Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Контрольна работа №1.docx
Скачиваний:
90
Добавлен:
12.06.2015
Размер:
285.67 Кб
Скачать

Задача 5.1.5

Точка совершает гармонические колебания, уравнение которых x=A·sinωt , где А =5 см, ω=2 с-1. В момент времени, когда точка обладала потенциальной энергией равной 10-4 Дж, на нее действовала возвращающая сила 5·10-3Н. Найти этот момент времени и соответствующую ему фазу колебаний.

Дано: А = 5 см = 510-2 м, ω = 2 с-1, ,.

Решение:

Дифференцируя заданное уравнение колебаний, находим выражения для скорости и ускорения точки:

, (1)

. (2)

Если обозначит массу точки как m, то закон изменения возвращающей силы, с учётом (2), будет выглядеть так:

. (3)

Закон изменения потенциальной энергии будет выглядеть так:

. (4)

С учётом (3) выражение (4) можно записать так:

. (5)

Из (5) находим момент времени, когда возвращающая сила и потенциальная энергия достигают заданные значения (учитываем, что величина синуса отрицательна при аргументах в интервале от  до 2):

.

Соответствующая фаза: .

Поверка размерностей:

;

или .

Задача 5.1.6

Водород в количестве 0,5 моль находится при температуре 300 К. Найти среднюю кинетическую энергию вращательного движения одной молекулы, а также суммарную кинетическую энергию всех молекул этого газа.

Дано:

Найти:

Решение:

Средняя кинетическая энергия вращательного движения одной молекулы равна где- постоянная Больцмана,- число вращательных степеней свободы молекулы.

Для жесткой двухатомной молекулы , следовательно,

Суммарная кинетическая энергия всех молекул газа равна гдеNчисло молекул газа, iобщее число степеней свободы молекулы.

Учитывая, что число молекул где- постоянная Авогадро, а число степеней свободыi = 5 (двухатомный газ), получаем:

Поверка размерностей: ,

.

Ответ:

Задача 5.1.7

10 г кислорода, находящегося при 0° С и давлении 105 Па, сжимаются до объема 1,4 л. Найти давление и температуру кислорода после сжатия, если: а) кислород сжимается изотермически, б) кислород сжимается адиабатически. Определить работу сжатия в обоих случаях.

Дано:

m = 10 г

Найти:

Решение:

Начальная абсолютная температура газа

А) Изотермическое сжатие.

В изотермическом процессе

Давление получим из уравнения состояния идеального газа:

Молярная масса кислорода

Подставляя значения, получаем

Работа, совершаемая газом, определяется выражением

Выражая из уравнения состояния давление, имеем:

Подставляя, получаем:

Учитывая, что получаем

Следовательно, над газом совершили работу

Б) Адиабатное сжатие.

Начальный объем газа равен

Уравнение адиабатного процесса имеет вид гдеiчисло степеней свободы молекул газа (для кислорода (двухатомный газ) число степеней свободы молекулы i = 5).

Соответственно,

Конечное давление равно, соответственно,

Согласно первому началу термодинамики где- приращение внутренней энергии газа,А – работа, совершаемая газом.

В адиабатном процессе Q = 0, следовательно,

Следовательно, над газом совершили работу

А)

Б)

Поверка размерностей:

;

;

;

;

.

Ответ: а) б)