- •Федеральное агентство по образованию
- •В.М. Полунин, г.Т. Сычёв Сборник тестовых задач по физике
- •Часть 1
- •Оглавление
- •От авторов
- •Введение
- •Общие методическиеУказания к решению задач и выполнению контрольных заданий
- •1. Физические основы механики
- •1.1. Примеры решения задач
- •Решением этого уравнения является выражение вида
- •Решением этого уравнения является выражение вида
- •1.2. Задачи первого уровня сложности для самостоятельного решения
- •2. Физические основы механики
- •2.1. Примеры решения задач
- •По закону сохранения энергии
- •2.2. Задачи первого уровня сложности для самостоятельного решения
- •3. Основы молекулярной физики и термодинамики
- •3.1. Примеры решения задач
- •Окончательно
- •Из него
- •С учетом последнего соотношения, для молярной массы смеси имеем:
- •Данное уравнение является общей формой записи закона распределения скоростей молекул, справедливой для любых интервалов скоростей.
- •Подставив эти значения и выполнив вычисление, получим
- •Однако это выражение еще не является ответом, так как Aвн есть сумма двух работ: работы a силы, приложенной к поршню (например, силы руки), и работы Aатм силы атмосферного давления, т.Е.
- •С учетом этого будем иметь
- •После сокращений на a/27b и в правой части на r получим
- •Подставив значения величин в си и произведя вычисление, получим
- •Таким образом:
- •3.2. Задачи первого уровня сложности для самостоятельного решения
- •Рекомендательный список литературы Основной
- •Дополнительный
- •Физические основы механики. Основные понятия, определения и законы п 1.1. Кинематика и динамика
- •9) Полное ускорение a:
- •10) Среднее ускорение при неравномерном движении:
- •1) В подвижной
- •2) В неподвижной
- •Вслучае переменной массы
- •П 1.2. Волновые процессы. Акустика
- •П 1.3. Энергия, работа, мощность. Законы сохранения в механике
- •П 1.4. Поле тяготения. Движение в поле центральных сил.
- •П 1.5. Основы специальной теории относительности
- •Основы молекулярной физики
- •1) Произвольной поверхности
- •П 2.2. Основные понятия, определения и законы молекулярной физики и термодинамики
- •П 2.3. Статистический метод исследования
- •П 2.4. Основы термодинамики
- •П 2.5. Реальные газы. Фазовые равновесия и превращения
- •П 2.6. Кинетические явления
- •Правила приближённых вычислений
- •Основные физические постоянные (округленные значения)
- •Некоторые астрономические величины
- •Плотность некоторых газов (при нормальных условиях)
- •Свойства некоторых жидкостей (при 20 0с)
- •Свойства некоторых твердых тел
- •Теплопроводность некоторых твердых тел (веществ)
- •Эффективный диаметр молекул, динамическая вязкость, и теплопроводность некоторых газов при нормальных условиях
- •Критические параметры и поправки Ван дер Ваальса
1) Произвольной поверхности
,
где R1иR2– радиусы кривизны поверхностного слоя жидкости;
2) сферической поверхности
,
где R– радиус сферы;
3) цилиндрической поверхности
,
где R– радиус цилиндрической поверхности.
Формула Лапласа для дополнительного давления(для пузырька, который не заполнен жидкостью, например мыльного) в случае:
1) сферической поверхности
;
2) цилиндрической поверхности
.
Условие равновесия капли на поверхности другой жидкости:
12+23=13,
где 12– коэффициент поверхностного натяжения между жидкостью капли и жидкостью, на которой она находится;
13– коэффициент поверхностного натяжения между жидкостью, на которой находится капля, и воздухом;
23– коэффициент поверхностного натяжения между жидкостью капли и воздухом.
Условие равновесия капли на поверхности твердого тела:
12+23cos=13,
где 12– коэффициент поверхностного натяжения между жидкостью капли и твердым телом;
13– коэффициент поверхностного натяжения между твердым телом и воздухом;
23– коэффициент поверхностного натяжения между жидкостью капли и воздухом;
– краевой угол (угол между касательными к поверхности жидкости и твердого тела).
Условие смачивания (краевой угол острый):
12+23cos13.
Условие абсолютного смачивания:
12+23cos13.
Условие не смачивания (краевой угол тупой):
1223cos+13.
Условие абсолютного не смачивания:
1223cos+13.
Капиллярные явления (капиллярность)– изменение высоты уровня жидкости в узких трубах (капиллярах) или зазорах между двумя стенками.
Условие капиллярности:
p=p,
где – дополнительное давление, возникающее за счет кривизны поверхности жидкости при капиллярности;
p=gh – давление;
– радиус мениска;
r – радиус капилляра;
– краевой угол.
Высота подъема (опускания) жидкости в капиллярах:
.
Высота подъема (опускания) жидкости в узком зазоре между погруженными в жидкость параллельными пластинами:
,
где d– расстояние между пластинами.
Давление внутри жидкости во всех точках, расположенных на одном уровне(при механическом равновесии, если жидкость находится в поле тяготения):
p=const.
Давление в жидкости на двух разных уровнях(при механическом равновесии; жидкость находится в поле тяготения) отличается на величину, равную весу вертикального столба жидкости, заключенного между этими уровнями, с площадью сечения, равного единице:
p2=p1+gh,
где p1,p2– давления жидкости на соответствующих уровнях;
h– высота между слоями.
Закон Архимеда: «На тело, погруженное в жидкость (или газ), находящееся в механическом равновесии, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости (газа), направленная по вертикали вверх и приложенная к центру масс вытесненного объема»:
.
Поток жидкости– совокупность частиц, движущейся жидкости.
Линия тока жидкости– линия, касательная к которой совпадает с направлением скорости частицы жидкости в рассматриваемый момент времени и в данной точке пространства. Линии тока жидкости служат для графического отображения потока жидкости.
Трубка тока– часть жидкости, ограниченная линиями тока.
Установившееся (стационарное) течение жидкости– движение жидкости, при котором форма и расположение линий тока, а также значения скоростей частиц жидкости в каждой их точке не изменяются со временем.
Неустановившееся (нестационарное) течение жидкости– движение жидкости, при котором не выполняются условия стационарного движения.
Математическая форма записи теоремы (уравнения) о неразрывности (непрерывности струи) для несжимаемой жидкости:
Sv=const,
где S– площадь сечения трубки тока;
v– скорость жидкости.
Уравнение Бернулли для стационарно текущей идеальной жидкости (для жидкостей с малой вязкостью):
,
где – плотность жидкости;
v – скорость течения жидкости;
h – высота, на которой находится некоторое сечение трубки тока;
p – давление жидкости на уровне этих сечений.
Закон изменение давления жидкости для двух сечений (с изменением высоты h сечений) при v1=v2:
.
Закон изменение давления жидкости для горизонтального потока (h1=h2):
,
где p – давление, не зависящее от скорости (статическое давление жидкости);
–давление, зависящее от скорости (динамическое давление), которое показывает, на какую величину изменяется статическое давление при остановке движущегося потока жидкости.
Полное давление потока жидкости – сумма статического и динамического давлений.
Монометрические трубки (трубки Пито)– приборы, с помощью которых измеряют статическое и полное давление жидкости.
Скорость течения вязкой жидкости в трубе:
,
где p1, p2 – давления двух сечений трубы;
R – радиус трубы;
r – расстояние от центра трубы до рассматриваемой трубки тока;
– коэффициент вязкости жидкости; l – расстояние между сечениями трубы.
Формула Пуазейля для определения объема жидкости, прошедшего через сечения трубы:
.
Ламинарное (слоистое) течение жидкости – когда жидкость как бы разделяется на слои, скользящие относительно друг друга, не перемешиваясь. Ламинарное течение жидкости стационарно.
Турбулентное течение жидкости– когда происходит энергичное перемешивание жидкости. В этом случае скорость частиц в каждом месте изменяется хаотично, течение – нестационарное.
Число Рейнольдса определяет характер течения жидкости:
,,
где – плотность жидкости;
v – средняя по сечению скорость движения жидкости;
l – характерный для поперечного сечения размер;
– динамическая вязкость;
– кинематическая вязкость.