Физика примеры решения задач

Физика
  • Основные типы связей в твердых телах
  • Внутренняя структура твердых тел
  • Обратная решетка
  • Дифракция в кристаллах
  • Упругие свойства кристаллов
  • Динамика решетки
  • Тепловые свойства твердых тел
  • Электроны в металлах.
  • Зонная теория твердых тел
  • Дефекты кристаллической решетки
  • Раздел «Кинематика»
  • Раздел «Динамика»
  • Механические колебания и волны. Акустика
  • Уравнение движения материальной точки
  • Молекулярная физика и термодинамика.
  • Раздел. «Электростатика»
  • Раздел «Постоянный ток»
  • Раздел «Переменный ток»
  • Электрическое поле
  • Элементы атомной и ядерной физики
  • Взаимодействие света с веществом.
  • Основные физические константы в СИ
  • Задача №7

    Точка совершает гармонические колебания с частотой  В момент, принятый за начальный, точка имела максимальное смещение: . Написать уравнение колебаний точки.

    Дано:

    ______________

    Найти: х

    Р е ш е н и е.

    Уравнение колебаний точки можно записать в виде

    ,  (1)

     где А-амплитуда колебаний; -циклическая частота; t-время; -начальная фаза.

     По определению, амплитуда колебаний

    . (2)

     Циклическая частота  связана с частотой  соотношением

    .  (3)

     Для момента времени  формула (1) примет вид

    ,

      откуда начальная фаза

      или

     Изменение фазы на 2 не изменяет состояния колеблющейся точки, поэтому можно принять

     (4)

     С учетом равенств (2)-(4) уравнение колебаний примет вид:

      или ,

     где

     

    Задача №8

    В лабораторном помещении, находящемся в здании птичника, уровень интенсивности шума достигал 80 дБ. С целью уменьшения шума было решено обить стены лаборатории звукопоглощающим материалом, уменьшающим интенсивность звука в 1500 раз. Какой уровень интенсивности шума станет после этого в лаборатории?

    Дано:

    L1 = 80 дБ

    --------------------------------------

    Найти: L2 Р е ш е н и е.

    Уровень интенсивности звука в децибелах определяется соотношением:

    где J0 – условный нулевой уровень интенсивности звука

    (J0 =10-12 Вт/м2).

    При изменении интенсивности звука изменение уровня интенсивности звука будет равно:

     

     Отсюда 

    Подставляя числовые значения, получим:

     

     

    Задачи для самостоятельного решения

    1.1. Кинематика поступательного и вращательного движения

    1.1.1. Моторная лодка проходит расстояние между двумя пристанями, равное 150 км, по течению за 2ч, а против течения за 3ч. Определить скорость лодки относительно воды и скорость течения воды в реке.

    1.1.2.Автомобиль «Волга», идущий со скоростью 50 км/ч, при выключении двигателя проходит до полной остановки 455м. Сколько времени автомобиль двигался по инерции? 

    1.1.3. Тело брошено под углом 300 к горизонту. С какой скоростью было брошено тело и какова горизонтальная дальность его полета, если оно находилось в полете 2 с? какова максимальная высота подъема тела? Сопротивлением воздуха пренебречь.

    1.1.4. Электроны, движущиеся со скоростью 8м/с, попадают на антикатод рентгеновской трубки и тормозятся до полной остановки на пути, равном примерно диаметру атома 10-10 м. Определить время торможения и ускорения электронов.

    1.1.5.Колесо, вращаясь равнозамедленно, уменьшило свою частоту вращения с 300 до 180 об/мин в течение 1 мин. С каким угловым ускорением двигалось колесо и сколько оборотов оно сделало за это время?

    1.1.6.Барабан молотилки диаметром 0,6 м вращается так, что зависимость угла  поворота радиуса барабана от времени t дается уравнением: , где С = 5 рад/с, D = 1 рад/с3, B = const. Найти угловую и линейную скорости, угловое, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точек, лежащих на поверхности барабана, через 2 с после начала движения.

    1.1.7. Определить ход поршня тракторного двигателя, если средняя скорость движения поршня равна 6 м/с, а коленчатый вал делает 1500 об/мин. (При одном обороте коленчатого вала поршень совершает два хода.)

    1.1.8. Барабан самоходной молотилки совершает 1000 об/мин. Найти период и линейную скорость вращения барабана, если его диаметр 0,55 м.

    1.1.9. Вал свеклоуборочного трехрядного комбайна совершает 640 об/мин. Определить период вращения шкива, насаженного на вал, и линейную скорость на его ободе, если радиус шкива 0,145 м.

    1.1.10.С какой частотой вращается колесо автомобиля , если радиус колеса 0,475 м, а скорость движения автомобиля 54 км/ч?

    1.1.11.Скорость колесного трактора 5,4 км/ч. Определить диаметр колеса трактора, если угловая скорость вращения колес 2,5 рад/с.

    1.1.12. Точка движется по окружности радиусом . Закон её движения выражается уравнением , где А=8 м, В= -2 м/с2. определить момент времени t, когда нормальное ускорение an точки равно 9 м/с2. Найти скорость , тангенциальное  и полное а ускорения точки в тот же момент времени t.

    1.1.13. Во сколько раз центростремительное ускорение, развиваемое в медицинской центрифуге на расстояние 10 см от центра вращения, превысит ускорение силы тяжести при 3000 об/мин?

    1.1.14. Центрифуга, предназначенная для изучения действия ускорения на организм человека, делала 12 об/мин; затем в течение 5 с число оборотов центрифуги изменилось так, что на летчика стало действовать ускорение 10g. Определить угловое ускорение движения летчика, если кабина укреплена на расстоянии 7 м от оси вращения центрифуги.

    1.1.15. Найти нормальное и тангенциальное ускорения, действующие на парашютиста через 1 с после прыжка с самолета, летящего в горизонтальном направлении со скоростью 360 км/ч. Сопротивлением воздуха пренебречь.

    1.2. Динамика поступательного и вращательного движения.

    1.2.1. На гладком горизонтальном столе лежит шар массой m=200 г, прикрепленный к горизонтально расположенной легкой пружине с жесткостью  В шар попадает пуля массой m1=10 г, летящая со скоростью , и застревает в нем. Пренебрегая перемещением шара во время удара и сопротивлением воздуха, определить амплитуду А и период Т колебаний шара.

    1.2.2. Средний объем крови в сердце человека в покое составляет около 60 мл. С какой силой кровь, находящаяся в сердце, давит на его стенку, если человек испытывает ускорение 5g?

    1.2.3.С какой силой прижимается космонавт к креслу во время подъема ракеты вблизи поверхности Земли? Ускорение движения ракеты принять равным 5g, а массу космонавта - 65 кг.

    1.2.4. Определить линейную скорость движения молота и угловую скорость вращения метателя, если в заключительный момент вращения сила метателя, приложенная к молоту массой 7,25 кг, достигает 2500 Н. Радиус вращения принять равным 1,5 м.

    1.2.5. Ротор центрифуги массой 10 кг представляет собой диск диаметром 0,5 м. По касательной к краю диска действует сила 100 Н. Определить, через сколько времени после начала действия силы ротор будет совершать 200 об/с.

    1.2.6. Какую мощность должен развиваться в начале бега спортсмен, чтобы за 2 с сообщить своему телу массой 70 кг скоростью 9 м/с?

    1.2.7. Гусеничный трактор, трогаясь с места, тянет санный поезд из двух саней. Сила тяги, развиваемая трактором, равна 20 кН. Масса трактора 5660 кг, масса каждых саней 1500 кг. Найти ускорение, развиваемое трактором, и силу натяжения канатов, связывающих трактор с санями, а также сани между собой, если коэффициент трения санных полозьев о снег 0,05.

    1.2.8. Трактор «Беларусь» массой 3340 кг движется по выпуклому мосту со скоростью 9 км/ч. Сила давления трактора на середину моста составляет 32940 Н. Определить радиус кривизны моста.

    1.2.9. Лошадь везет груженые сани, прилагая усилие 3 кН. Какую работу выполнит лошадь на пути 2 км, если оглобли составляют с горизонтальным полотном дороги угол 300?

    1.2.10. Совхозная ферма в сутки расходует 20000 литров воды, которая поступает из водонапорной башни высотой 12 м. Какую работу совершает насос за сутки, если его коэффициент полезного действия 80 % ?

    1.2.11. Двигатель трактора при движении со скоростью 5 км/ч потребляет мощность 11 кВт. Определить силу тяги двигателя, если его коэффициент полезного действия 0,4.

    1.2.12. Шарик массой  привязанный к концу нити длиной , вращается с частотой , опираясь на горизонтальную плоскость. Нить укорачивается, приближая шарик к оси до расстояния . С какой частотой  будет при этом вращаться шарик? Какую работу А совершает внешняя сила, укорачивая нить? Трением шарика о плоскость пренебречь.

    1.2.13. Цилиндр, расположенный горизонтально, может вращаться вокруг оси, совпадающей с осью цилиндра. Масса цилиндра m1=12 кг. На цилиндр намотали шнур, к которому привязали гирю массой m2=1 кг. С каким ускорением будет опускаться гиря? Какова сила натяжения шнура во время движения гири?

    1.2.14. 5. Через блок, выполненный в виде колеса, перекинута нить, к концам которой привязаны грузы массами m1=100 г и m2=300 г. Массу колеса m=200 г считать равномерно распределенной по ободу, массой спиц пренебречь. Определить ускорение, с которым будут двигаться грузы, и силы натяжения нити по обе стороны блока.

    1.2.15. Платформа в виде диска вращается по инерции около вертикальной оси с частотой . На краю платформы стоит человек. Когда человек перешел в центр платформы, частота возросла до . Масса человека m=70 кг. Определить массу платформы. Момент инерции человека рассчитать как для материальной точки.

    1.2.16. На обод маховика диаметром  намотан шнур, к концу которого привязан груз массой . Определить момент инерции J маховика, если он, вращаясь равноускоренно под действием силы тяжести груза, за время  приобрел угловую скорость

    1.2.17. Стержень вращается вокруг оси, проходящей через его середину, согласно уравнению , где  Определить вращающий момент М, действующий на стержень через время , после начала вращения, если момент инерции стержня .

    1.2.18. Блок, имеющий форму диска массой , вращается под действием силы натяжения нити, к концам которой подвешены грузы массами  и  Определить силы натяжения  и  нити по обе стороны блока.

    1.2.19. К краю стола прикреплен блок. Через блок перекинута невесомая и нерастяжимая нить, к концам которой прикреплены грузы. Один груз движется по поверхности стола, а другой – вдоль вертикали вниз. Определить коэффициент f трения между поверхностями груза и стола, если массы каждого груза и масса блока одинаковы и грузы движутся с ускорением . Проскальзыванием нити по блоку и силой трения, действующей на блок, пренебречь.

    1.2.20. На краю платформы в виде диска, вращающейся по инерции вокруг вертикальной оси с частотой , стоит человек массой  Когда человек перешел в центр платформы, она стала вращаться с частотой . Определить массу m2 платформы. Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.

    1.2.21. На краю неподвижной скамьи Жуковского диаметром  и массой  стоит человек массой С какой угловой скоростью  начнет вращаться скамья массой ? Траектория мяча горизонтальна и проходит на расстоянии  от оси скамьи. Скорость мяча .

    1.2.22. Горизонтальная платформа массой  вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через центр платформы, с частотой . Человек массой  стоит при этом на краю платформы. С какой угловой скоростью  начнет вращаться платформа, если человек перейдет от края платформы к её центру? Считать платформу круглым, однородным диском, а человека – материальной точкой.

    1.2.23 . При действии взрывной ударной волны на человека в течение 11 м/с импульс силы равен 1100 . Избыточное давление, возникающее при этом, является смертельным для человека. Определить его величину, если площадь тела, воспринимающая удар, равна 0,5 м2.

    1.2.24. Конькобежец на закруглении дорожки радиусом 12 м имеет скорость 9 м/с. Определить, под каким углом к горизонту он совершает поворот.

    1.2.25. Определить среднюю силу, затраченную спортсменом при беге на 100 м с рекордным временем 10 с, если развиваемая им полезная мощность равна 735 Вт.

    1.2.26. Определить мощность, развиваемую штангистом при рывке штанги в 100 кг на высоту 2 м, считая время, затраченное на рывок, равным 2 с, а к.п.д. его мышц – 40%.

    Равновесие тел. Силы тяготения и силы упругости.

    Законы сохранения импульса и энергии.

    1.3.1. Шар массой m1=200 г, движущийся со скоростью =10 м/с, сталкивается с неподвижным шаром массой =800г. Удар прямой, центральный, абсолютно упругий. Определить скорости шаров после столкновения.

    1.3.2. При горизонтальном полете со скоростью  снаряд массой  разорвался на две части. Большая часть массой  получила скорость  в направлении полета снаряда. Определить модуль и направление скорости u2 меньшей части снаряда.

    1.3.3. Снаряд, летевший со скоростью , в верхней точке траектории разорвался на два осколка. Меньший осколок, масса которого составляет 40% от массы снаряда, полетел в противоположном направлении со скоростью . Определить скорость u2 большего осколка.

    1.3.4. Шар массой  движется со скоростью  и сталкивается с шаром массой , движущимся навстречу ему со скоростью . Каковы скорости u, , u2 шаров после удара? Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

    1.3.5. Определить работу растяжения двух соединенных последовательно пружин жесткостями  и , если первая пружина при этом растянулась на .

    1.3.6. Две пружины жесткостью  и  скреплены параллельно. Определить потенциальную энергию П данной системы при абсолютной деформации .

    1.3.7. Если на верхний конец вертикально расположенной спиральной пружины положить груз, то пружина сожмется на  На сколько сожмет пружину тот же груз, упавший на конец пружины с высоты ?

    1.3.8. Из пружинного пистолета с пружиной жесткостью  был произведен выстрел пулей массой  Определить скорость   пули при вылете её из пистолета, если пружина была сжата на .

     1.3.9. Определить абсолютное удлинение сухожилия длиной 4 см и диаметром 6 мм под действием силы 31,4 Н. Модуль упругости сухожилия принять равным 109 Н/м2.

    1.3.10. Мышца длиной 10 см и диаметром 1 см под действием груза 49 Н удлинилась на 7 мм. Определить модуль упругости мышечной ткани.

    1.3.11. К сухожилию длиной 12 см подвесили груз массой 7 кг, в результате чего оно удлинилось до 123 мм. На сколько удлинится сухожилие, если к нему подвесить груз массой 5 кг?

    1.3.12. Нагрузка на бедренную кость в 1800 Н при сжатии вызывает относительную деформацию, равную -4. Определить эффективную площадь поперечного сечения кости, если модуль упругости ее равен  9 Н/м2.

    1.3.13. Какая работа совершается при растяжении на 1 мм мышцы длиной 5 см и диаметром 4 мм? Модуль Юнга для мышечной ткани принять равным 6 Н/м2.

    1.3.14. Найти потенциальную энергию, приходящуюся на единицу объема кости, если кость растянута так, что напряжение в ней составляет 9 Н/м2. Модуль упругости кости принять равным  9 Н/м2.

    1.3.15. Вычислить работу, совершенную спортсменом при растяжении пружины эспандера на 70 см, если известно, что при усилии в 10 Н эспандер растягивается на 1 см.

    1.4. Колебания и волны. Звук и его восприятие человеком.

    1.4.1. Точка совершает гармонические колебания, уравнение которых имеет вид , где А= 5 см, . Найти момент времени (ближайший к началу отсчета), в которой потенциальная энергия точки , а возвращающая сила  Определить также фазу колебаний в этот момент времени.

    1.4.2. Материальная точка движется в плоскости ху согласно уравнениямигде,Найти модули скорости и ускорения точки в момент времени .

    1.4.3. Рука человека при ходьбе совершает гармонические колебания по уравнению   см. Определить время прохождения руки от положения равновесия до максимального отклонения.

    1.4.4. Материальная точка совершает простые гармонические колебания так, что в начальный момент времени смещение , а скорость  Определить амплитуду А и начальную фазу  колебаний, если их период Т=2 с.

    1.4.5. Камертон издает звук частотой 400 Гц. Определить максимальные скорость и ускорение конца ветви камертона, если амплитуда равна 0,2 мм.

    1.4.6. При действии вибрации с постоянной амплитудой на тело человека при частотах от 10 до 30 Гц ощущается сотрясение всего тела; с повышением частоты до 40 Гц – сильная вибрация головы и челюстей. С дальнейшим повышением частоты ощущением вибрации отмечается в области туловища, а при действии частот выше 50 Гц – в области голеней. Чем объяснить эти явления?

    1.4.7. При диагностировании патологического изменения в тканях организма ультразвуковым методом отраженный сигнал был принят через -5 сек после излучения. На какой глубине в тканях была обнаружена неоднородность?

    1.4.8. Разность хода звуковых волн, приходящих в левое и правое ухо человека, составляет 1 см. Определить сдвиг фаз между обоими звуковыми ощущениями для тона с частотой 1000 Гц. 

    1.4.9. Головка облучателя медицинского ультразвукового генератора имеет диаметр 4,5 см. Определить полную мощность, излучаемую головкой при терапевтической интенсивности 1 Вт/см2.

    1.4.10. Уровень громкости звука частотой 200 Гц повысился с 20 до 50 фон. Во сколько раз увеличилась интенсивность звука?

    1.4.11. Определить уровни громкости звуков, имеющих уровень интенсивности 60 дБ, если их частоты 50, 100, 800 и 7000 Гц.

    Шум в помещении птицефабрики днем достигает 95 дБ, а ночью снижается до 65 дБ. Во сколько раз интенсивность звука днем больше, чем ночью?

    1.4.12. Площадь барабанной перепонки человеческого уха 0,65 см2. Вычислить, какая энергия протекает через барабанную перепонку за 1 мин при постоянном шуме в 80 дБ. 

    1.4.13. Шум на улице достигает уровня 80 дБ. Такой шум приводит к ухудшению физиологического состояния коров и, в частности, к падению их молочной продуктивности. Во сколько раз надо уменьшить интенсивность шума в коровнике (за счет звукоизоляции) по сравнению с улицей, чтобы уровень шума в нем был не более 60 дБ.

    1.4.14. Работающая в помещении животноводческого комплекса электродойка создает уровень шума в 75 дБ. Определить уровень шума, когда в помещении будут включены сразу 3 таких установки.

    1.4.15. Интенсивность ультразвука, используемого для лечения заболеваний суставов у крупного рогатого скота, составляет 1,2.104 Вт/м2. Какое количество энергии проходит в тело животного при длительности процедуры 10 мин, если площадь вибратора 12 см2?

    1.4.16. Количество энергии, передаваемой ультразвуковой волной телу животного при лечении периартрита, за один сеанс должно быть 650 Дж при интенсивности ультразвука 8000 Вт/м2. Сколько времени должен проводиться сеанс, если площадь вибратора 15 см2.

    Физика - лекции, конспекты, примеры решения задач