Физика Контрольные Вопросы 1 семестр

Лабораторная работа №3 Определение средней силы удара двух упругих шаров и оценка модуля упругости материалов 1. Какие законы сохранения выполняются при упругом и неупругом соударениях тел? 2. Что называется абсолютно упругим и неупругим ударами? 3. Встречаются ли абсолютно упругие и абсолютно неупругие соударения в природе? 4. Объясните методику определения времени и силы соударения шаров. 5. Объясните методику оценки модуля упругости материалов. Физический смысл модуля упругости. 6.Решите следующую задачу: Пусть скорость первого тела равна V1, второго равна нулю. Определите скорости этих тел после упругого и неупругого центральных соударений, если массы тел одинаковы (m1 = m2). 1) Закон сохранения импульса выполняется как при упругом, так и при неупругом ударах. Закон сохранения механической энергии выполняется только при упругом ударе. При неупругом ударе часть механической энергии переходит во внутреннюю (тепловую) энергию.

Закон сохранения импульса - в замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Закон сохранения механической энергии - сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

2) Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются} друг с другом и движутся дальше как одно тело.

Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел.

3) Таких тел (абсолютно упрупих/не упругих) в природе фактически не встречается 4) Время, как правило, ничем не лимитируется, и в задачах оно просто задается. соответственно средняя сила за время соударения равна изменению импульса любого из шаров, деленному на это время 5) Модуль Упругости ‚ или модуль продольной деформации Е показывает критическое напряжение, которое может иметь структура материала при максимальной ее деформации по разрушения.

Физический смысл Модуля Юнга: он показывает напряжение, которое необходимо приложить к телу, чтобы удлинить его в два раза 6)

Лабораторная работа №9 Изучение движения маятника Максвелла 1. Дайте определение момента инерции. Каков физический смысл момента инерции? 2. Получите выражение для определения момента инерции диска, стержня, кольца. 3. Получите рабочую формулу для определения момента инерции маятника Максвелла. 4. Получите формулу для определения приборной погрешности при измерении момента инерции 5. Запишите и обоснуйте выражение для определения кинетической энергии тела при вращательном движении. 1) Моментом инерции материальной точки относительно оси вращения называют произведение массы точки на квадрат расстояния ее от оси вращения. Момент инерции системы равен сумме моментов инерций всех её точек относительно одной и той же оси. Момент инертности является мерой инертности тела при вращении

2) I_шара= m R² I_{стержня}= m l ² I_диска=

3) M = I * B ar=a ma=mg-2T I_E= 2Tr mg-T=ma Tr=I a/r S = at^2/2 I= mr² (gt²/2S – 1) 4) <I>= = 5) E_k=IW²/2 W-угловая скорость, I-момент инерци

Лабораторная работа №6 Изучение явления прецессии гироскопа

1. Что называется гироскопом? 2. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения и дайте определения входящих в него физических величин. 3. Приведите примеры применения уравновешенного и неуравновешенного гироскопов в технике (в частности, объясните устройство и принципы действия гирокомпаса и гироскопического измерителя ускорения). 4. Дайте определение явления прецессии и нутации оси гироскопа. Объясните, от чего зависит величина и направление прецессии. 5. Как влияют силы трения на прецессию гироскопа? 6. Объясните условия возникновения гироскопических сил и приведите примеры их полезного и вредного действия в механизмах. 1) Твердое оссемметричное тело, вращающееся с большой угловой скоростью вокруг своей геометрической оси, называется (техническим) гироскопом

2) Угловое ускорение прямо пропорционально результирующему моменту сил, приложенных к телу и обратно пропорционально моменту инерции тела относительно той же оси вращения. B=M/L B-угловое ускорение тела, M-момент внешних сил, I-момент инерции

3) Пример свободного неуравновешенного (тяжелого) гироскопа - летящий в воздухе снаряд, стабилизированный вращением. Примеры свободного уравновешенного гироскопа направления - гирокурсоуказатель; гирополукомпас

Принцип действия гирокомпаса основан на свойствах гироскопа сохранять направление в пространстве при отсутствии внешних сил и изменять это направление, или прецессировать, под воздействием внешних сил

4) Прецессия гироскопа — такой тип движения, когда в результате постоянного действия момента внешней силы ось свободного гироскопа вращается вокруг направления данной внешней силы. Нутациями — колебаниями оси собственного вращения гироскопа вокруг вектора полного момента импульса.

5) Под действием сил отклоняется от первоначального положения и начинает вращаться вокруг прецессии и направлении перпендикулярном этой силе с постоянной угловой скорость

6) Гироскопические силы ось гироскопа под действием пары сил вращается так, чтобы угол, образуемый ею с осью вынужденного вращения, был наименьшим и чтобы оба вращения происходили в одном направлении.

Лабораторная работа №5 Проверка основного уравнения динамики вращательного тела 1. Запишите и сформулируйте основное уравнение вращательного движения. Дайте определения физических величин, входящих в это уравнение. 2. Дайте определение момента инерции и момента силы. Каковы единицы измерения этих величин? Каков физический смысл момента инерции? 3. Выведите формулу для определения углового ускорения, если известно время t опускания груза с высоты h. 4. Как можно изменить момент сил, действующих на крестовину? 5. Как можно изменить момент инерции крестовины с грузами? 6. Сформулируйте теорему Штейнера. 1) Момент вращающейся силы, приложенной к телу, равен произведению момента инерции тела на угловое ускорение. 2) Момент инерции – это мера инертности тела при вращательном движении. [кг*м²] Моментом силы относительно называется векторное произведение радиус вектора r на силу F [H*м] 3) h  at²/2 a=2h/ t² 4) Увеличить диаметр 5) Переместить подвижные грузы по стержням крестовины 6) Момент инерции относительно произвольной оси равен инерции относительной оси, параллельной данной и проходящей через центр инерции тела, плюс произведение массы тела на квадрат расстояния между осями.

Лабораторная работа №20 Определение коэффициента внутреннего трения жидкости методом Стокса 1. Какова физическая природа вязкости в газах и жидкостях? 2. Дайте определение динамического и кинематического коэффициентов вязкости. В каких единицах они измеряются? 3. Какое движение жидкости называют турбулентным и какое ламинарным, их критерии. 4. При каких условиях выполняется формула Стокса? 5. Выведите расчетную формулу (7). 1) Физической причиной вязкости является молекулярное взаимодействие. В жидкостях вязкость есть проявление сил сцепления молекулами , в газах она результат взаимодействия, обусловленный хаотическим движением молекул. 2) Динамическая (абсолютная) вязкость µ – сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии. Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ и определяется формулой: ν = µ / ρ, где µ - динамическая вязкость, Па·с, ρ - плотность жидкости, кг/м³. В СИ кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду [м²/с]. Также широко используется внесистемная единица - cтокс [Ст] и ее производная - сантистокс [сСт]. 3) Ламинарное (слоистое) – когда слои жидкости перемещаются не смешиваясь. Она характерно для малых скоростей и небольшой вязкости Re<1000 Турбулентное (вихревое) – происходит перемешивание слоев жидкости, вызванное появлением нормальной составляющей скорости частиц жидкости. Re>1000 4) В жидкости при падении шарика не возникает турбулентности. Это условие выполняется, если шарик движется не слишком быстро. Для этого надо опускать его в жидкость плавно, без броска, то есть с нулевой начальной скоростью. Кроме того, надо, чтобы плотность вещества, и которого сделан шарик, была намного больше жидкости – тогда шарик при падении разгоняется до небольшой скорости. Горизонтальный размер сосуда должен быть как минимум в 5-10 раз больше диаметр шарика 5) 4/3 {\displaystyle \pi } п r³’g-4/3 {\displaystyle \pi } п r³жg-6пrV=0  2gr²/9l (’-ж)t Лабораторная работа №15 Экспериментальное определение отношения молярных теплоёмкостей (показателя адиабаты) воздуха методом Клемана-Дезорма 1. Дайте определение адиабатического процесса. 2. Запишите первый закон термодинамики для адиабатического процесса. 3. Запишите уравнение Пуассона для адиабатического процесса. 4. Объясните, почему показатель адиабаты больше единицы. 5. Дайте определения молярных теплоёмкостей СV и СP. 6. Запишите уравнение Майера. 7. Объясните физический смысл молярной газовой постоянной R. 8. Дайте определение, что такое число степеней свободы и чему оно равно для одно-, двух- и трёхатомных молекул при жёсткой связи между атомами. 9. Изобразите в координатах P,V изотермический и адиабатический процессы. 10. Какова связь между молярной и удельной теплоёмкостями? 11. Выведите расчётную формулу (14). 1) Адиабатическим (адиабатным) называется процесс, протекающий без теплообмена с внешней средой. 2) 1 закон термодинамики для адиабатного процесса будет иметь следующий вид: CVdT+pdV=0, где CV – молярная теплоемкость идеального газа при постоянном объёме 3) P^V = const. Уравнение, описывающее адиабатный процесс в переменных P, V, называется уравнением Пуассона или уравнением адиабаты 4) =i+2/i Из этого выражения следует, что показатель адиабаты для идеального газа всегда больше единицы. Для одноатомных газов этот показатель равен 1,67, а для двухатомных и многоатомных соответственно 1,4 и 1,33. 5) Молярная теплоёмкость – это теплоёмкость одного моля вещества 6) C_v+R=C_p, где C_p – молярная теплоёмкость газа при постоянном давлении 7) Удельная газовая постоянная R есть работа (в Дж), совершенная газом массой 1 кг при изменении температуры на 1 С в изобарных условиях 8) Число независимых координат, полностью определяющих положение тела в пространстве, называется числом степеней свободы 9) - изотермический процесс - адиабатический процесс 10) Удельной теплоёмкостью вещества называется теплоёмкость единицы массы этого вещества Молярной теплоемкостью называется теплоемкость одного моля вещества 11) = h/h1-h2 P1V1 = P2V2 P1P2  P0P1 lnP1 +  lnP2 = lnP0 +  lnP1 = ln P1- ln P0/ ln P1- ln P2 = P1-P0/P1-P2

Лабораторная работа №17 Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха 1. В чем состоит физическая сущность внутреннего трения в газах? 2. Как зависит коэффициент внутреннего трения и сила трения в газах от температуры? 3. Как зависит коэффициент внутреннего трения в газах от давления? 4. Какова размерность коэффициента внутреннего трения? Каков физический смысл коэффициента внутреннего трения? 5. Какова методика определения коэффициента внутреннего трения и эффективного диаметра молекул воздуха? 6. Какова методика определения погрешности измерений эффективного диаметра и средней длины свободного пробега молекул воздуха? 7. Выведите формулу Пуазейля

1) Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. 2) Коэффициент вязкости зависит от температуры, причем характер этой зависимости для жидкостей и газов различен 3) У жидкостей коэффициент вязкости с повышением температуры уменьшается, а у газов, наоборот, увеличивается. Это указывает на различие внутреннего трения в жидкостях и газах. 4) Физический смысл коэффициента вязкости заключается в том, что он численно равен силе, действующей на единицу площади поверхности, параллельной скорости течения газа или жидкости, при градиенте скорости. 5) 6) 7) =пr⁴ △pt/8Vl

Лабораторная работа №26 Определение удельной теплоты плавления олова и приращения энтропии при плавлении олова 1. Дайте определение удельной теплоты плавления. 2. Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела? 3. Как изменится период времени t3 – t2 с уменьшением температуры среды, окружающей тигель с оловом? 4. Из чего состоит внутренняя энергия кристаллической решетки? 5. Почему при плавлении кристаллического тела температура остается неизменной? 6. Изобразите графически и объясните механизм плавления и кристаллизации кристаллического тела. 7. Дайте определение переохлажденной жидкости, аморфного тела. 8. Какое количество теплоты выделилось при остывании олова? 9. Что называется энтропией? Каков физический смысл энтропии? 10.Как изменяется энтропия в зависимости от агрегатного состояния веществ: твердое, жидкое, газообразное? 11.Дайте определение обратимых и необратимых процессов. 1) Удельной теплотой плавления называют такую величину, которая численно равна количеству теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при постоянной температуре в жидкость

2) Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела?

3) Так как температура среды окружающей тигель уменьшится то увеличиться время плавления и период времени t3 – t2 удлиниться.

4) Энергию, которая выделяется при образовании кристаллической решетки из составных частей, называют энергией кристаллической решетки.

5) Потому что вся поступающая тепловая энергия идет на разрушение связей между молекулами вещества (в случае плавления — на разрушение кристаллической решетки, в случае кипения — на преодоление молекулами сил межмолекулярного притяжение и вылет за пределы жидкости). Наоборот, при обратных фазовых переходах (конденсации и кристаллизации) температура не уменьшается, потому что происходит образование связей между молекулами вещества.

6) В твердом состоянии молекулы и атомы находятся в узлах решетки, совершая непрерывные колебания вблизи фиксированного положения. Такие колебания не нарушают кристаллическую структуру. Прочность решетки обеспечивается межмолекулярными связями. В процессе нагрева тела происходит передача тепловой энергии, которая преобразуется во внутреннюю энергию молекул, увеличивая их скорость и частоту колебаний. При достижении некоторого критического значения температуры Tпл (температуры плавления) происходит разрыв межмолекулярных связей, молекулы покидают свои места, что приводит к изменению формы тела, которое начинает переходить в жидкое состояние.

Если расплавленное вещество охладить, то при достижении температуры Tотв (температура отвердевания) начинается обратный процесс перехода из жидкого состояния в твердое. Этот фазовый переход называется отвердеванием или кристаллизацией. При охлаждении молекулы теряют скорость и отдают тепло в окружающую среду. Внутренняя энергия уменьшается, частицы под воздействием сил молекулярного взаимодействия начинают “занимать” постоянные места, восстанавливая структуру решетки.

7) Жидкие тела переохлаждаются при отсутствии центров кристаллизации.

Аморфные тела- сильно переохлажденные жидкости теряющие текучесть, сохраняя как кристаллическую решетку, так и форму.

8) При остывании твердого олова вместе с тигелем в единицу времени отдается количество теплоты:

9) Энтропия - функция состояния термодинамической системы, изменение которой dS в равновесном процессе равно отношению количества теплоты dQ, сообщенного системе или отведенного от нее, к термодинамической температуре Т системы. Неравновесные процессы в изолированной системе сопровождаются ростом энтропии, они приближают систему к состоянию равновесия, в котором S максимальна.

10)

Фазовая область молекулы в твердом теле гораздо меньше, чем в жидкости, а в жидкости меньше чем в газе, т.к. в твердом теле каждой молекуле доступна лишь малая область пространства между соседними узлами кристаллической решетки, а в жидкости молекулы занимают большую область пространства. Поэтому при равной температуре энтропия твердого тела меньше энтропии жидкости, а жидкости меньше энтропии газа.

11) Обратимый процесс - термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остается макроскопических изменений.

Необратимым называется процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния. Все реальные процессы необратимы. Примеры необратимых процессов: диффузия, термодиффузия.