Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Подборка задач по физике повышенной сложности для 9-11 классов (разделы механика и термодинамика)

Подборка задач по физике повышенной сложности для 9-11 классов (разделы механика и термодинамика)

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

1. 1.      Капля дождя при скорости ветра υ = 11 м/с падает под углом α = 30° к вертикали. Определить, при какой скорости ветра υ2 капля будет падать под углом β = 45°. Ответ: 19 м/с.

1. 2.      Два автомобиля, выехав одновременно из одного пункта, движутся прямолинейно в одном направлении. Зависимость пройденного ими пути задается уравнениями sAt + Bt2 и s2 = Ct+ Dt+ Ft3. Определить относительную скорость u автомобилей. Ответ: u= А— С+ 2(B—D)t—3Ft2.

1. 3.      Велосипедист проехал первую половину времени своего движения со скоростью υ= 16 км/ч, вторую половину времени — со скоростью υ= 12 км/ч. Определить среднюю скорость движения велосипедиста. Ответ: 14 км/ч.

1. 4.      Велосипедист проехал первую половину пути со скоростью υ= 16 км/ч, вторую половину пути — со скоростью υ= 12 км/ч. Определить среднюю скорость движения велосипедиста. Ответ: 13,7 км/ч.

1. 5.      Студент проехал половину пути на велосипеде со скоростью υ1=16 км/ч. Далее половину оставшегося времени он ехал со скоростью υ2 = 12 км/ч, а затем до конца пути шел пешком со скоростью υ= 5 км/ч. Определить среднюю скорость движения студента на всем пути. Ответ: <υ> = 11,1 км/ч.

1. 6.      В течение времени τ скорость тела задается уравнением вида υ = А + Bt + Сt2 (0≤ t ≤τ). Определить среднюю скорость за промежуток времени τ. Ответ: .

1. 7.      При падении камня в колодец его удар о поверхность воды доносится через t=5 с. Принимая скорость звука υ = 330 м/с, определить глубину колодца. Ответ: 109 м.

1. 8.      Тело падает с высоты h=1 км с нулевой начальной скоростью. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, какой путь пройдет тело: 1) за первую секунду своего падения; 2) за последнюю секунду своего падения. Ответ: 1) 4,9м; 2) 132 м.

1. 9.      Тело падает с высоты h=1 км с нулевой начальной скоростью. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, какое время понадобится телу для прохождения: 1) первых 10 м своего пути; 2) последних 10 м своего пути. Ответ: 1) 1,43 с; 2) 0,1 с.

1. 10.Тело брошено под углом к горизонту. Оказалось, что максимальная высота подъема h= (s — дальность полета). Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить угол броска к горизонту. Ответ: 45°.

1. 11.Тело брошено со скоростью υo= 15 м/с под углом α=30° к горизонту. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить: 1) высоту h подъема тела; 2) дальность полета (по горизонтали) s тела; 3) время его движения. Ответ: 1) 2,87 м; 2) 19,9 м; 3) 1,53 с.

1. 12.Тело брошено со скоростью υo = 20 м/с под углом α=30° к горизонту. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить для момента времени t=1,5 с после начала движения: 1) нормальное ускорение; 2) тангенциальное ускорение. Ответ: 1) 9,47 м/с2; 2) 2,58 м/с2.

1. 13.С башни высотой h=40 м брошено тело со скоростью υo=20 м/с под углом α=45° к горизонту. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить: 1) время t движения тела; 2) на каком расстоянии s от основания башни тело упадет на Землю; 3) скорость υ падения тела на Землю; 4) угол φ, который составит траектория тела с горизонтом в точке его падения. Ответ: 1) 4,64 с; 2) 65,7 м; 3) 34,4 м/с; 4) 65,7°.

1. 14.Тело брошено горизонтально со скоростью υo = 15 м/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить радиус кривизны траектории тела через t= 2 с после начала движения. Ответ: 102 м.

1. 15.С башни высотой h = 30 м в горизонтальном направлении брошено тело с начальной скоростью υo = 10 м/с. Определить: 1) уравнение траектории тела у(х); 2) скорость υ тела в момент падения на Землю; 3) угол φ, который образует эта скорость с горизонтом в точке его падения. Ответ: 1) у = х2; 2) 26,2 м/с; 3) 67,8°.

1. 16.Зависимость пройденного телом пути от времени задается уравнением s = ABt + Ct2 + Dt3 (A = 6 м, В=3 м/с, С=2 м/с2,D=l м/с3). Определить для тела в интервале времени от t1 = 1 с до t2=4 с: 1) среднюю скорость; 2) среднее ускорение. Ответ: 1) 28 м/с; 2) 19 м/с2.

1. 17.Зависимость пройденного телом пути от времени задается уравнением s = А + Bt + Ct2 + Dt3 (С = 0,1 м/с2, D = 0,03 м/с3). Определить: 1) через сколько времени после начала движения ускорение а тела будет равно 2 м/с2; 2) среднее ускорение <а> тела за этот промежуток времени. Ответ: 1) 10 с; 2) 1,1 м/с2.

1. 18.Тело движется равноускоренно с начальной скоростью υo. Определить ускорение тела, если за время t = 2 c оно прошло путь s= 16 м и его скорость υ = 3 υo. Ответ: 4 м/с2.

1. 19.Материальная точка движется вдоль прямой так, что ее ускорение линейно растет, и за первые 10 c достигает значения 5 м/с3. Определить в конце десятой секунды: 1) скорость точки; 2) пройденный точкой путь. Ответ: 1) 25 м/с; 2) 83,3 м.

1. 20.Кинематические уравнения движения двух материальных точек имеют вид x1 = A1t+ B1t+ C1t3 и x2 = A2t+ В2t2 + С2t3, где В= 4 м/с2, C1 = —3 м/с3, В2 = —2 м/с2, С= 1 м/с3. Определить момент времени, для которого ускорения этих точек будут равны. Ответ: 0,5 с.

1. 21.Кинематические уравнения движения двух материальных точек имеют вид x1 = A1+B1t+C1t2 и x2 = A2+В2 t  + С2 t 2,

где С= —2 м/с2, С= 1 м/с2. Определить: 1) момент времени, для которого скорости этих точек будут равны; 2) ускорения а1и а2 для этого момента. Ответ: 1) 0; 2) а1 = —4 м/с2, а2=2 м/с2.

1. 22.Нормальное ускорение точки, движущейся по окружности радиусом r = 4 м, задается уравнением аn = А + Bt+ Ct2 (А=1 м/с2, В = 6 м/с3, С = 9 м/с4). Определить: 1) тангенциальное ускорение точки; 2) путь, пройденный точкой за время t1 = 5 с после начала движения; 3) полное ускорение для момента времени t= 1 с. Ответ: 1) 6 м/с2; 2) 85 м; 3) 6,32 м/с2.

1. 23.Зависимость пройденного телом пути s от времени t выражается уравнением s = At — BtCt3 (A = 2 м/с, В=3 м/с2,С=4 м/с3). Записать выражения для скорости и ускорения. Определить для момента времени t = 2 с после начала движения: 1) пройденный путь; 2) скорость; 3) ускорение. Ответ: 1) 24 м; 2) 38 м/с; 3) 42 м/с2.

1. 24.Зависимость пройденного телом пути по окружности радиусом r= 3 м задается уравнением s = At2 + Bt (A = 0,4 м/с2,В = 0,1 м/с). Определить для момента времени t= 1 с после начала движения ускорения: 1) нормальное; 2) тангенциальное; 3) полное. Ответ: 1) 0,27 м/с2; 2) 0,8 м/с2; 3) 0,84 м/с2.

1. 25.Радиус-вектор материальной точки изменяется со временем по закону r = t3i + 3t2j, где i, j — орты осей х и у. Определить для момента времени t= 1 с: 1) модуль скорости; 2) модуль ускорения. Ответ: 1) 6,7 м/с; 2) 8,48 м/с2.

1. 26.Радиус-вектор материальной точки изменяется со временем по закону r=4t2i+3tj+2k. Определить: 1) скорость υ; 2) ускорение а; 3) модуль скорости в момент времени t= 2 с. Ответ: 3) 16,3 м/с.

1. 27.Материальная точка начинает двигаться по окружности радиусом r= 12,5 см с постоянным тангенциальным ускорением аτ = 0,5 см/с2. Определить: 1) момент времени, при котором вектор ускорения a образует с вектором скорости υ угол α = 45°; 2) путь, пройденный за это время движущейся точкой. Ответ: 1) 5 с; 2) 6,25 см.

1. 28.Линейная скорость υ1 точки, находящейся на ободе вращающегося диска, в три раза больше, чем линейная скорость υ2точки, находящейся на 6 см ближе к его оси. Определить радиус диска. Ответ: 9 см.

1. 29.Колесо вращается с постоянным угловым ускорением ε = 3 рад/с2. Определить радиус колеса, если через = 1 с после начала движения полное ускорение колеса а = 7,5 м/с2. Ответ: 79 см.

1. 30. Найти линейную скорость υ вращения точек земной поверхности на широте Санкт-Петербурга (φ = 60о). Ответ: 231 м/с.

1. 31.Якорь электродвигателя, имеющий частоту вращения n=50 с-1, после выключения тока, сделав N = 628 оборотов, остановился. Определить угловое ускорение ε якоря. Ответ: 12,5 рад/с2.

1. 32.Колесо автомашины вращается равнозамедленно. За время t= 2 мин оно изменило частоту вращения от 240 до 60 мин-1. Определить: 1) угловое ускорение колеса; 2) число полных оборотов, сделанных колесом за это время. Ответ: 1) 0,157 рад/с2; 2) 300.

1. 33.Точка движется по окружности радиусом R = 15 см с постоянным тангенциальным ускорением аτ. К концу четвертого оборота после начала движения линейная скорость точки υ= 15 см/с. Определить нормальное ускорение аn точки через t= 16 с после начала движения. Ответ: 1,5 см/с2.

1. 34.Диск радиусом R= 10 см вращается вокруг неподвижной оси так, что зависимость угла поворота радиуса диска от времени задается уравнением φ = A+Вt+Ct2+Dt3 (В = 1 рад/с, С = 1 рад/с2, D= 1 рад/с3). Определить для точек на ободе диска к концу второй секунды после начала движения: 1) тангенциальное ускорение aτ; 2) нормальное ускорение аn; 3) полное ускорение а. Ответ: 1) 1,4м/с2; 2) 28,9 м/с2; 3) 28,9 м/с2.

1. 35.Диск вращается вокруг неподвижной оси так, что зависимость угла поворота радиуса диска от времени задается уравнением φ = At2 (A = 0,1 рад/с2). Определить полное ускорение а точки на ободе диска к концу второй секунды после начала движения, если линейная скорость этой точки в этот момент υ = 0,4 м/с. Ответ: 0,26 м/с2.

2. 1.      Тело массой m = 2 кг движется прямолинейно по закону s = A—Bt + Ct2 Dt3 (C = 2 м/с2, D = 0,4 м/с3). Определить силу, действующую на тело в конце пер­вой секунды движения. Ответ: 3,2 Н.

2. 2.      К нити подвешен груз массой m = 500 г. Определить силу натяжения нити, если нить с грузом: 1) поднимать с ускорением 2 м/с2; 2) опускать с ускорением 2 м/с2. Ответ: 1) 5,9 Н. 2) 3,9 H .

2. 3.      Два груза (m1 = 500 г и m= 700 г) связаны невесомой нитью и лежат на гладкой горизонтальной поверхности. К грузуm1 приложена горизонтально направленная сила F = 6 H. Пренебрегая трением, определить: 1) ускорение грузов; 2) силу натяжения нити Ответ: 1) 5 м/с2; 2) 3,5 H .

2. 4.      Тело массой m движется в плоскости ху по закону x = Acosωt, y= Bsinωt, где A, В и ω — некоторые постоянные. Определить модуль силы, действующей на это тело. Ответ:

2. 5.      Тело массой m = 2 кг падает вертикально с ускорением а = 5 м/с2. Определить силу сопротивления при движении этого тела. Ответ: 9,62 H .

2. 6.      С вершины клина, длина которого = 2 м и высота h= 1 м, начинает скользить небольшое тело. Коэффициент трения между телом и клином f= 0,15. Определить: 1) ускорение, с которым движется тело; 2) время прохождения тела вдоль клина; 3) скорость тела у основания клина. Ответ: 1) 3,63 м/с2; 2) 1,05 с; 3) 3,81 м/с.

2. 7.      По наклонной плоскости с углом α наклона к горизонту, равным 30°, скользит тело. Определить скорость тела в конце второй секунды от начала скольжения, если коэффициент трения f= 0,15. Ответ: 7,26 м/с.

2. 8.      Снаряд массой m = 5 кг, вылетевший из орудия, в верхней точке траектории имеет скорость υ = 300 м/с. В этой точке он разорвался на два осколка, причем больший осколок массой m1 = 3 кг полетел в обратном направлении со скоростью υ1=100 м/с. Определить скорость υ2 второго, меньшего, осколка. Ответ: 900 м/с.

2. 9.      Граната, летящая со скоростью υ = 10 м/с, разорвалась на два осколка. Больший осколок, масса которого составляла 0,6 массы всей гранаты, продолжал двигаться в прежнем направлении, но с увеличенной скоростью u1 = 25 м/с. Найти скорость u2 меньшего осколка. Ответ: u2 = —12,5 м/с.

2. 10.Лодка массой М = 150 кг и длиной 1 = 2,8 м стоит неподвижно в стоячей воде. Рыбак массой = 90 кг в лодке переходит с носа на корму. Пренебрегая сопротивлением воды, определить, на какое расстояние s при этом сдвинется лодка. Ответ: 1,05 м.

2. 11.Снаряд, вылетевший из орудия со скоростью υo, разрывается на два одинаковых осколка в верхней точке траектории на расстоянии  (по горизонтали). Один из осколков полетел в обратном направлении со скоростью движения снаряда до разрыва. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, на каком расстоянии (по горизонтали) от орудия упадет второй осколок. Ответ: s = 4.

2. 12.Платформа с песком общей массой М = 2 т стоит на рельсах на горизонтальном участке пути. В песок попадает снаряд массой m= 8 кг и застревает в нем. Пренебрегая трением, определить, с какой скоростью будет двигаться платформа, если в момент попадания скорость снаряда υ = 450 м/с, а ее направление — сверху вниз под углом α = 30° к горизонту. Ответ: 1,55 м/с.

2. 13.Из орудия массой m= 5 т вылетает снаряд массой m= 100 кг. Кинетическая энергия снаряда при вылетеWк2 = 7,5 МДж. Какую кинетическую энергию Wк1 получает орудие вследствие отдачи? Ответ: 150 кДж.

2. 14.На железнодорожной платформе, движущейся по инерции со скоростью υo = 3 км/ч, укреплено орудие. Масса платформы с орудием М = 10 т. Ствол орудия направлен в сторону движения платформы. Снаряд массой m= 10 кг вылетает из ствола под углом α = 60° к горизонту. Определить скорость и снаряда (относительно Земли), если после выстрела скорость платформы уменьшилась в n= 2 раза. Ответ: 835 м/с.

2. 15.Пуля, летящая горизонтально, попадает в шар, подвешенный на невесомом жестком стержне, и застревает в нем. Масса пули m1 = 5 г, масса шара m2 = 0,5 кг. Скорость пули υ1 = 500 м/с. При каком предельном расстоянии l от центра шара до точки подвеса стержня шар от удара пули поднимется до верхней точки окружности? Ответ: 0,64 м.

2. 16.На катере массой m= 4,5 т находится водомет, выбрасывающий со скоростью u= 6 м/с относительно катера назад μ = 25 кг/с воды. Пренебрегая сопротивлением движению катера, определить: 1) скорость катера через t = 3 мин после начала движения; 2) предельно возможную скорость катера. Ответ: 1) 3,8 м/с; 2) 6 м/с.

2. 17.Ракета, масса которой в начальный момент времени М = 2 кг, запущена вертикально вверх. Относительная скорость выхода продуктов сгорания u= 150 м/с, расход горючего μ = 0,2 кг/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить ускорение a ракеты через t= 3 c после начала ее движения. Поле силы тяжести считать однородным. Ответ: 11,6 м/с2.

2. 18.Ракета, масса которой в начальный момент M = 300 г, начинает выбрасывать продукты сгорания с относительной скоростью u = 200 м/с. Расход горючего μ = 100 г/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха и внешним силовым полем, определить: 1) за какой промежуток времени скорость ракеты станет равной υ= 50 м/с; 2) скорость υ2, которую достигнет ракета, если масса заряда mo= 0,2 кг. Ответ: 1) 0,66 с; 2) 220 м/с.

2. 19.Стальной шарик массой m= 20 г, падая с высоты h= 1 м на стальную плиту, отскакивает от нее на высотуh= 81 см. Найти импульс силы F Δt, полученный плитой за время удара, и количество теплоты Q, выделившейся при ударе. Ответ: 0,17 нс; 37,2·10-3 Дж.

2. 20.Камень, привязанный к веревке длиной l= 50 см, равномерно вращается в вертикальной плоскости. При какой частоте вращения ν веревка разорвется, если известно, что она разрывается при силе натяжения, равной десятикратной силе тяжести, действующей на камень? Ответ: 2,1 с-1.

2. 21.Диск вращается вокруг вертикальной оси с частотой n= 30 об/мин. На расстоянии r= 20 см от оси вращения на диске лежит тело. Каким должен быть коэффициент трения k между телом и диском, чтобы тело не скатилось с диска? Ответ: 0,2.

2. 22.Груз массой m= 150 кг подвешен на стальной проволоке, выдерживающей силу натяжения T= 2,94 кН. На какой наибольший угол α можно отклонить проволоку с грузом, чтобы она не разорвалась при прохождении грузом положения равновесия? Ответ: 60о.

2. 23.Найти первую космическую скорость υ1, т.е. скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно начало двигаться вокруг Земли по круговой орбите в качестве спутника. Ответ: 7,9 км/с.

2. 24.Тело массой m= 5 кг поднимают с ускорением а = 2 м/с2. Определить работу силы в течение первых пяти секунд. Ответ: 1,48 кДж.

2. 25.Автомашина массой m= 1,8 т движется в гору, уклон которой составляет 3 м на каждые 100 м пути. Определить: 1) работу, совершаемую двигателем автомашины на пути 5 км, если коэффициент трения равен 0,1; 2) развиваемую двигателем мощность, если известно, что этот путь был преодолен за 5 мин. Ответ: 1) 11,5 кДж; 2) 38,3 кВт.

2. 26.Определить работу, совершаемую при подъеме груза массой m = 50 кг по наклонной плоскости с углом наклона α = 30° к горизонту на расстояние s = 4 м, если время подъема t= 2 с, а коэффициент трения f = 0,06. Ответ: 1,48 кДж.

2. 27.Тело скользит с наклонной плоскости высотой h и углом наклона α к горизонту и движется далее по горизонтальному участку. Принимая коэффициент трения на всем пути постоянным и равным f, определить расстояние s, пройденное телом на горизонтальном участке, до полной остановки. Ответ: h(l—fctgα)/f.

2. 28.Поезд массой m= 600 т движется под гору с уклоном α = 0,3° и за время t= 1 мин развивает скорость υ = 18 км/ч. Коэффициент трения f= 0,01. Определить среднюю мощность локомотива. Ответ: 195 кВт.

2. 29.Автомобиль массой m= 1,8 т спускается при выключенном двигателе с постоянной скоростью υ = 54 км/ч по уклону дороги (угол к горизонту α = 3°). Определить, какова должна быть мощность двигателя автомобиля, чтобы он смог подниматься на такой же подъем с той же скоростью. Ответ: 27,7 кВт.

2. 30.Материальная точка массой m= 1 кг двигалась под действием некоторой силы согласно уравнению s = A— B+ Ct2 —Dt3 (В = 3 м/с, С = 5 м/с2, D= l м/с3). Определить мощность N, затрачиваемую на движение точки в момент времени t= 1 с. Ответ: 16 Вт.

2. 31.Тело массой m поднимается без начальной скорости с поверхности Земли под действием силы F, меняющейся с высотой подъема у по закону F= —2mg(l—Ay) (где А — некоторая положительная постоянная), и силы тяжести mg. Определить: 1) весь путь подъема; 2) работу силы F на первой трети пути подъема. Поле силы тяжести считать однородным. Ответ: 1) H=1/А; 2) AF= 5mg/(9A).

2. 32.Тело массой m начинает двигаться под действием силы F = 2ti+ 3t2j, где i и j — соответственно единичные векторы координатных осей х и у. Определить мощность N(t), развиваемую силой в момент времени 1. Ответ: N(t) = (2t3 + 3t5)/m.

2. 33.Тело массой m = 5 кг падает с высоты h= 20 м. Определить сумму потенциальной и кинетической энергий тела в точке, находящейся от поверхности Земли на высоте h1 = 5 м. Трением тела о воздух пренебречь. Сравнить эту энергию с первоначальной энергией тела. Ответ: 981 Дж.

2. 34.Тело, падая с некоторой высоты, в момент соприкосновения с Землей обладает импульсом р=100 кг-м/с и кинетической энергией Т=500Дж. Определить:

2. 35.с какой высоты тело падало; 2) массу тела. Ответ: 1) 5,1 м; 2) 10 кг.

2. 36.С башни высотой H =20 м горизонтально со скоростью υo= 10 м/с брошен камень массой m = 400 г. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить для момента времени t= 1 с после начала движения: 1) кинетическую энергию; 2) потенциальную энергию. Ответ: 1)39,2 Дж; 2)59,2Дж.

2. 37.Автомашина массой m= 2000 кг останавливается за t= 6 c, пройдя расстояние S = 30м. Определить: 1) начальную скорость автомашины; 2) силу торможения. Ответ: 1) 10 м/с; 2) 3,33 кН.

2. 38.Материальная точка массой m= 20 г движется по окружности радиусом R= 10 см с постоянным тангенциальным ускорением. К концу пятого оборота после начала движения кинетическая энергия материальной точки оказалась равной 6,3 мДж. Определить тангенциальное ускорение. Ответ: 0,1 м/с2.

2. 39.Ядро массой m=5 кг бросают под углом α=60° к горизонту, затрачивая при этом работу 500 Дж. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить: 1) через какое время ядро упадет на землю; 2) какое расстояние по горизонтали оно пролетит. Ответ: 1) 2,5 с; 2) 17,6 м.

2. 40.Тело массой m = 0,5 кг бросают со скоростью υo = 10 м/с под углом α=30° к горизонту. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить кинетическую Т, потенциальную П и полную Е энергии тела: 1) через t = 0,4 с после начала движения; 2) в высшей точке траектории. Ответ: 1) Т= 19,0 Дж, П = 5,9 Дж, Е=24,9 Дж; 2) Т=18,7 Дж, П = 6,2 Дж, E = 24,9 Дж.

2. 41.К нижнему концу пружины жесткостью k1 присоединена другая пружина жесткостью k2, к концу которой прикреплена гиря. Пренебрегая массой пружин, определить отношение потенциальных энергий пружин. Ответ: П12=k2k1.

2. 42.Тело массой m = 0,4 кг скользит с наклонной плоскости высотой h= 10 см и длиной 1= 1 м. Коэффициент трения тела на всем пути f=0,04. Определить: 1) кинетическую энергию тела у основания плоскости; 2) путь, пройденный телом на горизонтальном участке до остановки. Ответ: 1) 0,24 Дж; 2) 1,53м.

2. 43.Тело брошено вертикально вверх со скоростью υo= 20 м/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, на какой высоте h кинетическая энергия тела будет равна его потенциальной энергии. Ответ: 10,2 м.

2. 44.Тело массой m = 70 кг движется под действием постоянной силы F = 63 H. Определить, на каком пути s скорость этого тела возрастет в n=3 раза по сравнению с моментом времени, когда скорость тела была равна υo=1,5м/с. Ответ: 10м.

2. 45.Подвешенный на нити шарик массой m = 200 г отклоняют на угол α = 45°. Определить силу натяжения нити в момент прохождения шариком положения равновесия. Ответ: 3,11 H.

2. 46.Тело брошено под углом α = 45° к горизонту со скоростью υo= 15 м/с. Используя закон сохранения энергии, определить скорость υ тела в высшей точке его траектории. Ответ: υ = υocosα = 10,6 м/с.

2. 47.Пренебрегая трением, определить наименьшую высоту h, с которой должна скатываться тележка с человеком по желобу, переходящему в петлю радиуса = 6 м, и не оторваться от него в верхней точке петли. Ответ: 15 м.

2. 48.Спортсмен с высоты h=12м падает на упругую сетку. Пренебрегая массой сетки, определить, во сколько раз наибольшая сила давления спортсмена на сетку больше его силы тяжести, если прогиб сетки под действием силы тяжести спортсмена хо= 15 см. Ответ: в 13,7 раза.

2. 49.С вершины идеально гладкой сферы радиусом R = 1,2 м соскальзывает небольшое тело. Определить высоту h (от вершины сферы), с которой тело со сферы сорвется. Ответ: 40 см.

2. 50.Пуля массой m= 15 г, летящая горизонтально со скоростью υ = 200 м/с, попадает в баллистический маятник длиной l=1 м и массой М= 1,5 кг и застревает в нем. Определить угол отклонения φ маятника. Ответ: 36,9°.

2. 51.Пуля массой = 12 г, летящая с горизонтальной скоростью υ = 0,6 км/с, попадает в мешок с песком массой М = 10 кг, висящий на длинной нити, и застревает в нем. Определить: 1) высоту, на которую поднимется мешок, отклонившись после удара; 2) долю кинетической энергии, израсходованной на пробивание песка. Ответ: 1) 2,64 см; 2) 99,9 % .

2. 52.Зависимость потенциальной энергии П тела в центральном силовом поле от расстояния r до центра поля задается функцией (А = 6 мкДж·м2, В=0,З мДж·м). Определить, при каких значениях r максимальное значение принимают: 1) потенциальная энергия тела; 2) сила, действующая на тело. Ответ: 1) r =2А/B = 4см; 2) r = ЗА/В=6см.

2. 53.При центральном упругом ударе движущееся тело массой m1 ударяется в покоящееся тело массой m2, в результате чего скорость первого тела уменьшается в 2 раза. Определить: 1) во сколько раз масса первого тела больше массы второго тела; 2) кинетическую энергию Т’2 второго тела непосредственно после удара, если первоначальная кинетическая энергия t1первого тела равна 800 Дж. Ответ: 1) в 3 раза; 2) 450 Дж.

2. 54.Определить, во сколько раз уменьшится скорость шара, движущегося со скоростью υ1, при его соударении с покоящимся шаром, масса которого в n раз больше массы налетающего шара. Удар считать центральным абсолютно упругим. Ответ: В (1+n)/(1— n) раза.

2. 55.Тело массой m1 = 3 кг движется со скоростью υ1 = 2 м/с и ударяется о неподвижное тело такой же массы. Считая удар центральным и неупругим, определить количество теплоты, выделившееся при ударе. Ответ: 3 Дж.

2. 56.Два шара массами m1 = 9 кг и m2= 12 кг подвешены на нитях длиной= 1,5 м. Первоначально шары соприкасаются между собой, затем меньший шар отклонили на угол α=30° и отпустили. Считая удар неупругим, определить высоту h, на которую поднимутся оба шара после удара. Ответ: .

2. 57.Два шара массами m1 = 3 кг и m2 = 2 кг подвешены на нитях длиной 1= 1 м. Первоначально шары соприкасаются между собой, затем больший шар отклонили от положения равновесия на угол α =60° и отпустили. Считая удар упругим, определить скорость  второго шара после удара. Ответ: 3,76 м/с.

2. 58.Два шара массами m1= 200 г и m2 =400 г подвешены на нитях длиной l = 67,5 см. Первоначально шары соприкасаются между собой, затем первый шар отклонили от положения равновесия на угол α = 60° и отпустили. Считая удар упругим, определить на какую высоту h поднимется второй шар после удара. Ответ: .

2. 59.Шар сталкивается с другим покоящимся шаром такой же массы. Доказать, что в случае упругого, но не центрального удара угол между направлениями скоростей после удара составляет π/2.

3. 1.      Вывести формулу для момента инерции тонкого кольца радиусом R и массой m относительно оси симметрии. Ответ:mR2.

3. 2.      Определить момент инерции сплошного однородного диска радиусом R = 40 см и массой m= 1 кг относительно оси, проходящей через середину одного из радиусов перпендикулярно плоскости диска. Ответ: 0,12 кг·м2.

3. 3.      Определить момент инерции J тонкого однородного стержня длиной = 50 см и массой m = 360 г относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через: 1) конец стержня; 2) точку, отстоящую от конца стержня на 1/6 его длины. Ответ: 1) 3·10-2 кг·м2; 2) 1,75·10-2 кг·м2.

3. 4.      Шар и сплошной цилиндр, изготовленные из одного и того же материала, одинаковой массы катятся без скольжения с одинаковой скоростью. Определить, во сколько раз кинетическая энергия шара меньше кинетической энергии сплошного цилиндра. Ответ: В 1,07 раза.

3. 5.      Полная кинетическая энергия Т диска, катящегося по горизонтальной поверхности, равна 24 Дж. Определить кинетическую энергию Т1 поступательного и Т2 вращательного движения диска. Ответ: Т= 16 Дж, Т= 8 Дж.

3. 6.      Полый тонкостенный цилиндр массой m = 0,5 кг, катящийся без скольжения, ударяется о стену и откатывается от нее. Скорость цилиндра до удара о стену υ1=1,4 м/с, после удара υ'1=1 м/с. Определить выделявшееся при ударе количество теплоты Q. Ответ: Q=m12- υ'12) = 0,48 Дж.

3. 7.      Однородный стержень длиной = 1 м и массой = 0,5 кг вращается в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, проходящей через середину стержня. С каким угловым ускорением ε вращается стержень, если на него действует момент сил М=98,1 мН·м? Ответ: 2,35 рад/с2.

3. 8.      К ободу однородного сплошного диска массой m = 10 кг, насажанного на ось, приложена постоянная касательная сила = 30 H. Определить кинетическую энергию диска через время = 4 с после начала действия силы. Ответ: 1,44 кДж.

3. 9.      Маховое колесо, момент инерции которого = 245 кг·м2, вращается с частотой n=20 об/с. Через время = 1 мин после того, как на колесо перестал действовать момент сил М, оно остановилось. Найти момент сил трения Мтр и число оборотовN, которое сделало колесо до полной остановки после прекращения действия сил. Колесо считать однородным диском. Ответ: 513 Н·м; 600.

3. 10.Шар радиусом R= 10 см и массой m= 5 кг вращается вокруг оси симметрии согласно уравнению φ = А + Вt2 + Сt3(В = 2 рад/с2, С = —0,5 рад/с3). Определить момент сил М для t= 3 с. Ответ:  —0,1 Н·м.

3. 11.Вентилятор вращается с частотой n = 600 об/мин. После выключения он начал вращаться равнозамедленно и, сделавN= 50 оборотов, остановился. Работа А сил торможения равна 31,4 Дж. Определить: момент М сил торможения; 2) момент инерции J вентилятора. Ответ: 1) 0,1 Н·м; 2) 15,9 мН·м.

3. 12.Маховик в виде сплошного диска, момент инерции которого J=150 кг·м2, вращается с частотой n = 240 об/мин. Через время t=1 мин, как на маховик стал действовать момент сил торможения, он остановился. Определить: 1) момент М сил торможения; 2) число оборотов маховика от начала торможения до полной остановки. Ответ: 1) 62,8 Н·м; 2) 120.

3. 13.Сплошной однородный диск скатывается без скольжения по наклонной плоскости, образующей угол α с горизонтом. Определить линейное ускорение а центра диска. Ответ: 2/3gsinα.

3. 14.К ободу однородного сплошного диска радиусом = 0,5 м приложена постоянная касательная сила = 400 H. При вращении диска на него действует момент сил трения Мтр= 2 Н·м. Определить массу m диска, если известно, что его угловое ускорение ε постоянно и равно 16 рад/с2. Ответ: 24 кг.

3. 15.Частота вращения no маховика, момент инерции J которого равен 120 кг·м2, составляет 240 об/мин. После прекращения действия на него вращающего момента маховик под действием сил трения в подшипниках остановился за время t = π мин. Считая трение в подшипниках постоянным, определить момент М сил трения. Ответ: 16 Н·м.

3. 16.Маховик в виде сплошного диска, момент инерции которого J=1,5 кг·м2, вращаясь при торможении равнозамедленно, за время t= 1 мин уменьшил частоту своего вращения с n0= 240 об/мин до n1= 120 об/мин. Определить: 1) угловое ускорение ε маховика; 2) момент М силы торможения; 3) работу торможения А. Ответ: 1) 0,21 рад/с2,  2) 0,047 Н·м; 3) 355 Дж.

3. 17.Колесо радиусом R = 30 см и массой m = 3 кг скатывается по наклонной плоскости длиной 1 = 5 м и углом наклона α = 25°. Определить момент инерции колеса, если его скорость υ в конце движения составляла 4,6 м/с. Ответ: 0,259 кг·м2.

3. 18.С наклонной плоскости, составляющей угол α = 30° к горизонту, скатывается без скольжения шарик. Пренебрегая трением, определить время движения шарика по наклонной плоскости, если известно, что его центр масс при скатывании понизился на 30 см. Ответ: 0,585 с.

3. 19.На однородный сплошной цилиндрический вал радиусом = 50 cм намотана легкая нить, к концу которой прикреплен груз массой m = 6,4 кг. Груз, разматывая нить, опускается с ускорением а = 2 м/с2. Определить: 1) момент инерции J вала; 2) массу М вала. Ответ: 1) 6,25 кг·м2; 2) 50 кг.

3. 20.На однородный сплошной цилиндрический вал радиусом = 20 см, момент инерции которого J = 0,15 кг·м2, намотана легкая нить, к концу которой прикреплен груз массой = 0,5кг. До начала вращения барабана высота h груза над полом составляла 2,3 м. Определить: 1) время опускания груза до пола; 2) силу натяжения нити; 3) кинетическую энергию груза в момент удара о пол. Ответ: 1) 2 с; 2) 4,31 Н; 3) 1,32 Дж.

3. 21.Через неподвижный блок в виде однородного сплошного цилиндра массой m = 0,2 кг перекинута невесомая нить, к концам которой прикреплены тела массами m1= 0,35 кг и m2 = 0,55 кг. Пренебрегая трением в оси блока, определить: 1) ускорение грузов; 2) отношение T2/T1 сил натяжения нити. Ответ: 1) 1,96 м/с2; 2) 1,05.

3. 22.Кинетическая энергия вала, вращающегося с частотой = 5 об/с, Wк= 60 Дж. Найти момент импульса L вала. Ответ: 3,8 кг·м2/с.

3. 23.Карандаш длиной l=15 см, поставленный вертикально, падает на стол. Какую угловую скорость ω и линейную скорость υ будут иметь в конце падения середина и верхний конец карандаша? Ответ: ωс= ωк=14 рад/с; υс=1,05 м/с, υк=2,1 м/с.

3. 24.Маховик начинает вращаться из состояния покоя с постоянным угловым ускорением ε = 0,4 рад/с2. Определить кинетическую энергию маховика через время t2 = 25 с после начала движения, если через t1= 10 с после начала движения момент импульса L1 маховика составлял 60кг·м2/с. Ответ: 1) Ек = 75 Дж.

3. 25.Горизонтальная платформа массой m = 25 кг и радиусом R= 0,8 м вращается с частотой n= 18 мин-1. В центре стоит человек и держит в расставленных руках гири. Считая платформу диском, определить частоту вращения платформы, если человек, опустив руки, уменьшит свой момент инерции от J1 = 3,5 кг·м2 до J2= 1 кг·м2. Ответ: 23 мин-1.

3. 26.Человек, стоящий на скамье Жуковского, держит в руках стержень длиной l= 2,5 м и массой m = 8 кг, расположенный вертикально вдоль оси вращения скамейки. Эта система (скамья и человек) обладает моментом инерции J = 10 кг·м2 и вращается с частотой n1= 12 мин-1. Определить частоту n2 вращения системы, если стержень повернуть в горизонтальное положение. Ответ: 8,5 мин-1.

3. 27.Человек массой T = 60 кг, стоящий на краю горизонтальной платформы массой М = 120 кг, вращающейся по инерции вокруг неподвижной вертикальной оси с частотой n1=10 мин-1, переходит к ее центру. Считая платформу круглым однородным диском, а человека — точечной массой, определить, с какой частотой будет тогда вращаться платформа. Ответ: 20 мин-1.

3. 28.Платформа, имеющая форму сплошного однородного диска, может вращаться по инерции вокруг неподвижной вертикальной оси. На краю платформы стоит человек, масса которого в 3 раза меньше массы платформы. Определять, как и во сколько раз изменится угловая скорость вращения платформы, если человек перейдет ближе к центру на расстояние, равное половине радиуса платформы. Ответ: Возрастет в 1,43 раза.

3. 29.Человек массой m = 60 кг, стоящий на краю горизонтальной платформы радиусом R = 1 м массой М = 120 кг, вращающейся по инерции вокруг неподвижной вертикальной оси с частотой n1= 10 мин-1, переходит к ее центру. Считая платформу круглым однородным диском, а человека — точечной массой, определить работу, совершаемую человеком при переходе от края платформы к ее центру. Ответ: 65,8 Дж.

3. 30.Однородный стержень длиной = 0,5 м совершает малые колебания в вертикальной плоскости около горизонтальной оси, проходящей через его верхний конец. Найти период колебаний Т стержня. Ответ: 1,16 с.

3. 31.Обруч диаметром = 56,5 см висит на гвозде, вбитом в стену, и совершает малые колебания в плоскости, параллельной стене. Найти период колебаний Т обруча. Ответ: 1,5 с.

5. 1.      Точка совершает гармонические колебания с периодом Т= 6 с и начальной фазой, равной нулю. Определить, за какое время, считая от начала движения, точка сместится от положения равновесия на половину амплитуды. Ответ: 1 с.

5. 2.      Точка совершает гармонические колебания по закону  м. Определить: 1) период Т колебаний; 2) максимальную скорость υmax точки; 3) максимальное ускорение аmax точки. Ответ:1) Т = 4 с; 2) υmax = 4,71 м/с, 3) аmax =7,4 м/с2.

5. 3.      Точка совершает гармонические колебания с амплитудой А =10 см и периодом Т=5 с. Определить для точки: 1) максимальную скорость; 2) максимальное ускорение. Ответ:1) 12,6 см/с; 2) 15,8 см/с2.

5. 4.      Материальная точка совершает колебания согласно уравнению x = Asinωt. В какой-то момент времени смещение точки x= 15см. При возрастании фазы колебаний в два раза смещение x2 оказалось равным 24 см. Определить амплитудуА колебаний. Ответ: 25 см.

5. 5.      Материальная точка совершает гармонические колебания согласно уравнению , м. Определить: 1) амплитуду колебаний; 2) период колебаний; 3) начальную фазу колебаний; 4) максимальную скорость точки; 5) максимальное ускорение точки; 6) через сколько времени после начала отсчета точка будет проходить через положение равновесия. Ответ:1) 2 см, 2) 2 с; 3) π/2; 4) 6,28 см/с; 5) 19,7 см/с2; 6) t = m, где m = 0, 1, 2, ....

5. 6.      Материальная точка, совершающая гармонические колебания с частотой ν = 1 Гц, в момент времени = 0 проходит положение, определяемое координатой хо = 5 см, со скоростью υо = 15 см/с. Определить амплитуду колебаний. Ответ: 5,54 см.

5. 7.      Определить максимальные значения скорости и ускорения точки, совершающей гармонические колебания с амплитудой А = 3 см и периодом Т = 4 с. Ответ: υmax = 4,71 см/с2; аmax = 7,4 см/с2.

5. 8.      Тело массой m= 10 г совершает гармонические колебания по закону x = 0,1 cos (4πt + π/4) м. Определить максимальные значения: 1) возвращающей силы; 2) кинетической энергии. Ответ:1) 0,158 Н; 2) 7,89 мДж.

5. 9.      Материальная точка массой = 50 г совершает гармонические колебания согласно уравнению  м. Определить: 1) возвращающую силу F для момента времени = 0,5 с; 2) полную энергию E точки. Ответ:1) 78,5 мН; 2) 5,55 мДж.

5. 10.Материальная точка массой m = 20 г совершает гармонические колебания по закону = 0,1cos(4πt + π/4) м. Определить полную энергию Е этой точки. Ответ: 15,8 мДж.

5. 11.Полная энергия Е гармонически колеблющейся точки равна 10 мкДж, а максимальная сила Fmax, действующая на точку, равна -0,5 мН. Написать уравнение движения этой точки, если период Т колебаний равен 4 с, а начальная фаза φ = π/6. Ответ: x = 0,04cos(), м.

5. 12.Определить отношение кинетической энергии Т точки, совершающей гармонические колебания, к ее потенциальной энергии П, если известна фаза колебания. Ответ: tg20t + φ).

5. 13.Груз, подвешенный к спиральной пружине, колеблется по вертикали с амплитудой А = 8 см. Определить жесткость kпружины, если известно, что максимальная кинетическая энергия Тmах груза составляет 0,8 Дж. Ответ: 250 Н/м.

5. 14.Материальная точка колеблется согласно уравнению x = Acosωt, где А = 5 см и ω = π/12 с-1. Когда возвращающая сила Fв первый раз достигает значения — 12мН, потенциальная энергия П точки оказывается равной 0,15 мДж. Определить: 1) этот момент времени t; 2) соответствующую этому моменту фазу ωt. Ответ:1) 4с; 2) π/3.

5. 15.Груз, подвешенный к спиральной пружине, колеблется по вертикали с амплитудой А = 6 см. Определить полную энергию E колебаний груза, если жесткость k пружины составляет 500 Н/м. Ответ: 0,9 Дж.

5. 16.Спиральная пружина обладает жесткостью k = 25 Н/м. Определить, тело какой массой m должно быть подвешено к пружине, чтобы за t = 1 мин совершалось 25 колебаний. Ответ: 3,65 кг.

5. 17.Если увеличить массу груза, подвешенного к спиральной пружине, на 600 г, то период колебаний груза возрастает в 2 раза. Определить массу первоначально подвешенного груза. Ответ: 0,2 кг.

5. 18.При подвешивании грузов массами m1 = 600 г и m2 = 400 г к свободным пружинам последние удлинились одинаково (= 10 см). Пренебрегая массой пружин, определить: 1) периоды колебаний грузов; 2) какой из грузов при одинаковых амплитудах обладает большей энергией и во сколько раз. Ответ: 1) T1= Т2= 0,63 с; 2) груз большей массы, в 1,5 раза.

5. 19.Физический маятник представляет собой тонкий однородный стержень длиной 35 см. Определить, на каком расстоянии от центра масс должна быть точка подвеса, чтобы частота колебаний была максимальной. Ответ: 10,1 см.

5. 20.Однородный диск радиусом R = 20 см колеблется около горизонтальной оси, проходящей на расстоянии = 15 см от центра диска. Определить период Т колебаний диска относительно этой оси. Ответ: 1,07 с.

5. 21.Тонкий обруч радиусом R = 50 см подвешен на вбитый в стену гвоздь и колеблется в плоскости, параллельной стене. Определить период Т колебаний обруча. Ответ: 2 с.

5. 22.Тонкий однородный стержень длиной l = 60 см может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через верхний конец стержня. Стержень отклонили на угол α= 0,01 рад и в момент времени t0 = 0 отпустили. Считая колебания малыми, определить период колебаний стержня и записать функцию α(t). Ответ: 1,27 с, α(t) = 0,01 cos1,57πt рад.

5. 23.Тонкий однородный стержень длиной l = 60 см может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, отстоящей на расстоянии = 15 см от его середины. Определить период колебаний стержня, если он совершает малые колебания. Ответ: 2,2 с.

5. 24.Математический маятник, состоящий из нити длиной = 1 м и свинцового шарика радиусом r = 2 см, совершает гармонические колебания с амплитудой А = 6 см. Определить: 1) скорость шарика при прохождении им положения равновесия; 2) максимальное значение возвращающей силы. Плотность свинца ρ = 11,3 г/см3. Ответ:1) 0,186 м/с; 2) 69,5 мН.

5. 25.Два математических маятника имеют одинаковые массы, длины, отличающиеся в n = 1,5 раза, и колеблются с одинаковыми угловыми амплитудами. Определить, какой из маятников обладает большей энергией и во сколько раз. Ответ: Маятник большей длины, в 1,5 раза.

5. 26.Два математических маятника, длины которых отличаются на Δ= 16 см, совершают за одно и то же время один n1 = 10 колебаний, другой — n2 = 6 колебаний. Определить длины маятников l1 и l2. Ответ: l1 = 9 см, l2= 25 см.

5. 27.Математический маятник длиной l = 50 см подвешен в кабине самолета. Определить период Т колебаний маятника, если самолет движется: 1) равномерно; 2) горизонтально с ускорением = 2,5 м/с2. Ответ:1) 1,42 с; 2) 1,4 с.

5. 28.Математический маятник длиной l = 1 м подвешен к потолку кабины, которая начинает опускаться вертикально вниз с ускорением a1 = g/4. Спустя время t1 = 3 с после начала движения кабина начинает двигаться равномерно, а затем в течение 3 с тормозится до остановки. Определить: 1) периоды Т1, Т2, Т3 гармонических колебаний маятника на каждом из участков пути; 2) период T4 гармонических колебаний маятника при движении точки подвеса в горизонтальном направлении с ускорением а4 = g/4. Ответ: Т1 = 2,32 с, Т2 = 2,01 с, Т3= 1,79 с, Т4 = 0,621 с.

5. 29.Два одинаково направленных гармонических колебания одинакового периода с амплитудами А1 = 4 см и А2 = 8 см имеют разность фаз φ = 45°. Определить амплитуду результирующего колебания. Ответ: 11,2 см.

5. 30.Амплитуда результирующего колебания, получающегося при сложении двух одинаково направленных гармонических колебаний одинаковой частоты, обладающих разностью фаз φ = 60°, равна А = 6 см. Определить амплитуду А2 второго колебания, если A1 = 5 cм. Ответ: 1,65 см.

5. 31.Определить разность фаз двух одинаково направленных гармонических колебаний одинаковых частоты и амплитуды, если амплитуда их результирующего колебания равна амплитудам складываемых колебаний. Ответ:120°.

5. 32.Разность фаз двух одинаково направленных гармонических колебаний одинакового периода Т = 4 с и одинаковой амплитуды А = 5 см составляет π/4. Написать уравнение движения, получающегося в результате сложения этих колебаний, если начальная фаза одного из них равна нулю. Ответ: , см.

5. 33.Складываются два гармонических колебания одного направления, описываемых уравнениями х1 = 3cos2πt см иx2 = 3соs(2πt+ π/4) см. Определить для результирующего колебания: 1) амплитуду; 2) начальную фазу. Записать уравнение результирующего колебания и представить векторную диаграмму сложения амплитуд. Ответ: 1) 5,54 см; 2) π/8; , см.

5. 34.Частоты колебаний двух одновременно звучащих камертонов настроены соответственно на 560 и 560,5 Гц. Определить период биений. Ответ: 2 с.

5. 35.В результате сложения двух колебаний, период одного из которых t1 = 0,02 с, получают биения с периодом Тб = 0,2 с. Определить период Т2 второго складываемого колебания. Ответ: 22,2 мс.

5. 36.Складываются два гармонических колебания одного направления, имеющие одинаковые амплитуды и одинаковые начальные фазы, с периодами Т1 = 2 с и Т2 = 2,05 с. Определить: 1) период результирующего колебания; 2) период биения. Ответ: 1) 2,02 с; 2) 82 с.

5. 37.Результирующее колебание, получающееся при сложении двух гармонических колебаний одного направления, описывается уравнением вида x = Acos t cos 45t (t — в секундах). Определить: 1) циклические частоты складываемых колебаний; 2) период биений результирующего колебания. Ответ:1) ω1 = 46 c-1, ω2 = 45 с-1; 2) Т = 6,28 с.

5. 38.Точка участвует одновременно в двух гармонических колебаниях, происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях и описываемых уравнениями x = 3cosωt, см и у = 4cosωt, см. Определить уравнение траектории точки и вычертить ее с нанесением масштаба. Ответ: y= 4х/3.

5. 39.Точка участвует одновременно в двух гармонических колебаниях, происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях и описываемых уравнениями x = 3cos2ωt, см и у = 4cos(2ωt + π), см. Определить уравнение траектории точки и вычертить ее с нанесением масштаба. Ответ: у= —4х/3.

5. 40.Точка участвует одновременно в двух гармонических колебаниях, происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях и описываемых уравнениями x = Asin ωt и Bcos ωt, где А, В и ω — положительные постоянные. Определить уравнение траектории точки, вычертить ее с нанесением масштаба, указав направление ее движения по этой траектории. Ответ: х2/А2+ у2/В2= 1, по часовой стрелке.

7.1.        Азот массой m = 10 г находится при температуре Т = 290 К. Определить: 1) среднюю кинетическую энергию одной молекулы азота; 2) среднюю кинетическую энергию вращательного движения всех молекул азота. Газ считать идеальным. Ответ: 1) 10-20 Дж; 2) 860 Дж.

7.2.         Кислород массой m = 1 кг находится при температуре Т = 320 К. Определить: 1) внутреннюю энергию молекул кислорода; 2) среднюю кинетическую энергию вращательного движения молекул кислорода. Газ считать идеальным. Ответ: 1) 208 кДж; 2) 83,1 кДж.

7.3.         В закрытом сосуде находится смесь азота массой m1 = 56 г и кислорода массой m2 = 64 г. Определить изменение внутренней энергии этой смеси, если ее охладили на 20°. Ответ: 1,66 кДж.

7.4.         Считая азот идеальным газом, определить его удельную теплоемкость: 1) для изобарного процесса; 2) для изохорного процесса. Ответ: 1) cV = 742 Дж/(кг.К); 2) cр = 1,04 кДж/(кг.К).

7.5.         Определить удельные теплоемкости cV и cр, если известно, что некоторый газ при нормальных условиях имеет удельный объем V= 0,7 м3/кг. Что это за газ? Ответ: cV = 649 Дж/(кг·К), ср = 909 Дж/(кг·К).

7.6.         Определить удельные теплоемкости cv и ср смеси углекислого газа массой m1 = 3 г и азота массой m2 = 4 г. Ответ:cV = 667 Дж/(кг.К), сp = 918 Дж/(кг.К).

7.7.         Определить показатель адиабаты г для смеси газов, содержащей гелий массой m1  = 8 г и водород массой m2 = 2 г Ответ: 1,55.

7.8.         Применяя первое начало термодинамики и уравнение состояния идеального газа, показать, что разность удельных теплоемкостей ср —  cV = R/M.

7.9.         Кислород массой 32 г находится в закрытом сосуде под давлением 0,1 МПа при температуре 290 К. После нагревания давление в сосуде повысилось в 4 раза. Определить: 1) объем сосуда; 2) температуру, до которой газ нагрели; 3) количество теплоты, сообщенное газу. Ответ: 1) 2,4.10-2 м3; 2) 1,16 кК; 3) 18,1 кДж.

7.10.   Определить количество теплоты, собщенное газу, если в процессе изохорного нагревания кислорода объемом V = 20 л его давление изменилось на ΔP = 100 кПа. Ответ: 5 кДж.

7.11.   Двухатомный идеальный газ (ν = 2 моль) нагревают при постоянном объеме до температуры T1 = 289 К. Определить количество теплоты, которое необходимо сообщить газу, чтобы увеличить его давление в n = 3 раза. Ответ: 24 кДж.

7.12.   При изобарном нагревании некоторого идеального газа (ν = 2 моль) на ΔT = 90 К ему было сообщено количество теплоты 2,1 кДж. Определить: 1) работу, совершаемую газом; 2) изменение внутренней энергии газа; 3) величину γ = Cp / CV. Ответ: 1) 1,5кДж; 2) 0,6 кДж; 3) 1,4.

7.13.   Азот массой m = 280 г расширяется в результате изобарного процесса при давлении P = 1 МПа. Определить: 1) работу расширения; 2) конечный объем газа, если на расширение затрачена теплота Q = 5 кДж, а начальная температура азотаT1 = 290 К. Ответ: А = 1,43 кДж; V2= 0,026 м3.

7.14.   Кислород объемом 1 л находится под давлением 1 МПа. Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы: 1) увеличить его объем вдвое в результате изобарного процесса; 2) увеличить его давление вдвое в результате изохорного процесса. Ответ: 1) 3,5 кДж; 2) 2,5 кДж.

7.15.   Некоторый газ массой m = 5 г расширяется изотермически от объема V1 до объема V2 = 2V1. Работа расширения А = 1 кДж. Определить среднюю квадратичную скорость молекул газа. Ответ: 930 м/с.

7.16.   Азот массой m = 14 г сжимают изотермически при температуре Т = 300 К от давления P1 = 100 кПа до давленияP2 = 500 кПа. Определить: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу сжатия; 3) количество выделившейся теплоты. Ответ: 1) 0; 2) —2,01 кДж; 3) 2,01 кДж.

7.17.   Некоторый газ массой 1 кг находится при температуре Т = 300 К и под давлением P1 = 0,5 МПа. В результате изотермического сжатия давление газа увеличилось в два раза. Работа, затраченная на сжатие, А = —432 кДж. Определить: 1) какой это газ; 2) первоначальный удельный объем газа. Ответ: 2) 1,25 м3/кг.

7.18.   Азот массой m = 50 г находится при температуре T1= 280 К. В результате изохорного охлаждения его давление уменьшилось вn= 2 раза, а затем в результате изобарного расширения температура газа в конечном состоянии стала равной первоначальной. Определить: 1) работу, совершенную газом; 2) изменение внутренней энергии газа. Ответ: 1) 2,08 кДж; 2) 0.

7.19.   Работа расширения некоторого двухатомного идеального газа составляет А = 2 кДж. Определить количество подведенной к газу теплоты, если процесс протекал: 1) изотермически; 2) изобарно. Ответ: 1) 3 кДж; 2) 7 кДж.

7.20.   При адиабатическом расширении кислорода (ν = 2 моль), находящегося при нормальных условиях, его объем увеличился в n = 3 раза. Определить: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу расширения газа. Ответ: 1) —4,03 кДж; 2) 4,03 кДж.

7.21.   Азот массой m = 1 кг занимает при температуре T1 = 300 К объем V1 = 0,5 м3. В результате адиабатического сжатия давление газа увеличилось в 3 раза. Определить: 1) конечный объем газа; 2) его конечную температуру; 3) изменение внутренней энергии газа. Ответ: 1) 0,228 м3; 2) 411 К; 3) 82,4 кДж.

7.22.   Азот, находившийся при температуре 400 К, подвергли адиабатическому расширению, в результате которого его объем увеличился в n = 5 раз, а внутренняя энергия уменьшилась на 4 кДж. Определить массу азота. Ответ: 28 г.

7.23.   Двухатомный идеальный газ занимает объем V1 = 1 л и находится под давлением P1 = 0,1 МПа. После адиабатического сжатия газ характеризуется объемом V2 и давлением P2. В результате последующего изохор-ного процесса газ охлаждается до первоначальной температуры, а его давление P3 = 0,2 МПа. Определить: 1) объем V2; 2) давление P2. Начертить график этих процессов. Ответ: 1) 0,5л; 2) 264 кПа.

7.24.   Кислород, занимающий при давлении P1 = 1 МПа объем V1= 5 л, расширяется в n = 3 раза. Определить конечное давление и работу, совершенную газом. Рассмотреть следующие процессы: 1) изобарный; 2) изотермический; 3) адиабатический. Ответ: 1) 1 МПа, 10 кДж; 2) 0,33 МПа, 5,5 кДж; 3) 0,21 МПа, 4,63 кДж.

7.25.   Рабочее тело — идеальный газ — теплового двигателя совершает цикл, состоящий из последующих процессов: изобарного, адиабатического и изотермического.

7.26.   В результате изобарного процесса газ нагревается от T1 = 300 К до Т2 = 600 К. Определить термический к.п.д. теплового двигателя. Ответ: 30,7 %.

7.27.   Азот массой 500 г, находящийся под давлением P1 = 1 МПа при температуре T1= 127 °С, подвергли изотермическому расширению, в результате которого давление газа уменьшилось в n = 3 раза. После этого газ подвергли адиабатическому сжатию до начального давления, а затем он был изобарно сжат до начального объема. Построить график цикла и определить работу, совершенную газом за цикл. Ответ: —11,5 кДж.

7.28.   Идеальный газ, совершающий цикл Карно, 70 % количества теплоты, полученной от нагревателя, отдает холодильнику. Количество теплоты, получаемое от нагревателя, равно 5 кДж. Определить: 1) термический к.п.д. цикла; 2) работу, совершенную при полном цикле. Ответ: 1) 30%; 2) 1,5 кДж.

7.29.   Идеальный газ совершает цикл Карно. Газ получил от нагревателя количество теплоты 5,5 кДж и совершил работу 1,1 кДж. Определить: 1) термический к.п.д. цикла; 2) отношение температур нагревателя и холодильника. Ответ: 1) 20%; 2) 1,25.

7.30.   Идеальный газ совершает цикл Карно, термический к.п.д. которого равен 0,4. Определить работу изотермического сжатия газа, если работа изотермического расширения составляет 400 Дж. Ответ: —240 Дж.

7.31.   Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя Т1 = 500 К, холодильника Т2 = 300 К. Работа изотермического расширения газа составляет 2 кДж. Определить: 1) термический к.п.д. цикла; 2) количество теплоты, отданное газом при изотермическом сжатии холодильнику. Ответ: 1) 40 %; 2) 0,6 кДж.

7.32.   Многоатомный идеальный газ совершает цикл Карно, при этом в процессе адиабатического расширения объем газа увеличивается в n = 4 раза. Определить термический к.п.д. цикла. Ответ: 37 %.

7.33.   Во сколько раз необходимо увеличить объем V = 5 моль идеального газа при изотермическом расширении, если его энтропия увеличилась на 57,6 Дж/К? Ответ: 4.

7.34.   При нагревании двухатомного идеального газа (ν = 3 моль) его термодинамическая температура увеличилась в n = 2 раза. Определить изменение энтропии, если нагревание происходит: 1) изохорно; 2) изобарно. Ответ: 1) 28,8 Дж/К; 2) 40,3 Дж/К.

7.35.   Идеальный газ (ν = 2 моль) сначала изобарно нагрели, так что объем газа увеличился в n1 = 2 раза, а затем изохорно охладили, так что давление его уменьшилось в n = 2 раза. Определить приращение энтропии в ходе указанных процессов. Ответ: 11,5 Дж/К.

7.36.   Азот массой 28 г адиабатически расширили в n = 2 раза, а затем изобарно сжали до первоначального объема. Определить изменение энтропии газа в ходе указанных процессов.

Ответ: —0,2 Дж/К.

8.1.        Кислород (ν = 10 моль) находится в сосуде объемом V = 5 л. Определить: 1) внутреннее давление газа; 2) собственный объем молекул Поправки а и b принять равными соответственно 0,136 Н.м4/моль2 и 3,17.10-5 м3/моль. Ответ: 1) 544 кПа; 2) 79,3 см3.

8.2.        Углекислый газ массой 6,6 кг при давлении 0,1 МПа занимает объем 3,75 м3. Определить температуру газа, если: 1) газ реальный; 2) газ идеальный. Поправки a и b принять равными соответственно 0,361 Н.м4/моль2 и 4,28.10-5 м3/моль. Ответ: 1) 302 К; 2) 301 К.

8.3.        Углекислый газ массой 2,2 кг находится при температуре 290 К в сосуде вместимостью 30 л. Определить давление газа, если: 1) газ реальный; 2) газ идеальный. Поправки a и b принять равными соответственно 0,361 Н.м4/моль2 и 4,28.10-5м3/моль. Ответ: 1) 3,32 МПа; 2) 4,02 МПа.

8.4.        Плотность азота ρ = 140 кг/м3, его давление P = 10 МПа. Определить температуру газа, если: 1) газ реальный; 2) газ идеальный. Поправки a и b принять равными соответственно 0,135 Н.м4/моль2 и 3,86.10-5 м3/моль. Ответ: 1) 260 К; 2) 241 К.

8.5.        Азот (ν = 3 моль) расширяется в вакуум, в результате чего объем газа увеличивается от V1 = 1 л до V2 = 5 л. Какое количество теплоты Q необходимо сообщить газу, чтобы его температура осталась неизменной? Поправку a принять равной 0,135 Н.м4/моль2. Ответ: 972 Дж.

8.6.        Углекислый газ массой 88 г занимает при температуре 290 К объем 1000 см3. Определить внутреннюю энергию газа, если: 1) газ идеальный; 2) газ реальный. Поправку а принять равной 0,361 Н.м4/моль2. Ответ: 1) 14,5 кДж; 2) 13 кДж.

8.7.        Кислород (ν = 2 моль) занимает объем V1 = 1 л. Определить изменение температуры кислорода, если он адиабатически расширяется в вакууме до объема V2 = 10 л. Поправку a принять равной 0,136 Н.м4/моль2. Ответ: —11,8 К.

8.8.        Азот (ν = 2 моль) адиабатически расширяется в вакуум. Температура газа при этом уменьшается на 1 К. Определить работу, совершаемую газом против межмолекулярных сил притяжения. Ответ: 83,1 Дж.

8.9.        Кислород (ν = 1 моль) (реальный газ), занимавший при T1 = 400 К объем V1 = 1 л, расширяется изотермически до V2= 2V1. Определить: 1) работу при расширении; 2) изменение внутренней энергии газа. Поправки a и b принять равными соответственно 0,136 Н·м4/моль2 и 3,17·10-5 м3/моль. Ответ: 1) 2,29 кДж; 2) 68 Дж.

8.10.   Определить радиус R капли спирта, вытекающей из узкой вертикальной трубки радиусом r = 1 мм. Считать, что в момент отрыва капля сферическая. Поверхностное натяжение спирта σ = 22 мН/м, а его плотность ρ = 0,8 г/см3. Ответ: 1,61 мм.

8.11.   Давление воздуха внутри мыльного пузыря на ΔP = 200 Па больше атмосферного. Определить диаметр d пузыря. Поверхностное натяжение мыльного раствора σ = 40 мН/м. Ответ: 1,6 мм.

8.12.   Воздушный пузырек диаметром d = 0,02 мм находится на глубине h = 25 см под поверхностью воды. Определить давление воздуха в этом пузырьке. Атмосферное давление принять нормальным. Поверхностное натяжение воды σ = 73 мН/м, а ее плотность ρ = 1 г/см3. Ответ: 118 кПа.

8.13.   Вертикальный капилляр погружен в воду. Определить радиус кривизны мениска, если высота столба воды в трубкеh = 20 мм. Плотность воды ρ = 1 г/см3, поверхностное натяжение σ = 73мН/м. Ответ: 744мкм.


Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 01.10.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров742
Номер материала ДВ-023414
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх