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

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 s₁ = At + Bt² и s₂ = Ct+ Dt² + 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 υ₁ = 16 км/ч, вторую половину времени - со скоростью υ₂ = 12 км/ч. Определить среднюю скорость движения велосипедиста. Ответ: 14 км/ч.

1. 4. Велосипедист проехал первую половину пути со скоростью υ₁ = 16 км/ч, вторую половину пути - со скоростью υ₂ = 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 υ₃ = 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 υ_o= 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 υ_o = 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 υ_{o=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 υ_o = 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 υ_o = 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 = A-Bt + 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 υ_o. Определить ускорение тела, если за время t = 2 c оно прошло путь s= 16 м и его скорость υ = 3 υ_o. 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+ B₁t² + C₁t³ и x₂ = A₂t+ В₂t² + С₂t³, где В₁ = 4 м/с², C₁ = -3 м/с³, В₂ = -2 м/с², С₂ = 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 С₁ = -2 м/с², С₂ = 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 а_n = 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 t₂ = 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 - Bt² + Ct³ (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 а_τ = 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 t = 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 = 60^о). 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 а_τ. К концу четвертого оборота после начала движения линейная скорость точки υ= 15 см/с. Определить нормальное ускорение а_n 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 a_τ; 2) нормальное ускорение а_n; 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 m₂ = 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 1 = 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 m = 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 υ_o, разрывается на два одинаковых осколка в верхней точке траектории на расстоянии ℓ (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 = 4ℓ.

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 m₁ = 5 т вылетает снаряд массой m₂ = 100 кг. Кинетическая энергия снаряда при вылетеW_к2 = 7,5 МДж. Какую кинетическую энергию W_к1 получает орудие вследствие отдачи? Ответ: 150 кДж.

2. 14.На железнодорожной платформе, движущейся по инерции со скоростью υ_o = 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 υ₁ = 50 м/с; 2) скорость υ₂, которую достигнет ракета, если масса заряда m_o= 0,2 кг. Ответ: 1) 0,66 с; 2) 220 м/с.

2. 19.Стальной шарик массой m= 20 г, падая с высоты h₁ = 1 м на стальную плиту, отскакивает от нее на высотуh₂ = 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: 60^о.

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: s = 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) A_{F= 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 υ_{o= 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 υ_o = 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: П₁|П₂=k₂│k1.

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 υ_o= 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 υ_o=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 υ_{o= 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 R = 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 х_{о= 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 m = 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 m_{2= 12 кг подвешены на нитях длинойl = 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:J = 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 l = 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: Т₁ = 16 Дж, Т₂ = 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=m(υ₁²- υ'₁²) = 0,48 Дж.

3. 7. Однородный стержень длиной l = 1 м и массой m = 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 F = 30 H. Определить кинетическую энергию диска через время t = 4 с после начала действия силы. Ответ: 1,44 кДж.

3. 9. Маховое колесо, момент инерции которого J = 245 кг·м², вращается с частотой n=20 об/с. Через время t = 1 мин после того, как на колесо перестал действовать момент сил М, оно остановилось. Найти момент сил трения М_тр 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: a = ²/3gsinα.

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

3. 15.Частота вращения n_o 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 n_{0= 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/с}²_{, 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 R = 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 R = 20 см, момент инерции которого J = 0,15 кг·м², намотана легкая нить, к концу которой прикреплен груз массой m = 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 n = 5 об/с, W_{к= 60 Дж. Найти момент импульса L вала. Ответ: 3,8 кг·м}²_/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: ω_с= ω_к=14 рад/с; υ_с=1,05 м/с, υ_к=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 t_{1= 10 с после начала движения момент импульса L1 маховика составлял 60кг·м}²_{/с. Ответ: 1) Ек = 75 Дж.}

3. 25.Горизонтальная платформа массой m = 25 кг и радиусом R= 0,8 м вращается с частотой n₁ = 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 J_{2= 1 кг·м}²_{. 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 n_{1= 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 n_{1= 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 l = 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 D = 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 υ_max точки; 3) максимальное ускорение а_max точки. Ответ:1) Т = 4 с; 2) υ_max = 4,71 м/с, 3) а_max =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 x₁ = 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 t = 0 проходит положение, определяемое координатой х_о = 5 см, со скоростью υ_о = 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: υ_max = 4,71 см/с²; а_max = 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 m = 50 г совершает гармонические колебания согласно уравнению м. Определить: 1) возвращающую силу F для момента времени t = 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 x = 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 F_max, 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: tg²(ω₀t + 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 Т_mах 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 (l = 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) T_{1= 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 l = 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_o = 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 x = 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 l = 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 Δl = 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, l_{2= 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 a = 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 Т_б = 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 y = 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/А^{2+ 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) c_V = 742 Дж/(кг^.К); 2) c_р = 1,04 кДж/(кг^.К).

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

7.6. Определить удельные теплоемкости c_v и с_р смеси углекислого газа массой m₁ = 3 г и азота массой m₂ = 4 г. Ответ:c_V = 667 Дж/(кг^.К), с_p = 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 с_р - c_V = 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 = C_p / C_V. 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 T_{1= 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 V_{1= 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 T_{1= 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.