Задачи для самостоятельного решения по физике Общие свойства гармонических колебаний. Переменный ток Интерференция света Дифракция света Ответы на билеты к экзамену по физике

Задачник по физике примеры и решения

Примеры решения задач

Пример 1. Маховик в виде колеса массой m = 30 кг и диаметром 60 см вращается с угловой скоростью w, изменяющейся по закону w = Аt10 , где А = 2 рад/с11. Найти закон движения j(t), угловое ускорение e (t), момент сил М(t) и момент количества движения L(t). Вычислить эти величины через 2 с после начала движения. Считать начальный угол j(t =0) = j0 = 0 .

Решение.

Перевод в СИ

m = 30 кг 30 кг

D = 60 см 0,6 м

w = Аt10 = 2× t10рад/с11 2× t10рад/с

t = 2 c 2 c

Определить: j(t), e (t), М(t), L(t).

Если известен закон движения, то угловая скорость определяется как первая производная от j(t) по времени:

dj

w(t) = ¾¾ (1)

dt

Закон движения j(t) находится решением обратной задачи, т.е. интегрированием угловой скорости по времени:

 t 

 j(t) = ò w(t) d t  + j

 0 

При w(t) = 2 ×t10 ,с учетом j0 = 0:

 t 2×t11

 j(t) = ò 2×t10 d t  + j0 = ¾¾ (3)

 0 11 

 2×211

В момент времени t = 2 с маховик повернулся на угол j(t =2 с) = ¾¾

  11 

= 372,3 » 372 рад.

Угловое ускорение определяется как первая производная от угловой скорости по времени:

  dw d

 e = ¾¾¾¾ ( 2 ×t10) = 10 × 2× t9 (4)

 dt dt

В момент времени t = 2 c угловое ускорение равно:

 e ( t = 2c) = 10 × 2 × 29 = 10240 » 1,02× 104 рад/с2 

Момент сил можно определить из основного закона динамики для вращательного движения твердого тела:

 М = I ×  e (5)

где I - момент инерции тела.

В нашем случае момент инерции колеса равен:

 I = mR2 = mD2/4 (6)

 

Подставляя выражения (4) и (6) в (5) получим:

 mD2 20 t9

  М = ¾¾ ×¾¾

  4 

При t = 2 c

 30 × ( 0,6)2 20×29

 M = ¾¾ ¾¾ ¾¾ = 27648 » 2,77 × 104 Н×м

 4

Момент количества движения равен:

 L = I w  (7)

Подставляя выражения для w  и (6) в (7) получим:

 mD2 2 t10

 L = ¾¾ ¾¾

 4

При t = 2 c

 30× (0,6)2 × 2× 210

 L = ¾¾ ¾¾ ¾¾ = 5529,6 = 5,53× 103 кг м2/с

 4

Проверим размерность полученных выражений.

 рад с11

 [j] = [А] [t11] = ¾¾¾¾ = рад;

 с11 

 рад с9

 [e] = [А] [t9] = ¾¾¾¾  = рад/с2

 с11

 mD2 × A t9 кг м2 с9 кг м м 

 [M] = [¾¾¾¾¾¾¾¾ ] = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = Н м

  4 11 с11 с2 

 кг м2 c10

 [L] = [ m D2 A t10 ] = ¾¾¾¾ = кг м2 с-1

 c11

Ответ: j(t=2) =372рад, e(t=2с)= 1,02× 104 рад/с2, М(t) =2,77 × 104 Н м

L(t) = 5,53× 103 кг м2/с

Соковыжималка  раскручивается до 7200 об\мин. Определить силу, действующую на кусочек яблока массой 5г, при диаметре камеры D =24 см. Вычислить линейную скорость кусочка яблока. Оценить мощность соковыжималки, если максимальные обороты достигаются за 8с.Барабан представляет собой полуцилиндр, масса дна и кольца примерно одинакова и равна 100 г. Яблочная масса при загрузке составляет 300 г.

Определить плотность смеси газов ( 60 % пропана - С3Н8,30% бутана - С4 Н10 и 10% метана - CH4) находящихся при температуре 27 0С и давлении 0.11МПа.

Глухая кирпичная стена имеет размеры: длина - 5 м,высота - 3.0 м, толщина - 50 см ( 2 кирпича). Рассчитать поток тепла, если внутренняя температура стены - +180С, а наружная - -200С. Определить количество тепла уходящее через стену за 1с и за 1час. Оценить мощность теплового источника, требуемого для компенсации потерь тепла. Теплопроводность кирпича 0.8 Вт/м×К

Сила тока в резисторе линейно возрастает за 4 секунды от 1 до 8 А. Сопротивление резистора 10 Ом. Определить количество теплоты, выделившееся в резисторе за первые 3 секунды.

Считая, что на внешнее излучение уходит 5% мощности СВЧ печи, определить безопасное расстояние, на котором можно находиться вблизи печи, если допустимая плотность потока энергии 103 мкВт\см2 при работе печи не более 20 мин. СВЧ - печь считать за точечный источник излучения мощностью 1 кВт

Определить расстояние между атомными плоскостями в кристалле каменной соли, если дифракционный максимум первого порядка наблюдается при падении рентгеновских лучей с длиной волны 0,147 нм под углом 15012' к поверхности кристалла.

Определить, сколько ядер в 1 г радиоактивного  стронция 90Sr38 распадается в течение одного года.

Вычислить дефект массы, энергию связи ядра 7Li3 и удельную энергию связи в этом ядре.

Методы анализа переходных процессов Прямое и обратное преобразование Гильберта. Сопряженное колебание. Гильбертовский сигнал. Комплексное (негильбертовское) представление узкополосного сигнала. Комплексная огибающая узкополосного сигнала. Спектральная плотность гильбертовского сигнала и комплексной огибающей реального узкополосного колебания. Понятие низкочастотного эквивалента радиотехнической цепи. Спектральный метод расчета огибающей радиосигнала на выходе узкополосной цепи (теорема об огибающей).
Ответы на билеты к экзамену по физике