Физика задачи с решением

Физика задачи с решением

Прежде чем изучать готовые решения задач по физике, нужно знать формулы, поэтому для вас я подготовила формулы по предмету «физика», после которых, чуть ниже размещены подробные решения задач по физике.

Эта страница подготовлена для школьников и студентов любых специальностей и охватывает курс предмета «физика».

Если что-то непонятно вы всегда можете написать мне в воцап и я вам помогу!

Физика

Физика — область науки о наиболее общих законах природы, о материи, её структуре, движении и правилах трансформации. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Физика – практическая наука. Она учит правильно выполнять измерения, обрабатывать их, рассчитывать погрешности и получать желаемый результат вместе с оценкой его достоверности.

Физика – теоретическая наука. Она учит быстро и правильно находить зависимости между измеряемыми величинами.

Роль физики в работе специалиста любого профиля заключается в том, чтобы обеспечить общее понимание механизма протекающих процессов и снабдить его зависимостями и формулами, которые позволяют рассчитать результаты этих процессов без ненужных измерений. Без такого понимания любая деятельность бесполезна, или даже вредна.

Физика в механике

Кинематика материальной точки и поступательного движения твердого тела

Механическое движение — это изменение положения тел или их частей относительно друг друга в пространстве с течением времени.

Материальная точка — это тело, размерами и формой которого при заданных условиях можно пренебречь, а всю массу считать сконцентрированной в одной точке.

Абсолютно твердое тело — это тело, деформациями которого можно пренебречь.

Поступательное движение — это движение, при котором любая прямая, связанная с движущимся абсолютно твердым телом, остается параллельной самой себе.

Траектория — это линия, которую описывает материальная точка при своем движении.

Положение материальной точки в пространстве определяется радиус-вектором Решение задач по физике — вектором, проведенным из начала координат в точку пространства, в которой находится данная материальная точка.
Перемещение Решение задач по физике тела — это вектор, проведенный из начального положения тела в его конечное положение,
Решение задач по физике
Мгновенная скорость тела — производная от радиус-вектора движущегося тела по времени Решение задач по физике:
Решение задач по физике
Мгновенная скорость характеризует направление и быстроту перемещения тела по траектории.

Ускорение тела — производная от скорости по времени или вторая производная от радиус-вектора движущегося тела по времени:
Решение задач по физике
При равномерном прямолинейном движении Решение задач по физике выполняется соотношение
Решение задач по физике
Уравнения движения тела с постоянным ускорением Решение задач по физике
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — начальная скорость.
В криволинейном движении материальной точки полное ускорение Решение задач по физике — это векторная сумма тангенциального Решение задач по физике и нормального Решение задач по физикеускорений. Модуль полного ускорения Решение задач по физике
при этом Решение задач по физике

где Решение задач по физике — радиус кривизны в данной точке траектории.
Среднее значение модуля скорости тела в промежутке времени от Решение задач по физике до Решение задач по физике
Решение задач по физике
где Решение задач по физике— путь, пройденный точкой за промежуток времени Решение задач по физике

Задачи с решением:

Кинематика вращательного движения

Вращательное движение твердого тела — это движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, которая называется осью вращения.

Угловая скорость твердого тела — это производная от угла поворота по времени
Решение задач по физике
Угловое ускорение твердого тела — это производная от угловой скорости по времени или вторая производная от угла поворота по времени
Решение задач по физике
При равномерном вращательном движении вокруг неподвижной оси Решение задач по физике выполняется соотношение
Решение задач по физике
Уравнения равнопеременного вращательного движения
твердого тела вокруг неподвижной оси
Решение задач по физике
Решение задач по физике

Уравнения связи модулей угловых величин с модулями линейных:
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — путь, пройденный точкой вращающегося тела (длина дуги) при повороте на угол Решение задач по физике за промежуток времени Решение задач по физике
Решение задач по физике — расстояние от точки до оси вращения;
Решение задач по физике — модуль тангенциального ускорения;
Решение задач по физике — модуль нормального ускорения.
Частотой Решение задач по физике при равномерном вращении называется число оборотов в единицу времени
Решение задач по физике
Периодом вращения Решение задач по физике называется время одного полного оборота.
Угловая скорость тела Решение задач по физике, вращающегося равномерно, связана с частотой Решение задач по физике и периодом вращения Решение задач по физике соотношением

Решение задач по физике

Задачи с решением:

Динамика поступательного движения

Сила — количественная мера взаимодействия тел.

Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно которых тело движется равномерно прямолинейно или сохраняет’ состояние покоя, если действие сил на него равно нулю или скомпенсировано.

Импульс материальной точки — это векторная величина
Решение задач по физике
Полный импульс системы тел равен векторной сумме импульсов Решение задач по физике всех п ел, образующих систему:
Решение задач по физике
где Решение задач по физике масса и скорость Решение задач по физике тела, соответственно.

Второй закон Ньютона: скорость изменения импульса тела равна векторной сумме всех сил, действующих на тело:
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — число действующих на тело сил.

Третий закон Ньютона: силы, с которыми два тела взаимодействуют друг с другом, равны по модулю и противоположны по направлению.

Силы в механике:
а) сила упругости (закон Гука)
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — коэффициент упругости (в случае пружины — жесткость);
Решение задач по физике — то — абсолютная деформация удлинения (сжатия) тела;
Решение задач по физике — начальная длина тела;
Решение задач по физике — конечная длина тела.

Нормальным напряжением Решение задач по физике называется величина равная отношению модуля нормальной составляющей силы Решение задач по физике к площади поверхности Решение задач по физике, на которую действует сила: Решение задач по физике
Связь нормального напряжения Решение задач по физике с относительной деформацией растяжения (сжатия) тела Решение задач по физике
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — модуль Юнга.
Связь тангенциального напряжения Решение задач по физике с деформацией сдвига Решение задач по физике
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — модуль сдвига;
б) сила тяжести
Решение задач по физике
в) сила гравитационного взаимодействия (закон всемирного тяготения)
Решение задач по физике

где Решение задач по физике — гравитационная постоянная;
Решение задач по физике и Решение задач по физике — массы взаимодействующих тел;
Решение задач по физике — расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки);
г) сила трения (скольжения)
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — коэффициент трения;
Решение задач по физике— сила реакции опоры.
Параллельным соединением двух пружин с жесткостями Решение задач по физике и Решение задач по физике называется такое соединение, при котором абсолютные деформации пружин одинаковы: Решение задач по физике

Последовательным соединением двух пружин с жесткостями Решение задач по физике и Решение задач по физике называется такое соединение, при котором абсолютные деформации пружин различны: Решение задач по физике
Общая жесткость Решение задач по физике системы, состоящей из двух пружин с жесткостями Решение задач по физике и Решение задач по физике:
1) при параллельном соединении
Решение задач по физике
2) при последовательном соединении
Решение задач по физике

Задачи с решением:

Механическая энергия. Работа. Мощность. Законы сохранения в механике

Систему взаимодействующих тел называют замкнутой, если на нее извне не действуют внешние силы. Для замкнутой системы выполняется закон сохранения импульса: полный вектор импульса замкнутой системы есть величина постоянная:
Решение задач по физике
Закон сохранения импульса для двух тел, взаимодействующих по тиру упругого удара, имеет вид
Решение задач по физике
где Решение задач по физике и Решение задач по физике — скорости до упругого удара;
Решение задач по физике и Решение задач по физике — скорости тех же тел после упругого удара.
Закон сохранения импульса для двух тел, взаимодействующих по тиру неупругого удара, имеет вид
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — скорости тел после неупругого удара.
Работа, совершаемая силой Решение задач по физике при элементарном перемещении Решение задач по физике:

Решение задач по физике
где Решение задач по физике — элементарный путь;
Решение задач по физике — угол между векторами Решение задач по физике и Решение задач по физике.
Работа переменной силы Решение задач по физике на пути Решение задач по физике
Решение задач по физике
Изменение полной энергии системы равно работе, совершенной внешними и внутренними силами, приложенными к системе:
Решение задач по физике
Кинетическая энергия тела массой Решение задач по физике, движущегося поступательно со скоростью Решение задач по физике:
Решение задач по физике
или
Решение задач по физике
Работа Решение задач по физике, совершаемая результирующей силой, определяется как мера изменения кинетической энергии тела:
Решение задач по физике.
Мощность — это физическая величина, равная работе, совершаемой в единицу времени:
Решение задач по физике

Консервативными называются силы, работа которых не зависит от траектории движения тела, а определяется только начальным и конечным положением тела в пространстве.

Если на систему материальных точек действуют консервативные силы, то вводят понятие потенциальной энергии. Работа Решение задач по физике, совершаемая консервативными силами, определяется потенциальными энергиями начальной и конечной конфигураций системы: Решение задач по физике
где Решение задач по физике — потенциальная энергия системы в начальной (1) и конечной (2) конфигурациях системы.

Потенциальная энергия:
а) упругодеформированной пружины
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — жесткость пружины;
Решение задач по физике — абсолютная деформация пружины;
б) гравитационного взаимодействия
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — гравитационная постоянная;
Решение задач по физике и Решение задач по физике — массы взаимодействующих тел;
Решение задач по физике — расстояние между телами (тела рассматриваются как материальные точки);
в) тела, находящегося в однородном поле силы тяжести
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — ускорение свободного падения;
Решение задач по физике — высота тела над уровнем, принятым за нулевой (формула справедлива при условии Решение задач по физике, где Решение задач по физике — радиус Земли).
Связь силы Решение задач по физике, действующей в точке с координатами Решение задач по физике потенциального силового поля, с потенциальной энергией Решение задач по физике
Решение задач по физике

Закон сохранения полной механической энергии: полная механическая энергия замкнутой системы, в которой действуют только консервативные силы, с течением времени не изменяется
Решение задач по физике

Задачи с решением:

Момент инерции. Закон сохранения момента импульса

Момент импульса материальной точки относительно центра вращения
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — вектор импульса точки;
Решение задач по физике — радиус-вектор точки.
Момент инерции материальной точки относительно оси вращения
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — масса точки;
Решение задач по физике — расстояние точки до оси.

Момент инерции твердого тела равен сумме моментов инерции материальных точек, составляющих это тело,
Решение задач по физике
Моменты инерции некоторых однородных тел вращения относительно их геометрических осей вращения:
• тонкостенный цилиндр Решение задач по физике
• сплошной цилиндр Решение задач по физике
• шар Решение задач по физике
Момент инерции однородного тонкого стержня длиной Решение задач по физикеотносительно оси, проходящей через середину стержня перпендикулярно его длине, Решение задач по физике.

— расстояние точки до оси.
Момент инерции твердого тела равен сумме моментов инерции материальных точек, составляющих это тело,
Решение задач по физике
Моменты инерции некоторых однородных тел вращения относительно их геометрических осей вращения:
• тонкостенный цилиндр Решение задач по физике
• сплошной цилиндр Решение задач по физике
• шар Решение задач по физике
Момент инерции однородного тонкого стержня длиной Решение задач по физикеотносительно оси, проходящей через середину стержня перпендикулярно его длине, Решение задач по физике.

Теорема Штейнера. Момент инерции Решение задач по физике тела относительно любой оси вращения и момент инерции Решение задач по физике тела относительно оси, параллельной данной и проходящей через центр инерции тела, связаны соотношением
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — масса тела;
Решение задач по физике — расстояние между осями.

Вектор момента импульса твердого тела относительно центра вращения равен произведению момента инерции тела на вектор его угловой скорости:
Решение задач по физике
Момент импульса системы тел есть векторная сумма моментов импульсов всех тел системы: Решение задач по физике

Закон сохранения момента импульса относительно точки Решение задач по физике: если результирующий момент внешних сил, приложенных к системе, равен нулю Решение задач по физике, то вектор момента импульса системы есть величина постоянная, т.е.
Решение задач по физике
Проекция на ось Решение задач по физике момента импульса тела, вращающегося относительно неподвижной оси Решение задач по физике:
Решение задач по физике
где Решение задач по физике — угловая скорость тела.
Закон сохранения момента импульса системы тел, вращающихся вокруг неподвижной оси Решение задач по физике: Решение задач по физике

где Решение задач по физике — момент инерции Решение задач по физике тела системы относительно оси вращения Решение задач по физике;
Решение задач по физике — угловая скорость вращения Решение задач по физике тела системы вокруг неподвижной оси Решение задач по физике.

Задачи с решением:

Динамика вращательного движения

Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси Физика задачи с решением:
Физика задачи с решением или Физика задачи с решением
При повороте села относительно оси Физика задачи с решением на угол Физика задачи с решением совершается элементарная работа
Физика задачи с решением
Момент силы Физика задачи с решением относительно центра вращения
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — радиус-вектор, проведенный из центра вращения в точку приложения силы.

Основное уравнение динамики вращательного движения
твердого тела относительно оси вращения

Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — результирующий момент всех внешних сил, приложенных к телу;
Физика задачи с решением — вектор углового ускорения;
Физика задачи с решением — момент инерции относительно оси вращения Физика задачи с решением;
Физика задачи с решением — результирующий момент внешних сил, действующих на тело, относительно оси Физика задачи с решением.

Задачи с решением:

Гидродинамика в физике

Уравнение неразрывности несжимаемой струи
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — площадь поперечного сечения трубки тока;
Физика задачи с решением — средняя скорость жидкости по сечению Физика задачи с решением.
Уравнение Бернулли для стационарного течения идеальной несжимаемой жидкости
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — скорость жидкости;
Физика задачи с решением — динамическое давление жидкости;
Физика задачи с решением — высота, на которой расположено сечение трубки тока;
Физика задачи с решением — гидростатическое давление;
Физика задачи с решением — статическое давление жидкости.

Сила внутреннего трения между слоями текущей жидкости определяется законом Ньютона для вязкости
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — динамическая вязкость жидкости;
Физика задачи с решением — градиент скорости;
Физика задачи с решением — площадь соприкасающихся слоев.
Кинематическая вязкость жидкости Физика задачи с решением

Число Рейнольдса для потока жидкости в трубе Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — плотность жидкости;
Физика задачи с решением — средняя по сечению трубы скорость жидкости;
Физика задачи с решением — характерный поперечный размер трубы (радиус или диаметр).
Формула Стокса, определяющая силу внутреннего трения, действующую на медленно движущийся в вязкой среде шарик
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — радиус шарика;
Физика задачи с решением — скорость шарика.
Формула Пуазейля для определения объема жидкости, протекающей за время Физика задачи с решением через капиллярную трубку длиной Физика задачи с решением:
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — радиус трубки; Физика задачи с решением разность давления на концах трубки.
Лобовое сопротивление
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — безразмерный коэффициент сопротивления;
Физика задачи с решением — плотность среды;
Физика задачи с решением — скорость движения тела;
Физика задачи с решением — площадь наибольшего поперечного сечения тела.

Задачи с решением:

Механические колебания

Смещение Физика задачи с решением, скорость Физика задачи с решением и ускорение Физика задачи с решением при гармоническом колебании определяются уравнениями

Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — амплитуда колебания;
Физика задачи с решением — циклическая частота;
Физика задачи с решением — начальная фаза.
Циклическая частота Физика задачи с решением, период колебаний Физика задачи с решением и частота Физика задачи с решением связаны соотношениями
Физика задачи с решением
При сложении двух одинаково направленных гармонических колебаний одинакового периода получается гармоническое колебание того же периода, амплитуда которого Физика задачи с решением и начальная фаза Физика задачи с решением определяются уравнениями
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением и Физика задачи с решением — амплитуды слагаемых колебаний;
Физика задачи с решением и Физика задачи с решением — их начальные фазы.

Условие гармоничности колебаний: результирующая сила Физика задачи с решением, действующая на тело при свободном гармоническом колебании (квазиупругая сила), всегда пропорциональна смещению Физика задачи с решением и направлена в сторону, противоположную смещению:
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — коэффициент квазиупругой силы, численно равный силе, вызывающей смещение Физика задачи с решением равное единице.

При отсутствии сопротивления среды циклическая частота Физика задачи с решением свободных гармонических колебаний (собственная частота) и период колебаний Физика задачи с решением определяются соотношениями
Физика задачи с решением
Период колебаний математического маятника длиной Физика задачи с решением

Физика задачи с решением
Период колебаний физического маятника

Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением момент инерции маятника относительно оси качания;
Физика задачи с решением — расстояние от оси до его центра тяжести.
Полная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания, постоянна Физика задачи с решением

Уравнение для смещения Физика задачи с решением затухающих колебаний при наличии силы сопротивления Физика задачи с решением, пропорциональной скорости (Физика задачи с решением, где Физика задачи с решением — коэффициент сопротивления), имеет вид
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — убывающая по времени амплитуда смещения;
Физика задачи с решением — коэффициент затухания;
Физика задачи с решением — циклическая частота затухающих колебаний;
Физика задачи с решением — начальные амплитуда и фаза (определяется из начальных условий).
Значения Физика задачи с решением выражаются через параметры значения величин Физика задачи с решением формулами Физика задачи с решением

Логарифмический декремент затухания колебаний
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением и Физика задачи с решением — амплитуды двух последовательных колебаний. Амплитуда вынужденных колебаний
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — отношение амплитуды вынуждающей силы к массе тела; Физика задачи с решением — собственная циклическая частота;
Физика задачи с решением — циклическая частота вынуждающей силы.
Резонансная циклическая частота при вынужденных колебаниях
Физика задачи с решением

Задачи с решением:

Волны в упругой среде. Звук в физике

Скорость Физика задачи с решением распространения волны, длина волны Физика задачи с решением, частота Физика задачи с решением, период Физика задачи с решением связаны соотношением
Физика задачи с решением
Уравнение бегущей волны
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — смещение колеблющейся точки, находящейся на расстоянии х от источника колебаний;
Физика задачи с решением — циклическая частота;
Физика задачи с решением — начальная фаза колебаний;
Физика задачи с решением — амплитуда колебаний частиц среды;
Физика задачи с решением — волновое число.
Разность фаз Физика задачи с решением колебаний двух точек среды, расстояние
между которыми
Физика задачи с решением
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — координаты двух точек среды.
Скорость распространения звуковых волн в упругой среде:

  • продольных: Физика задачи с решением
  • поперечных: Физика задачи с решением
    где Физика задачи с решением — модуль Юнга;
    Физика задачи с решением — модуль сдвига;
    Физика задачи с решением — плотность среды.
    Скорость распространения звуковых волн в газах
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — отношение молярных теплоемкостей газов при постоянном давлении и при постоянном объеме;
Физика задачи с решением — универсальная газовая постоянная;
Физика задачи с решением — абсолютная температура;
Физика задачи с решением — молярная масса газа.
Частота основного тона струны
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — длина струны;
Физика задачи с решением — плотность вещества струны;
Физика задачи с решением — площадь поперечного сечения струны;
Физика задачи с решением — сила натяжения струны.
Фазовая Физика задачи с решением и групповая и скорости, а также формула связи
между ними
Физика задачи с решением
Уравнение стоячей волны

Физика задачи с решением

Координаты пучностей и узлов при отражении от менее плотной среды

Физика задачи с решением

при отражении от более плотной среды

Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — длина бегущей волны; Физика задачи с решением

Задачи с решением:

Статистическая физика и термодинамика. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — число молекул в единице объема газа (концентрация);
Физика задачи с решением — масса одной молекулы газа;
Физика задачи с решением — давление газа на стенку сосуда;
Физика задачи с решением — квадрат средней квадратичной скорости молекул;
Физика задачи с решением — средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы газа;
Физика задачи с решением — абсолютная температура газа;
Физика задачи с решением — постоянная Больцмана.
Зависимость средней кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул от температуры
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — число поступательных и вращательных степеней свободы молекул.
Скорости молекул:
средняя квадратичная Физика задачи с решением

средняя арифметическая Физика задачи с решением
наиболее вероятная Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — универсальная газовая постоянная.
Распределение молекул в поле сил тяжести (распределение Больцмана)
Физика задачи с решением
Распределение молекул по скоростям (распределение Максвелла)

Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — число молекул из общего числа Физика задачи с решением имеющих при температуре Физика задачи с решением скорости в интервале Физика задачи с решением.
Распределение молекул по составляющим скоростей
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — число молекул из общего числа Физика задачи с решением имеющих скорости с составляющими вдоль координатных осей Физика задачи с решениемФизика задачи с решением лежащих в интервалах Физика задачи с решениемФизика задачи с решением.
Функция распределения молекул идеального газа по относительным скоростям
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — относительная скорость.

Функция распределения молекул идеального газа по энергиям теплового движения
Физика задачи с решением

Число молекул, имеющих кинетическую энергию поступательного движения, заключенную в интервале от Физика задачи с решением до Физика задачи с решением
Физика задачи с решением
Барометрическая формула, выражающая убывание давления газов с высотой Физика задачи с решением над поверхностью Земли:
Физика задачи с решением

Задачи с решением:

Основы термодинамики в физике

Первое начало термодинамики в интегральной и дифференциальной формах соответственно
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — количество теплоты, сообщенное системе или отданное системой;
Физика задачи с решением — изменение внутренней энергии системы;
Физика задачи с решением — работа системы против внешних сил.
Работа, совершаемая газом при изменении его объема
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — давление газа;
Физика задачи с решением — начальный и конечный объемы газа.
Внутренняя энергия и изменение внутренней энергии идеального газа
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — количество вещества;
Физика задачи с решением — масса газа;
Физика задачи с решением — молярная масса газа;
Физика задачи с решением — число степеней свободы молекулы.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения, приходящаяся на одну поступательную степень свободы молекулы:
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — постоянная Больцмана.
Средняя энергия молекулы
Физика задачи с решением
Теплоемкость газа массой Физика задачи с решением
Физика задачи с решением
Удельная теплоемкость газа
Физика задачи с решением
Молярная теплоемкость газа
Физика задачи с решением

Связь молярной Физика задачи с решением и удельной с теплоемкостей газа
Физика задачи с решением
Молярные теплоемкости идеального газа при постоянном объеме и постоянном давлении
Физика задачи с решением
Уравнение Майера
Физика задачи с решением
Уравнение адиабатного процесса (уравнение Пуассона) имеет вид
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — показатель адиабаты.
Уравнение изотермического процесса
Физика задачи с решением
Уравнение политропного процесса
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — показатель политропы;
Физика задачи с решением — теплоемкость при данном процессе.

Работа газа в физике

а) при изобарном процессе
Физика задачи с решением

б) при изотермическом процессе
Физика задачи с решением или Физика задачи с решением

в) в случае адиабатного процесса Физика задачи с решением или
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — соответственно начальные и конечные температуры и объемы газа;

г) при политропном процессе
Физика задачи с решением

Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — работа, совершенная рабочим веществом в течение цикла;
Физика задачи с решением — количество теплоты, полученной от нагревателя;
Физика задачи с решением — количество теплоты, отданное им холодильнику;
Физика задачи с решением и Физика задачи с решением — наибольшая и наименьшая температуры рабочего вещества.
Изменение энтропии тела в любом обратимом процессе, переводящем его из состояния Физика задачи с решением в состояние Физика задачи с решением, Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — элементарное количество теплоты, полученное веществом при температуре Физика задачи с решением.
Связь между энтропией и термодинамической вероятностью Физика задачи с решением (статистическим весом Физика задачи с решением)
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — постоянная Больцмана.

Задачи с решением:

Реальные газы. Уравнение Ван-Дер-Вальса в физике

Уравнение Ван-дер-Ваальса для одного моля реального газа
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — молярный объем;
Физика задачи с решением — объём всего газа;
Физика задачи с решением — количество вещества;
Физика задачи с решением — поправка на давление газа;
Физика задачи с решением — поправка на объем молекул;
Физика задачи с решением — объем одной молекулы;
Физика задачи с решением — эффективный диаметр молекулы;
Физика задачи с решением — число молекул.
Уравнение Ван-дер-Ваальса произвольной массы газа
Физика задачи с решением
Уравнение Ван-дер-Ваальса произвольной массы газа в вириальной форме имеет вид полинома
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — коэффициенты, зависящие от температуры.
При небольших давлениях можно ограничиться двумя членами полинома
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением
Внутреннее давление, обусловленное силами межмолекулярного взаимодействия
Физика задачи с решением

Состояние, при котором газ и жидкость имеют одинаковые свойства, называется критическим.

Критические параметры объема, давления и температуры определяются через постоянные Физика задачи с решением и Физика задачи с решением для одного моля газа следующим образом:
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — газовая постоянная, определяемая для каждого реального газа отдельно. Для состояний газа, далеких от критического, газовая постоянная может быть принята равной универсальной газовой постоянной Физика задачи с решением
Связь между постоянными Физика задачи с решением и Физика задачи с решением и параметрами Физика задачи с решением и Физика задачи с решением критического состояния реального газа
Физика задачи с решением
Внутренняя энергия одного моля реального газа
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — молярная теплоемкость газа при постоянном объеме;
Физика задачи с решением — молярный объем;
Физика задачи с решением — абсолютная температура газа.

Задачи с решением:

Свойства жидкостей в физике

Относительное изменение объема жидкости при нагревании на Физика задачи с решением

Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — температурный коэффициент объемного расширения.
Относительное изменение объема жидкости при изменении давления на Физика задачи с решением
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — коэффициент сжимаемости;
Физика задачи с решением — начальный объем жидкости.
Коэффициент поверхностного натяжения Физика задачи с решением
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — сила, приложенная к единице длины Физика задачи с решением края поверхности пленки жидкости.
Добавочное давление, вызванное кривизной мениска, поверхности жидкости (формула Лапласа):
Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — радиусы кривизны, проведенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;

Физика задачи с решением если мениск выпуклый;
Физика задачи с решением если мениск вогнутый.
При выпуклом мениске добавочное давление направлено внутрь жидкости. Если мениск вогнут, то жидкость находится под меньшим давлением, чем та же жидкость под плоской поверхностью. В случае сферической поверхности радиуса Физика задачи с решением добавочное давление определяется по формуле

Физика задачи с решением
Приращение свободной энергии поверхностного слоя жидкости при изменении его площади на Физика задачи с решением
Физика задачи с решением
Высота поднятия жидкости в капиллярной трубке с радиусом Физика задачи с решением

Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — краевой угол;
Физика задачи с решением — радиус капилляра;
Физика задачи с решением — плотность жидкости.
При полном смачивании Физика задачи с решением; при полном несмачивании Физика задачи с решением.
Энергия, выделяемая при слиянии нескольких малых капель в одну большую

Физика задачи с решением

где Физика задачи с решением — изменение площади поверхности жидкости;
Физика задачи с решением — коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Задачи с решением:

Явления переноса в физике

Средняя длина свободного пробега Физика задачи с решением молекул газа

Физика задачи с решением
где d — эффективный диаметр молекулы;
n — концентрация молекул.
Среднее число столкновений, испытываемых одной молекулой за секунду
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — средняя арифметическая скорость молекул газа.
Относительное число молекул газа, пролетающих путь S без столкновений;
Физика задачи с решением
Общее число столкновений всех молекул друг с другом в единице объема за единицу времени

Физика задачи с решением

Коэффициенты диффузии D, динамической вязкости Физика задачи с решением и теплопроводности К
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — плотность газа;
Физика задачи с решением — удельная теплоемкость газа при постоянном объеме.
Уравнение диффузии (закон Фика)
Физика задачи с решением
где dm — масса вещества, переносимого при диффузии за время dt через малую площадку dS, перпендикулярную к оси ОХ, вдоль которой осуществляется перенос;
Физика задачи с решением — градиент плотности.
Уравнение теплопроводности (закон Фурье)
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — количество теплоты, передаваемое за время dt через малую площадку dS, перпендикулярную к оси ОХ, вдоль которой осуществляется перенос тепла;
Физика задачи с решением — градиент температуры.

Закон Ньютона для внутреннего трения


Физика задачи с решением
где dF — сила внутреннего трения между движущимися слоями
жидкости или газа площадью dS:
Физика задачи с решением — динамический коэффициент вязкости,
Физика задачи с решением — градиент скорости.
Кинематический коэффициент вязкости Физика задачи с решением
Физика задачи с решением
где Физика задачи с решением — плотность жидкости или газа.

Задачи с решением:

Возможно эти дополнительные страницы вам будут полезны: