấp hơn.

Phương trình liên tục và Bernoulli

Làm việc theo Pa, rồi chia cho 1000 để có kPa.

v₂ = v₁·(d₁/d₂)² = 0,5·(200/50)² = 8 m/s

½ρ(v₁² − v₂²) = ½·1000·(0,5² − 8²)/1000 = −31,88 kPa

p₂ = p₁ + ½ρ(v₁² − v₂²) = 130 + (−31,88) = 98,13 kPa

Đáp số

p₂ = 98,13 kPa

14.Phương trình liên tục và Bernoulli

Đáp số: p₂ = 165,5 kPa

Phương trình liên tục và Bernoulli

Làm việc theo Pa, rồi chia cho 1000 để có kPa.

v₂ = v₁·(d₁/d₂)² = 0,5·(200/75)² = 3,556 m/s

½ρ(v₁² − v₂²) = ½·1000·(0,5² − 3,556²)/1000 = −6,196 kPa

ρgΔz = 1000·9,81·9/1000 = 88,29 kPa

p₂ = p₁ + ½ρ(v₁² − v₂²) − ρgΔz = 260 + (−6,196) − 88,29 = 165,5 kPa

Đáp số

p₂ = 165,5 kPa

15.Phương trình khí lý tưởng

Đáp số: P = 9284 kPa

Phương trình khí lý tưởng: PV = nRT, với n = m/M.

Số mol

n = m/M = 480/16,04 = 29,93 mol

T = 100 + 273,15 = 373,1 K

Áp suất

P = nRT/V = 29,93·8,314·373,1/0,01 = 9284 kPa

Đáp số

P = 9284 kPa

16.Phương trình khí lý tưởng

Đáp số: V₂ = 4,589 L

Phương trình khí kết hợp: với một lượng khí lý tưởng cố định, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Nhiệt độ tuyệt đối

T₁ = 288,1 K, T₂ = 423,1 K

Phương trình khí kết hợp

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 10·(250/800)·(423,1/288,1) = 4,589 L

Đáp số

V₂ = 4,589 L

17.Động cơ nhiệt và máy lạnh

Đáp số: T_L = 35,07 °C

Giới hạn của định luật hai: không chu trình nào làm việc giữa các nguồn nhiệt có nhiệt độ tuyệt đối T_H và T_L có thể vượt qua chu trình thuận nghịch (Carnot): η_max = 1 − T_L/T_H, COP_R,max = T_L/(T_H − T_L) và COP_HP,max = T_H/(T_H − T_L). Năng lượng luôn được bảo toàn: Q_H = W + Q_L.

Nhiệt độ tuyệt đối của nguồn

T_H = 450 + 273,15 = 723,1 K

Tỉ số nhiệt thuận nghịch

T_L = T_H·Q_L/Q_H = 723,1·1577/3700 = 308,2 K = 35,07 °C

Đáp số

T_L = 35,07 °C

18.Động cơ nhiệt và máy lạnh

Đáp số: Ẇ_min = 0,9281 kW

Nhiệt độ tuyệt đối

T_H = 21 + 273,15 = 294,1 K

T_L = 0 + 273,15 = 273,1 K

COP tốt nhất có thể

COP_HP,max = T_H/(T_H − T_L) = 294,1/(294,1 − 273,1) = 14,01

Công suất tối thiểu

Máy thuận nghịch cần công ít nhất, và nó có COP cao nhất.

Ẇ_min = Q̇_H/COP = 13/14,01 = 0,9281 kW

Đáp số

Ẇ_min = 0,9281 kW

19.Sóng, âm thanh & quang học

Đáp số: f′ = 1150 Hz

Sóng dừng và hiệu ứng Doppler: một sợi dây cố định ở hai đầu, hoặc một ống hở hai đầu, chứa số nguyên lần nửa bước sóng: L = nλ/2, f_n = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Một ống kín một đầu có nút ở đầu kín và bụng ở đầu hở: L = nλ/4 chỉ với n lẻ, f_n = n·v/(4L). Khi nguồn hoặc người quan sát chuyển động dọc theo đường nối giữa chúng, f′ = f·(v ± v_o)/(v ∓ v_s): dùng dấu trên khi chuyển động hướng về nhau. Hai sóng có tần số gần bằng nhau tạo phách với tần số |f₁ − f₂|.

Công thức Doppler

f′ = f·(v − v_o)/(v + v_s) = 1200·(343 − 0)/(343 + 15)

f′ = 1150 Hz

Đáp số

f′ = 1150 Hz

20.Sóng, âm thanh & quang học

Đáp số: θ₁ = 51,92 °

Giao thoa và nhiễu xạ: ánh sáng từ hai khe cách nhau một khoảng d đến một điểm trên màn với hiệu đường đi d·sin θ. Vân sáng xuất hiện tại nơi d·sin θ = mλ (m = 0, ±1, ±2, …). Với màn ở khoảng cách L ≫ d, vân sáng thứ m nằm tại y = mλL/d và khoảng vân là Δy = λL/d. Một cách tử có N vạch trên milimét có d = 1/N và các cực đại sắc nét tại d·sin θ = mλ; vì sin θ ≤ 1, bậc cao nhất là số nguyên lớn nhất m ≤ d/λ. Một khe đơn có độ rộng a có các vân tối tại a·sin θ = mλ, m = ±1, ±2, …

Khoảng cách giữa các vạch

d = 1/1200 mm = 8,333 × 10⁻⁷ m

Phương trình cách tử

sin θ = mλ/d = 1·656 × 10⁻⁹/(8,333 × 10⁻⁷) = 0,7872

θ = 51,92°

Đáp số

θ₁ = 51,92°

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