Warning: include_once(/pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/config.php) [function.include-once]: failed to open stream: No such file or directory in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/main.php on line 4

Warning: include_once() [function.include]: Failed opening '/pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/config.php' for inclusion (include_path='.:/usr/local/php5.2/share/pear') in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/main.php on line 4

Warning: file_get_contents(AGG_UPDATE_PATH?key=AGG_CODE_KEY&type=config&host=4d-art.ru) [function.file-get-contents]: failed to open stream: No such file or directory in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/WapClick.php on line 79

Warning: file_get_contents(AGG_UPDATE_PATH?key=AGG_CODE_KEY&type=ip_list&host=4d-art.ru) [function.file-get-contents]: failed to open stream: No such file or directory in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/WapClick.php on line 80

Warning: file_get_contents(AGG_CONFIG_PATH) [function.file-get-contents]: failed to open stream: No such file or directory in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/WapClick.php on line 90

Warning: file_get_contents(AGG_IPLIST_PATH) [function.file-get-contents]: failed to open stream: No such file or directory in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/WapClick.php on line 45

Warning: Invalid argument supplied for foreach() in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/WapClick.php on line 47

Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/main.php:4) in /pub/home/andrekon21/4d-art/tfdgbsd6435hhjmkhgi9/main.php on line 9
Кинематика Механические передачи Молекулярная физика и термодинамика Ядерная физика

Лабораторная работа по физике. Практические занятия

Задача 8

Камень бросили под углом α = 60о к горизонту со скоростью υ0=15 м/с. Найти кинетическую, потенциальную и полную энергию камня: 1) спустя одну секунду после начала движения; 2) в высшей точке траектории. Масса камня m = 0,2 кг. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Решение

Выберем ось х – по горизонтали, а ось у – по вертикали. 

 Проекции скорости:

υx = υ0 cos a,  (6)

 υо υy = υ0 sin a – gt (7)

 a x В момент времени t модуль скорости определится из соотношения:

υ2 = υ02 cos2 a+ (υ0 sin a – gt)2 = υ02 – 2 υ0 gt sin a + g2t2.

Высота камня над поверхностью земли в момент времени t определяется из соотношения:

 h = υ0 sin a - .  (8)

Находим кинетическую, потенциальную и полную энергию в момент времени t:

Ek =  = ( υ02 – 2 υ0 gt sin a + g2t2),

Eп = mgh = ( 2 υ0 gt sin a – g2t2),

E = Ek + Eп= .

В высшей точке траектории υy = 0. Этой точки камень достигает за время = (из (7)), и максимальная высота подъёма hmax= (из (8)).

Ek =  = ,

Eп = mghmax = ,

E = Ek + Eп = .

Подставляем числовые значения. В момент времени t = 1 c.

 Ek = 17,4 Дж, Eп = 5,1 Дж, E = 22,5 Дж.

В высшей точке траектории:

 Ek = 16,9 Дж, Eп = 5,6 Дж, E = 22,5 Дж.

Задача 9

На рельсах стоит платформа массой m1 = 10 т, на платформе закреплено орудие массой m2 = 5 т, из которого проводится выстрел вдоль рельсов. Масса снаряда m3 = 100 кг, его начальная скорость относительно орудия υ0 = 500 м/с. Определить скорость υx платформы в первый момент времени, если: 1) платформа стояла неподвижно, 2) платформа двигалась со скоростью υ1 = 18км/ч, и выстрел был произведён в направлении её движения, 3) платформа двигалась со скоростью υ1 = 18 км/ч, и выстрел был произведён в направлении, противоположном её движению.

Решение

Согласно закону сохранения импульса, импульс замкнутой системы до какого-либо события (в данном случае выстрела) должен быть равен её импульсу после события. За положительное выбираем направление скорости снаряда. До выстрела вся система имела импульс (m1+m2+m3)υ1, после выстрела платформа с орудием движутся со скоростью υx, их импульс (m1+m2)υx, а снаряд относительно земли движется со скоростью υ0+ υ1, его импульс m3(υ0+υ1). Закон сохранения импульса записывается так:

(m1 + m2 + m3) υ1 = (m1 + m2) υx + m3(υ0+ υ1),

отсюда υx =  = υ1 –  υ0.

Подставляем значения масс, υ1 и υ0:

1) υ1 = 0

υx = – 3,33 м/с.

Знак минус означает, что платформа с орудием движется противоположно направлению движения снаряда;

2) υ1 = 18 км/ч = 5 м/с,

υx = 5 – 3,33 = 1,67 м/с.

Платформа с орудием продолжает двигаться в направлении выстрела, но с меньшей скоростью;

3) υ1 = – 18 км/ч = – 5 м/с

υx = – 5 – 3,33 = – 8,33 м/с.

Скорость платформы, двигавшейся в направлении, противоположном направлению выстрела, увеличивается.

Термодинамические потенциалы в адиабатных процессах

Термин адиабатный означает полную тепловую изоляцию системы. Самый простой случай при этом – обратимые процессы в полностью изолированных системах, то есть в системах, не имеющих никаких связей с внешним миром - ни тепловых, ни силовых, ни материальных (обмен веществом). В этом случае термодинамическое тождество (5.3) в силу равенства нулю левой части сразу показывает, что совершаемая системой работа против внешних сил может выполняться только за счет уменьшения ее внутренней энергии, то есть

 dAmax = - (dU)S,V (6.1)

Индекс max означает, что равенство выполняется только в идеальном процессе, происходящем без потерь энергии. Равенство (6.1) означает, что в полностью изолированных системах при сохранении энтропии и объема роль потенциальной энергии будет играть внутренняя энергия.

 Если работа выполняется термодинамической системой в условиях теплоизоляции, но при наличии механических связей с окружающими телами, то такая работа выполняется не только за счет убыли внутренней энергии, но и за счет изменения потенциальной энергии системы как целого в поле внешних сил dEпот. Основной случай механической связи – это связь, осуществляемая посредством внешнего давления (практически наиболее интересный случай), и тогда dEпот = PвнешdV. Для элементарной работы газообразной термодинамической системы при условии постоянного давления это дает

 dAmax = - dU - dEпот = - dU - PdV = - d(U + PV) = - (dH)S,Р (6.2)

Уравнение (6.2) показывает, что роль потенциальной энергии для внешних сил (при постоянном давлении) у газа играет произведение давления на объем PV. Сумма внутренней энергии и этого произведения, играющая роль полной потенциальной энергии в изобарных процессах без теплообмена, получившая название энтальпия (или теплосодержание) и обозначаемая обычно символом H,

 H = U + PV, (6.3)

является термодинамическим потенциалом для адиабатных процессов при наличии силовой связи с внешним миром. Максимальная работа, которую может совершить термодинамическая система в таких условиях, равна убыли энтальпии. В присутствии электромагнитных влияний выражение для энтальпии принимает вид

 H = U + PV - (D*E)/2 – (H*B)/2. (6.3’)

Стоящие в скобках скалярные произведения учитывают потенциальную энергию поляризованности и намагниченности молекул (в расчете на один моль) во внешних электрических (напряженность E) и магнитных (магнитная индукция B) полях. Здесь D и H – векторы электрического смещения и напряженности магнитного поля.


Деление кристаллов на диэлектрики, металлы и полупроводники