Математика примеры решения задач

Типовой расчет по математике
Решение задач контрольной работы
Математика
Черчение
Архитектурно-строительные чертежи
Начертательная геометрия
Инженерная графика
Начертательная геометрия
История развития черчения
Геометрические построения
Проекционное изображение
Виды, сечения и разрезы на чертежах
Машиностроительные чертежи
Эскизы деталей
Сборочные чертежи
Строительные чертежи
Архитектурные чертежи
Чертежи строительных конструкций
Инженерные чертежи
Чертежи строительных генеральных планов
Графическое оформление чертежей
Составление рабочего чертежа детали
Туризм
Развитие туризма
Диснейленд
Софийский собор в Киеве
Исторические памятники и музеи Чехии
Архитектура санаторных зданий и сооружений
Организация туристических комплексов
пансионат «Дружба» в районе Ялты
гостиница «Интурист» в Ростове-на-Дону
достопримечательности стран Европы
Андреевская церковь
История искусства, дизайн
Курс лекций по истории искусства
Изобразительное искусство блокадного Ленинграда
История государства Российского
Ландшафтный дизайн
Как обустроить свой дом, сад
Архитектурные стили XVIII века
Архитектура
Французский стиль в русской архитектуре
Билеты по истории искусства
ИСТОРИЯ АРХИТЕКТУРЫ ЯПОНСКОГО ЖИЛИЩА
Архитектура России и Европы
Ландшафтный дизайн
Русский авангард
Примеры решения задач по электротехнике,
физике
Контрольная по физике
Электротехника
Магнитная индукция
Волновая оптика
Расчет выпрямителей
Расчет электротехнических устройств
Контрольная работа Электрические машины
Методические указания по выполнению контрольной работы
Практика по физике
Молекулярно-кинетическая теория
Электродинамика
Практическое занятие по физике
Лекции и конспекты по физике
Техническая механика
Физика Механические колебания
Атомная физика
Ядерные реакторы
Энергетика
Лабораторные работы по общему курсу физики
Энергетика
Ядерные реакторы
Термоядерный синтез
Энергетика
 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДЛИНЫ

Пусть отрезок АВ составлен из двух частей АС и СВ, как на рисунке 1. Тогда длина отрезка АВ равна сумме длин отрезков АС и СВ.

В этом очень легко убедиться на примере отрезков на клетчатой бумаге, измеряемых в шагах сетки. Если на рисунке 2 подсчитать число шагов, то получится | АС\ = = 5, \СВ\ = 1, \АВ\ = 6. Видно, что выполняется равенство \АВ\ = \АС\ 4- \СВ\.

Точно так же проверяются равенства \МК\ = \MN\ + \NK\, \PR\ = \PQ\ + \QR\ на рисунках 3 и 4.

Если взять точку ?), не лежащую на отрезке АВ, как, например, на рисунке 5, то непосредственные измерения линейкой показывают, что в таком случае выполняется неравенство \AD\ 4- \DB\ > \АВ\.

Экспериментальная проверка затруднительна, когда D находится очень близко к отрезку АВ, как на рисунке б, и длина AD очень мало отличается от суммы \AD\ + \DB\.

Сформулируем два основных свойства длины.

1.    Для точки С, лежащей на отрезке АВ,

выполняется равенство

\АС\ + \СВ\ = \АВ\.

2.    Для точки D, не лежащей на отрезке

АВ, выполняется неравенство

\AD\ + \DB\ > \АВ\.

Вопрос. Чем отличаются первое и второе свойства длины?

2.2. Вместе с первым основным свойством длины верно и такое утверждение: если для точки С выполняется равенство \АС\ + \СВ\ = |АВ|, то эта точка лежит на отрезке АВ. Поэтому точки отрезка АВ

— это все такие точки С, для которых выполняется равенство \АС\ + \СВ\ = \АВ\. Таким образом, понятие длины позволяет отличить точки отрезка от всех остальных точек.

Вопрос. Каким свойством характеризуются точки, не лежащие на отрезке?

Контрольные вопросы

1.    Как обозначаются отрезок и его длина?

2.    В чем состоят основные свойства длины отрезков?

3.    Какое свойство характеризует точки, лежащие на отрезке?

Задачи и упражнения

1.    На отрезке АС выбрана точка В так, что длина АВ равна 8 см, а длина ВС на 3 см меньше. Чему равна длина АС?

2.    На отрезке АВ длины 15 см выбрана точка С так, что длина АС на 3 см больше длины ВС. Найдите длину АС.

3.    На отрезке AD выбраны точки В и С так, что В лежит между А и С. Длина АС равна 6 см; длина АВ на 2 см меньше длины ВС; длина CD в два раза больше длины АВ. Найдите \AD\.

4.    Отметьте на листе бумаги две точки А и В на расстоянии 3 см друг от друга. С помощью линейки найдите такую точку С, что \АС\ = 2 см, \ВС\ = 1 см.

5? Для точек А и В из предыдущей задачи найдите такую точку D, что \AD\ = 2 см, \BD\ = 5 см.

6* Даны точки А, В и С, причем \АВ\ = 3 см, \АС\ = 4 см, \ВС\ = = 5 см. Может ли точка А лежать на отрезке ВС?

7* Существует ли треугольник, длины сторон которого равны 2 см,

3 см и 8 см?

8?* Что длиннее: сторона квадрата или его диагональ? Проверьте ответ непосредственным измерением.

9* Может ли диагональ ромба быть короче его стороны?

$ ¦

10. Имеется линейка, на которой остались только отметки 0, 1, 3, 7 и 15 см. Отрезки какой длины можно точно измерить, прикладывая линейку один раз?

Физические основы механики Примеры решения задач

Кинематика Основные формулы

Положение материальной точки в пространстве задается радиусом-вектором г:

Кинематическое уравнение равномерного движения материальной точки вдоль оси х

Угловая скорость тела при равнопеременном вращении

Примеры решения задач

Пример 1. Кинематическое уравнение движения материальной точки по прямой (ось х) имеет вид x=A+Bt+Ct3, где A=4 м, B=2 м/с, С=-0,5 м/с2. Для момента времени t1=2 с определить: 1) координату x1 точки, 2) мгновенную скорость v1, 3) мгновенное ускорение a1.

Решение. 1. Координату точки, для которой известно кинематическое уравнение движения, найдем, подставив в уравнение движения вместо t заданное значение времени t1: x=A+Bt+Ct3. Подставим в это выражение значения A, В, С, t1 и произведем вычисления: X1=(4+4- 0,5 23) м=4 м.

Кинетическая теория газа Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов для давления связывает параметры состояния идеального газа с характеристиками движения его молекул:

Пример 2. Кинематическое уравнение движения материальной точки по прямой (ось х) имеет вид, x=A+Bt+Ct2, где A=5 м, B=4 м/с, С=-1 м/с2. Построить график зависимости координаты х и пути s от времени. 2. Определить среднюю скорость <vx> за интервал времени от t1=1 с до t2=6 с. 3. Найти среднюю путевую скорость <v> за тот же интервал времени.

Решение. 1. Для построения графика зависимости координаты точки от времени найдем характерные значения координаты — начальное и максимальное и моменты времени, соответствующие указанным координатам и координате, равной нулю.

Пример 3. Автомобиль движется по закруглению шоссе, имеющему радиус кривизны R=50 м. Уравнение * движения автомобиля (t)=A+Bt+Ct2, где A=10 м, B=10 м/с, С=—0,5 м/с2. Найти: 1) скорость v автомобиля, его тангенциальное , нормальное аn. и полное а ускорения в момент времени t=5 с; 2) длину пути s и модуль перемещения || автомобиля за интервал времени =10 с, отсчитанный с момента начала движения.

Решение. 1. Зная уравнение движения, найдем скорость, взяв первую производную от координаты по времени:

. Подставим в это выражение значения В, С, t и произведем вычисления: v=5 м/с. Тангенциальное ускорение найдем, взяв первую производную от скорости по времени:   Подставив значение С, получим = —1 м/с2.

Нормальное ускорение определяется по формуле an=v2/R. Подставим сюда найденное значение скорости и заданное значение радиуса кривизны траектории и произведем вычисления:

Пример 4. Маховик, вращавшийся с постоянной частотой n0=10 с1, при торможении начал вращаться равнозамедленно. Когда торможение прекратилось, вращение маховика снова стало равномерным, но уже с частотой п=6 с1. Определить угловое ускорение   маховика и продолжительность t торможения, если за время равнозамедленного движения маховик сделал N==50 оборотов.

Зависимость ускорения от времени при некотором движении тела представлена на рис. 1.5. Определить среднюю путевую скорость <v> за время t=8 с. Начальная скорость v0=0.

равнение прямолинейного движения имеет вид x=At+Bt2, где A=3 м/с, B=—0,25 м/с2. Построить графики зависимости координаты и пути от времени для заданного движения.

На рис. 1.5 дан график зависимости ускорения от времени для некоторого движения тела. Построить графики зависимости скорости и пути от времени для этого движения, если в начальный момент тело покоилось.

Движение точки по окружности радиусом R=4 м задано уравнением * =A+Bt+Ct2, где A=10 м, В=—2 м/с, С=1 м/с2. Найти тангенциальное а, нормальное an и полное а ускорения точки в момент времени t=2с.

Пуля пущена с начальной скоростью v0=200 м/с под углом =60° к горизонту. Определить максимальную высоту Н подъема, дальность s полета и радиус R кривизны траектории пули в ее наивысшей точке. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Сила трения скольжения Потенциальная энергия упругодеформированного тела (сжатой или растянутой пружины) П=kx2/2.

Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия двух материальных точек (или тел) массами m1, и т2, находящихся на расстоянии r друг от друга,

Потенциальная энергия тела, находящегося в однородном поле силы тяжести, П=mgh,

Пример 2. В лифте на пружинных весах находится тело массой т=10 кг (рис. 2.2, а). Лифт движется с ускорением а=2 м/с2. Определить показания весов в двух случаях, когда ускорение лифта направлено: 1) вертикально вверх, 2) вертикально вниз.

Пример 3. При падении тела с большой высоты его скорость vуст установившемся движении достигает 80 м/с. Определить время , в течение которого начиная от момента начала падения скорость становится равной 1/2 vуст. Силу сопротивления воздуха принять пропорциональной скорости тела.

Решение. На падающее тело действуют две силы сила тяжести mg и сила сопротивления воздуха Fc.

Пример 4. Шар массой m=0,3 кг, двигаясь со скоростью v=10 м/с, упруго ударяется о гладкую неподвижную стенку так, что скорость его направлена под углом  =30° к нормали. Определить импульс р, получаемый стенкой.

Решение. Сначала проанализируем условие задачи. Стенка неподвижна, поэтому система отсчета, связанная с ней, будет инерциальной. Удар о стенку упругий; следовательно, можно воспользоваться законом сохранения механической энергии. Из него, учитывая, что масса стенки много больше массы шара, следует равенство модулей скоростей шара |v| до и |u| после удара.

Пример 5. На спокойной воде пруда стоит лодка длиной L и массой М перпендикулярно берегу, обращенная к нему носом. На корме стоит человек массой т. На какое расстояние s приблизится лодка к берегу, если человек перейдет с кормы на нос лодки? Трением о воду и воздух пренебречь.

Решение. 1. Неупругие шары не восстанавливают после удара своей первоначальной формы. Следовательно, не возникают силы, отталкивающие шары друг от друга, и шары после удара будут двигаться совместно с одной и той же скоростью и. Определим эту скорость по закону сохранения импульса. Так как шары движутся по одной прямой, то этот закон можно записать в скалярной форме: m1v1+т2v2=(т1+m2)и, откуда u=( m1v1+т2v2)/(т1+m2).

Направление скорости первого шара примем за положительное, тогда при вычислении скорость второго шара, который движется навстречу первому, следует взять со знаком минус: u=(2,5 6—1,5 2)/(2,5+1,5) м/с=3 м/с.

Пример 8. Молот массой m1=200 кг падает на поковку, масса т2, которой вместе с наковальней равна 2500 кг. Скорость v1 молота в момент удара равна 2 м/с. Найти: 1) кинетическую энергию T1 молота в момент удара; 2) энергию Т2, переданную фундаменту; 3) энергию Т, затраченную на деформацию поковки; 4) коэффициент полезного действия  (КПД) удара молота о поковку. Удар молота о поковку рассматривать как неупругий.

Пример 9. Боек (ударная часть) свайного молота массой т1 =500 кг падает на сваю массой m2=100 кг со скоростью v1=4 м/с. Определить: 1) кинетическую энергию T1 бойка в момент удара; 2) энергию T2, затраченную на углубление сваи в грунт; 3) кинетическую энергию Т, перешедшую во внутреннюю энергию системы; 4) КПД  удара бойка о сваю. Удар бойка о сваю рассматривать как неупругий.

Решение. 1. Кинетическую энергию бойка в момент удара о сваю находим по формуле T1=m1v12/2. Подставив значения m1, и v1 и произведя вычисления, получим T1=(500× 42)/2 Дж=4000 Дж=4 кДж.

2. Чтобы определить энергию, затраченную на углубление сваи, предварительно найдем скорость системы боек — свая непосредственно после удара. Для этого применим закон сохранения импульса, который в случае неупругого удара выражается формулой т1v1+m2v2=(m1+m2)u,  (1)

Второй закон Ньютона На гладком столе лежит брусок массой m=4 кг. К бруску привязан шнур, ко второму концу которого приложена сила F=10 Н, направленная параллельно поверхности стола. Найти ускорение а бруска.

На горизонтальной поверхности находится бросок массой m1=2 кг. Коэффициент трения f1 бруска о поверхность равен 0,2. На бруске находится другой брусок массой m2=8 кг. Коэффициент трения f2 верхнего бруска о нижний равен 0,3. К верхнему бруску приложена сила F. Определить: 1) значение силы F1, при котором начнется совместное скольжение брусков по поверхности; 2) значение силы F2, при котором верхний брусок начнет проскальзывать относительно нижнего.

Закон сохранения импульса Шар массой m=10 кг, движущийся со скоростью v1=4 м/с, сталкивается с шаром массой m=4 кг, скорость v2 которого равна 12 м/с. Считая удар прямым, неупругим, найти скорость и шаров после удара в двух случаях: 1) малый шар нагоняет большой шар, движущийся в том же направлении; 2) шары движутся навстречу друг другу. При насадке маховика на ось центр тяжести оказался на расстоянии r=0,1 мм от оси вращения. В каких пределах меняется сила F давления оси на подшипники, если частота вращения маховика n= 10 с1? Масса т маховика равна 100 кг.

Работа и энергия Под действием постоянной силы F вагонетка прошла путь s=5 м и приобрела скорость v=2 м/с. Определить работу A силы, если масса т вагонетки равна 400 кг и коэффициент трения f=0,01.

Молекула распадается на два атома. Масса одного из атомов в п=3 раза больше, чем другого. Пренебрегая начальной кинетической энергий и импульсом молекулы, определить кинетические энергии T1 и T2 атомов, если их суммарная кинетическая энергия T=0,032 нДж.

Динамика вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси

Момент силы F, действующей на тело, относительно оси вращения ,

Теорема Штейнера. Момент инерции тела относительно произвольной оси

Работа и мощность

Пример 2. Физический маятник представляет собой стержень длиной l=1 м и массой m1=l кг с прикрепленным к одному из его концов диском массой т2=0,5 m1. Определить момент инерции Jz такого маятника относительно оси Оz, проходящей через точку О на стержне перпендикулярно плоскости чертежа.

Пример 3. Вал в виде сплошного цилиндра массой m1=10 кг насажен на горизонтальную ось. На цилиндр намотан шнур, к свободному концу которого подвешена гиря массой m2=2 кг. С каким ускорением а будет опускаться гиря, если ее предоставить самой себе?

Решение. Линейное ускорение а гири равно тангенциальному ускорению точек вала, лежащих на его цилиндрической поверхности, и связано с угловым ускорением s вала соотношением

а=,  (1)

где r — радиус вала.

Угловое ускорение вала выражается основным уравнением динамики вращающегося тела

Решение. Применим к решению задачи основные законы поступательного и вращательного движения. На каждый из движущихся грузов действуют две силы: сила тяжести mg, направленная вниз, и сила Т натяжения нити, направленная вверх. По второму закону динамики вращательного движения, изменение момента импульса вращающегося тела равно произведению момента силы, действующего на тело, на время действия этого момента:

Пример 6. Платформа в виде диска радиусом R= 1,5 м и массой m1=180 кг вращается по инерции около вертикальной оси с частотой n=10 мин-1. В центре платформы стоит человек массой т2=60 кг. Какую линейную скорость относительно пола помещения будет иметь человек, если он перейдет на край платформы?

Линейная скорость человека, стоящего на краю платформы, связана с угловой скоростью соотношением

Пример 7. Человек стоит в центре скамьи Жуковского и вместе с ней вращается по инерции. Частота вращения n1=0,5 c-1. Момент инерции jo тела человека относительно оси вращения равен 1,6 кг м2. В вытянутых в стороны руках человек держит по гире массой m=2 кг каждая. Расстояние между гирями l1=l,6 м. Определить частоту вращения n2, скамьи с человеком, когда он опустит руки и расстояние l2 между гирями станет равным 0,4 м. Моментом инерции скамьи пренебречь.

Пример 8. Стержень длиной l=1,5 м и массой М=10 кг может вращаться вокруг неподвижной оси, проходящей через верхний конец стержня. В середину стержня ударяет пуля массой m=10 г, летящая в горизонтальном направлении со скоростью vo=500 м/с, и застревает в стержне. На какой угол  отклонится стержень после удара?

Решение. Удар пули следует рассматривать как неупругий: после удара и нуля, и соответствующая точка стержня будут двигаться с одинаковыми скоростями.

Рассмотрим подробнее явления, происходящие при ударе. Сначала пуля, ударившись о стержень, за ничтожно малый промежуток времени приводит его в движение с угловой скоростью  и сообщает ему кинетическую энергию

Момент инерции Определить момент инерции J материальной точки массой m=0,3 кг относительно оси, отстоящей от точки на r=20 см. Два маленьких шарика массой m=10 г каждый скреплены тонким невесомым стержнем длиной l=20 см. Определить момент инерции J системы относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через центр масс. Определить момент инерции J проволочного равностороннего треугольника со стороной а=10 см относительно: 1) оси, лежащей в плоскости треугольника и проходящей через его вершину параллельно стороне, противоположной этой вершине; 2) оси, совпадающей с одной из сторон треугольника (рис. 3.10, б). Масса т треугольника равна 12 г и равномерно распределена по длине проволоки.

Основное уравнение динамики вращательного движения

Тонкий однородный стержень длиной l=1 м может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку О на стержне. Стержень отклонили от вертикали на угол а и отпустили. Определить для начального момента времени угловое в и тангенциальное аt ускорения точки В на стержне. Вычисления произвести для следующих случаев:

Через блок, имеющий форму диска, перекинут шнур. К концам шнура привязали грузики массой m1=100 г и т2=110 г. С каким ускорением а будут двигаться грузики, если масса т блока равна 400 г? Трение при вращении блока ничтожно мало.

Человек стоит на скамье Жуковского и ловит рукой мяч массой т=0,4 кг, летящий в горизонтальном направлении со скоростью υ=20 м/с. Траектория мяча проходит на расстоянии r =0,8 м от вертикальной оси вращения скамьи. С какой угловой скоростью w начнет вращаться скамья Жуковского с человеком, поймавшим мяч, если суммарный момент инерции J человека и скамьи равен 6 кг-м2?

Якорь мотора вращается с частотой n=1500 мин-1. Определить вращающий момент М, если мотор развивает мощность N=500 Вт.

Силы в механике Закон всемирного тяготения где F — сила взаимного притяжения двух материальных точек; m1 и m2 — их массы; r — расстояние между точками; G — гравитационная постоянная.

Законы Кеплера.

1. Планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

2. Радиус-вектор планеты в равные времена описывает одинаковые площади.

3. Квадраты периодов обращения любых двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит: Законы Кеплера справедливы также для движения спутников вокруг планеты.

Примеры решения задач

Пример 1. Определить вторую космическую скорость υ2 ракеты, запущенной с поверхности Земли.

Примечание. Второй космической (или параболической) скоростью υ2 называется минимальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно удалилось с поверхности Земли в бесконечность (при этом сопротивление воздуха в расчет не принимается и предполагается, что на тело действует только поле тяготения Земли).

Решение. При удалении тела массой т в бесконечность его потенциальная энергия возрастает за счет убыли кинетической энергии и в бесконечности достигает максимального значения, равного нулю. Согласно определению второй космической скорости, кинетическая энергия в бесконечности также равна нулю. Таким образом, в бесконечности Т∞=0 и П∞ =0. В соответствии с законом сохранения энергии в механике

Пример 3. Найти выражение для потенциальной энергии П гравитационного взаимодействия Земли и тела массой m, находящегося на расстоянии r от центра Земли за пределами ее поверхности. Построить график П(r).

Решение. Потенциальная энергия в поле консервативных сил (гравитационные силы консервативны) связана с силой следующим соотношением: Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия тел, бесконечно удаленных друг от друга, принимается равной нулю

Пример 4. В гравитационном поле Земли тело массой m перемещается из точки 1 в точку 2 (рис. 4.5). Определить скорость v2 тела в точке 2, если в точке 1 его скорость

Ускорение свободного падения g считать известным.

Решение. Система тело — Земля является замкнутой, в которой действует

Пример 5. Вычислить работу А12 сил гравитационного поля Земли при перемещении тела массой m=10 кг из точки 1 в точку 2 (рис. 4.5). Радиус R земли и ускорение g свободного падения вблизи поверхности Земли считать известными.

Решение. Для решения задачи воспользуемся соотношением между работой А и изменением ΔП потенциальной энергии. Так как силы системы — гравитационные — относятся к силам консервативным, то работа сил поля совершается за счет убыли потенциальной энергии, т. е.   (1) где П1 и П2 — потенциальные энергии системы тело — Земля соответственно в начальном и конечном ее состояниях.

Решение. 1. Нормальное напряжение материала растянутого стержня выражается формулой σ=F/S, где F — сила, действующая вдоль оси стержня. В данном случае F равна силе тяжести mg и поэтому можем записать

Сделав вычисления, найдем

2. Абсолютное удлинение выражается формулой

где Е — модуль Юнга.

Силы тяготения. Гравитационное поле

Искусственный спутник движется вокруг Земли по эллипсу с эксцентриситетом ε=0,5. Во сколько раз линейная скорость спутника в перигее (ближайшая к центру Земли точка орбиты спутника) больше, чем в апогее (наиболее удаленная точка орбиты)? Указание. Применить  закон сохранения момента импульса.

Радиус R малой планеты равен 100 км, средняя плотность ρ вещества планеты равна 3 г/см3. Определить параболическую скорость υ2 у поверхности этой планеты.

Модуль упругости. Жесткость К вертикальной проволоке длиной l=5 м и площадью поперечного сечения S=2 мм2 подвешен груз массой m=5,1 кг. В результате проволока удлинилась на x=0,6 мм. Найти модуль Юнга Е материала проволоки.

Работа упругой силы. Энергия деформированного тела

Релятивисткая механика. Релятивистское (лоренцево) сокращение длины стержня

Примеры решения задач

Пример. Космический корабль движется со скоростью υ=0,9 с по направлению к центру Земли. Какое расстояние l пройдет этот корабль в системе отсчета, связанной с Землей (K-система), за интервал времени Δt0=1 с, отсчитанный по часам, находящимся в космическом корабле (K'-система)? Суточным вращением Земли и ее орбитальным движением вокруг Солнца пренебречь.

Пример. Кинетическая энергия Т электрона равна 1 МэВ. Определить скорость электрона.

Решение.  Релятивистская формула кинетической энергии

Выполнив относительно β преобразования, найдем скорость частицы, выраженную в долях скорости света (β=υ/c):

  (1) где E0 — энергия покоя электрона

Пример 5. Релятивистская частица с кинетической энергией T=т0c2 (m0 — масса покоя частицы) испытывает неупругое столкновение с такой же покоящейся (в лабораторной системе отсчета) частицей. При этом образуется составная частица. Определить: 1) релятивистскую массу т движущейся частицы; 2) релятивистскую массу т' и массу покоя m0' составной частицы; 3) ее кинетическую энергию Т'.

Релятивистское изменение длин и интервалов времени

Предположим, что мы можем измерить длину стержня с точностью Δl=0,1 мкм. При какой относительной скорости и двух инерциальных систем отсчета можно было бы обнаружить релятивистское сокращение длины стержня, собственная длина l0 которого равна 1 м?

Релятивистская масса и релятивистский импульс

Частица движется со скоростью υ=0,5 с. Во сколько раз релятивистская масса частицы больше массы покоя?

Кинетическая энергия релятивистской частицы

Кинетическая энергия Т электрона равна 10 МэВ. Во сколько раз его релятивистская масса больше массы покоя? Сделать такой же подсчет для протона.

Механические колебания Основные формулы

Уравнение гармонических колебаний  где х — смещение колеблющейся точки от положения равновесия; t — время; А, ω, φ— соответственно амплитуда, угловая частота, начальная фаза колебаний;   — фаза колебаний в момент t. Угловая частота колебаний Дифференциальное уравнение гармонических колебаний материальной точки   , или  , где m — масса точки; k — коэффициент квазиупругой силы (k=тω2).

Полная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания,

• Период колебаний тела, подвешенного на пружине (пружинный маятник),

• Логарифмический декремент колебаний  где A (t) и A (t+T) — амплитуды двух последовательных колебаний, отстоящих по времени друг от друга на период.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний

Чтобы выразить скорость через смещение, надо исключить из формул (1) и (2) время. Для этого возведем оба уравнения в квадрат, разделим первое на А2, второе на A2 ω 2 и сложим:  , или  

Решив последнее уравнение относительно υ, найдем

Выполнив вычисления по этой формуле, получим   см/с.

Пример 3. На концах тонкого стержня длиной l = 1 м и массой m3=400 г укреплены шарики малых размеров массами m1=200 г и m2=300г. Стержень колеблется около горизонтальной оси, перпендикулярной стержню и проходящей через его середину (точка О на рис. 6.2). Определить период Т колебаний, совершаемых стержнем.

  Решение. Период колебаний физического маятника, каким является стержень с шариками, определяется соотношением

  (1)

где J — момент инерции маятника относительно оси колебаний; т — его масса; lС — расстояние от центра масс маятника до оси.

Момент инерции данного маятника равен сумме моментов инерции шариков J1 и J2 и стержня J3:

 (2)

Принимая  шарики за материальные точки, выразим моменты их инерции:

Так как ось проходит через середину стержня, то его момент инерции относительно этой оси J3= = . Подставив полученные выражения J1 , J2 и J3 в формулу (2), найдем общий момент инерции фи- зического маятника:

 

Пример 4. Физический маятник представляет собой стержень длиной l= 1 м и массой 3т1 с прикрепленным к одному из его концов обручем диаметром  и массой т1. Горизонтальная ось Oz маятника проходит через середину стержня перпендикулярно ему (рис. 6.3). Определить период Т колебаний такого маятника.

Решение. Период колебаний физического маятника определяется по формуле   (1)

Пример 5. Складываются два колебания одинакового направления, выражаемых уравнениями ; х2= =, где А1=1 см, A2=2 см,  с,  с, ω = =. 1. Определить начальные фазы φ1 и φ 2 составляющих колебаний.

2. Найти амплитуду А и начальную фазу φ результирующего колебания. Написать уравнение результирующего колебания.

Решение. 1. Уравнение гармонического колебания имеет вид   (1)

Преобразуем уравнения, заданные в условии задачи, к такому же виду:  (2)

Пример 6. Материальная точка участвует одновременно в двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаниях, уравнения которых  (1).   (2)

где a1=1 см, A2=2 см, . Найти уравнение траектории точки. Построить траекторию с соблюдением масштаба и указать направление движения точки.

Решение. Чтобы найти уравнение траектории точки, исключим время t из заданных уравнений (1) и (2). Для этого восполь>зуемся формулой  .

Задачи

Кинематика гармонических колебаний

Уравнение колебаний точки имеет вид , где ω=π с-1, τ=0,2 с. Определить период Т и начальную фазу колебаний.

Два камертона звучат одновременно. Частоты ν1 и ν2 их колебаний соответственно равны 440 и 440,5 Гц. Определить период Т биений.

Динамика гармонических колебаний.  Маятники

Материальная точка массой т=50 г совершает колебания, уравнение которых имеет вид х=А cos ωt, где А = 10 см, ω=5 с-1. Найти силу F, действующую на точку, в двух случаях: 1) в момент, когда фаза ωt=π/3; 2) в положении наибольшего смещения точки.

Однородный диск радиусом R=30 см колеблется около горизонтальной оси, проходящей через одну из образующих цилиндрической поверхности диска. Каков период Т его колебаний?

Диск радиусом R=24 см колеблется около горизонтальной оси, проходящей через середину одного из радиусов перпендикулярно плоскости диска. Определить приведенную длину L и период Т колебаний такого маятника.

Из тонкого однородного диска радиусом R=20 см вырезана часть, имеющая вид круга радиусом r=10 см, так, как это показано на рис. 6.7. Оставшаяся часть диска колеблется относительно горизонтальной оси О, совпадающей с одной из образующих цилиндрической поверхности диска. Найти период Т колебаний такого маятника.

Затухающие колебания

Основные формулы

Уравнение плоской волны

Энергия звукового поля, заключенного в некотором объеме V

Примеры решения задач

Поперечная волна распространяется вдоль упругого шнура со скоростью =15 м/с. Период Т колебаний точек шнура равен 1,2 с, амплитуда A=2 см. Определить: 1) длину волны ; 2) фазу  колебаний, смещение , скорость , и ускорение , точки, отстоящей на расстоянии х=45 м от источника волн в момент t=4 с; 3) разность фаз  колебаний двух точек, лежащих на луче и отстоящих от источника волн на расстояниях x1=20 м и x2=30 м.

Решение. 1. Длина волны равна расстоянию, которое волна проходит за один период, и может быть найдена из соотношения

Запишем уравнение волны: Решение. Выберем систему координат так, чтобы ось х была направлена вдоль луча бегущей волны и начало О координат совпадало с точкой, находящейся на источнике MN плоской волны. С учетом этого, уравнение бегущей волны запишется в виде

Источник звука частотой v=18 кГц приближается к неподвижно установленному резонатору, настроенному на акустическую волну длиной = 1,7 см. С какой скоростью должен двигаться источник звука, чтобы возбуждаемые им звуковые волны вызвали колебания резонатора? Температура T воздуха равна 290 К.

Уравнение плоской волны Показать, что выражение х,t)=Acos(t—kx) удовлетворяет волновому уравнениюпри условии, что k.

Суперпозиция волн Имеются два источника, совершающие колебания в одинаковой фазе и возбуждающие в окружающей среде плоские волны одинаковой частоты и амплитуды (A1=A2=1 мм). Найти амплитуду А колебаний точки среды, отстоящей от одного источника колебаний на расстоянии x1=3,5 м и от другого — на x2=5,4 м. Направления колебаний в рассматриваемой точке совпадают. Длина волны =0,6 м.

Стоячая волна образуется при наложении бегущей волны и волны, отраженной от границы раздела сред, перпендикулярной направлению распространения волны. Найти положения (расстояния от границы раздела сред) узлов и пучностей стоячей волны

Эффект Доплера Поезд проходит мимо станции со скоростью u=40 м/с. Частота v0 тона гудка электровоза равна 300 Гц. Определить кажущуюся частоту v тона для человека, стоящего на платформе, в двух случаях: 1) поезд приближается; 2) поезд удаляется. Мимо неподвижного электровоза, гудок которого дает сигнал частотой v0=300 Гц, проезжает поезд со скоростью и=40 м/с. Какова кажущаяся частота v тона для пассажира, когда поезд приближается к электровозу? когда удаляется от него?

Звуковое давление. Акустическое сопротивление

Определить удельное акустическое сопротивление Zs воздуха при нормальных условиях.