ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ № 1

1.01. Точка движется по окружности радиусом R = 4 м. Закон ее движения выражается уравнением s = A + Bt², где A = 8 м, В = - 2 м/с². Определить момент времени t, когда нормальное ускорение а_n точки равно 12 м/с². Найти скорость υ, тангенциальное а_τ и полное а ускорения точки в тот же момент времени t.

1.02. Две материальные точки движутся согласно уравнениям x₁ = A₁ t + + В₁ t² + С₁ t³ и x₂ = A₂ t + В₂ t² + С₂ t³, где A₁ = 4 м/с, В₁ = 8 м/с², C₁ = - 16м/с³, A₂ = 2 м/с, В₂ = - 4 м/с² , С₂= 1 м/с³. В какой момент времени t ускорения этих точек будут одинаковы? Найти скорости υ₁ и υ₂ точек в этот момент.

1.03. Материальная точка движется в плоскости ху согласно уравнениям x = A₁ + В₁ t + С₁ t² и y = A₂ + В₂ t +С₂ t², где В₁ = 7 м/с, C₁ = - 2 м/с², В₂ = - 1 м/с, С₂= 0,2 м/с². Найти модули скорости и ускорения точки в момент времени t = 5 c.

1.04. Зависимость пройденного телом пути s от времени t дается уравнением

s = A + Bt + Ct²+ Dt³, где C = 0,14 м/с² и D = 0,01 м/с³. Через какое время t после начала движения тело будет иметь ускорение а = 1 м/с²? Найти среднее ускорение тела за этот промежуток времени.

1.05. Шар массой m = 10 кг и радиусом R = 0,2 м вращается вокруг оси, проходящей через его центр. Закон движения шара имеет вид φ = А + B t² + C t³, где В = 4 рад/с², С = - 1 рад/с³. Найти зависимость момента сил, действующих на шар, от времени. Чему будет равен момент сил М в момент времени t = 2 с?

1.06. Маховик, момент инерции которого J = 50 кг•м², вращается по закону: φ = А + B t + C t², где А = 2 рад, В = 16 рад/с, С = - 2 рад/с². Найти закон изменения вращающего момента М и закон изменения мощности N. Чему равна мощность N₁ в момент времени t = 3 с?

1.07. Зависимость пройденного телом пути s от времени t дается уравнением s = A t – B t²+ C t³, где А = 2 м/с, В = 3 м/с² и С = 4 м/с³. Найти: 1) зависимость скорости υ и ускорения а от времени t; 2) путь s, пройденный телом, скорость υ и ускорение а тела через время t = 2 с после начала движения.

1.08. Зависимость пройденного телом пути s от времени t дается уравнением s = A + B t + C t², где А = 3 м, В = 2 м/с и C = 1 м/с². Найти среднюю скорость и среднее ускорение тела за первую, вторую и третью секунды его движения.

1.09. Точка движется по прямой согласно закону х = A t + В t³, где А = 6 м/с; В = - 0,125 м/с³. Определить: 1) среднюю скорость точки в интервале времени от t₁ = 2 с до t₂ = 6 с; 2) координату точки в тот момент времени, когда скорость тела будет равна нулю.

1.10. Материальная точка совершает колебания по закону . Определить 1) период колебаний, 2) максимальную скорость, 3) максимальное ускорение точки.

1.11. Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью υ_о = 4 м/с. Когда оно достигло верхней точки полета из того же начального пункта, с той же начальной скоростью υ_о вертикально вверх брошено второе тело. На каком расстоянии h от начального пункта встретятся тела? Сопротивление воздуха не учитывать.

1.12.Камень падает вертикально вниз с высоты 20 м. Начальная скорость равна нулю. Определите время падения камня, среднюю скорость падения камня.

1.13.Шарик бросают вертикально вверх со скоростью υ_о = 2 м/с с высоты h = 5 м. Определите 1) максимальную высоту подъема шарика; 2) время его падения на землю; 3) скорость в момент падения.

1.14.Два мяча бросают вертикально вверх из одной точки с одинаковыми скоростями 10 м/с с интервалом в 1 с. Определите, через какой промежуток времени после бросания первого мяча они встретятся в воздухе.

1.15. Пушка и цель находятся на одном уровне на расстоянии 5,1 км друг от друга. За какое время снаряд, выпущенный под произвольным углом к горизонту с начальной скоростью 240 м/с, достигнет цели? Сопротивлением воздуха пренебречь.

1.16. Камень, брошенный горизонтально, упал на землю через время t = 0,5 с на расстоянии l = 5 м по горизонтали от места бросания. С какой высоты h брошен камень? С какой скоростью υ_xон брошен?

1.17. Тело брошено под углом α = 30° к горизонту со скоростью υ_о = 30 м/с. Какова будет его скорость через время t = 1 с после начала движения?

1.18.Тело массой m = 0,5 кг брошено со скоростью υ_о = 10 м/с под углом α = 30° к горизонту. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите кинетическую T, потенциальную П и полную энергии тела: 1) через t = 0,4 c после начала движения; 2) в высшей точке траектории.

1.19. Какой начальной скоростью υ_о должна обладать сигнальная ракета, выпущенная под углом α = 45° к горизонту, чтобы она вспыхнула в наивысшей точке своей траектории? Время горения запала ракеты t = 6 c.

1.20. Вертолет летит горизонтально со скоростью υ = 160 км/ч на высоте h = 500 м. С вертолета нужно сбросить вымпел на остров. На каком по горизонтали расстоянии от острова летчик должен сбросить вымпел?

1.21. При горизонтальном полете со скоростью υ = 250 м/с, снаряд массой m = 8 кг разорвался на две части. Большая часть массой m₁ = 6 кг получила ско­рость u₁ = 400 м/с в направлении полета снаряда. Опре­делить модуль и направление скорости u₂ меньшей части снаряда.

1.22. Орудие, жестко закрепленное на железнодорожной платформе, производит выстрел вдоль полотна железной дороги под углом α = 30° к линии горизонта. Определить скорость u₂ отката платформы, если снаряд вылетает со скоростью υ₁ = 480 м/с. Масса платформы с орудием и снарядами m₂= 18 т, масса снаряда m₁ = 60 кг.

1.23. Конькобежец, стоя на коньках на льду, бросает камень массой m₁ = 2,5 кг под углом α = 30° к горизонту со скоростью υ = 10 м/с. Какова будет начальная скорость υ_о движения конькобежца, если масса его m₂ = 60 кг? Перемещением конькобежца во время броска пренебречь.

1.24. Человек массой m₁ = 70 кг, бегущий со скоростью υ₁ = 9 км/ч, догоняет тележку массой m₂ = 190 кг, движущуюся со скоростью υ₂ = 3,6 км/ч, и вскакивает на нее. С какой скоростью станет двигаться тележка с человеком? С какой скоростью будет двигаться тележка с человеком, если человек до прыжка бежал навстречу тележке?

1.25. Снаряд, летевший со скоростью υ = 400 м/с, в верхней точке траектории разорвался на два осколка. Меньший осколок, масса которого составляет 40 % от массы снаряда, полетел в противоположном направлении со скоростью и₁ = 150 м/с. Определить скорость u₂ большего осколка.

1.26. В деревянный шар массой m₁ = 8 кг, подвешенный на нити длиной l = 1,8 м, попадает горизонтально летящая пуля массой m₂ = 4 г. С какой скоростью летела пуля, если нить с шаром и застрявшей в нем пулей отклонилась от вертикали на угол α = 3°? Размером шара пренебречь. Удар пули считать прямым, центральным.

1.27. Шар массой т₁= 1кг движется со скоростью υ₁= 4 м/с и сталкивается с шаром массой m₂ = 2 кг, движущимся навстречу ему со скоростью υ₂ = 3 м/с. Каковы скорости и₁и u₂ шаров после удара? Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

1.28. Шар массой m₁ = 5 кг движется со скоростью υ₁ = 1 м/с и сталкивается с покоящимся шаром массой m₂ = 2 кг. Определить скорости и₁и u₂ шаров после удара. Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

1.29. Шар массой m₁ = 2 кг сталкивается с покоящимся шаром большей массы и при этом теряет 40 % кинетической энергии. Определить массу m₂ большего шара. Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

1.30. Из ружья массой m₁ = 5 кг вылетает пуля массой m₂ = 5 г со скоростью υ₂ = 600 м/с. Найти скорость υ₁ отдачи ружья.

1.31. Брусок массой m = 2 кг зажат между двумя вертикальными плоскостями с силой F = 10 Н. Найти ускорение бруска и силу трения между бруском и плоскостью при его проскальзывании. Какую минимальную вертикальную силу F_min нужно приложить к бруску, чтобы поднимать его вверх? Определить работу этой силы на пути 20 см. Коэффициент трения μ = 0,5.

1.32. Простейшая машина Атвуда, применяемая для изучения законов равноускоренного движения, представляет собой два груза с неравными массами m₁ =150 г и m₂ = 100 г, которые подвешены на легкой нити, перекинутой через неподвижный блок. Считая нить и блок невесомыми и пренебрегая трением в оси блока, определите: 1) ускорение грузов; 2) силу натяжения нити T, 3) работу силы тяжести, действующей на первый груз при опускании его на 40 см.

1.33. Через легкий неподвижный блок перекинута невесомая нить с двумя грузами на концах, массы которых m₁ = 200 г и m₂ = 140 г. Система приходит в движение, причем нить не проскальзывает относительно блока. Определить ускорение грузов и силу натяжения нити. Трение в оси блока отсутствует. Определить работу силы тяжести, действующей на второй груз при его подъеме на 25 см.

1.34. Если к телу, находящемуся на горизонтальной поверхности, приложить силу F = 120 Н под углом α = 60° к горизонту, то тело будет двигаться равномерно. Найти среднюю мощность силы трения, если 60 см тело проходит за 10 с.

1.35. Через блок перекинута нить, на концах которой висят два груза с одинаковыми массами М. Одновременно на каждый из грузов кладут по перегрузку: справа -массой З m, слева – m. Определить ускорение системы и силу натяжения нити, если М = 200 г, m = 50 г. Определить работу силы натяжения нити на пути 35 см.

1.36.Тело массой m = 5 кг скользит по наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол α = 45°. Зависимость пройденного телом пути от времени t дается уравнением s = C t², где С = 1,73 м/с². Найти коэффициент трения тела о плоскость. Определить мощность в момент времени t = 2 мин.

1.37.На гладком столе лежит брусок массой m₁ = 4 кг. К бруску привязан шнур, перекинутый через неподвижный блок. К концу шнура подвешена гиря массой m₂ = 1 кг. Найти ускорение а, с которым движется брусок, и силу Т натяжения шнура. Массой блоков и трением пренебречь. Найти работу силы натяжения при передвижении гири на 0,5 м.

1.38.На столе стоит тележка массой m₁ = 5 кг. К тележке привязан один конец шнура, перекинутого через блок. С каким ускорением a будет двигаться тележка, если к другому концу шнура привязать гирю массой m₂ = 2 кг? Определить работу силы тяжести, действующей на гирю на пути 10 см.

1.39.Через блок перекинут шнур, к концам которого привязали грузы массами m₁ = 1,5 кг и m₂ = 3 кг. Какова будет сила натяжения нити во время движения грузов? Массой блока и шнура пренебречь. Определить работу силы тяжести, действующей на второй груз на пути 45 см.

1.40.Два бруска массами m₁ = 1 кг и m₂ = 4 кг, соединенные шнуром, лежат на столе. С каким ускорением а будут двигаться бруски, если к первому бруску приложить силу F = 10 Н, направленную горизонтально? Определить среднюю мощность этой силы за 3 с. Трением пренебречь.

1.41. Нить с привязанными к ее концам грузами массами т₁ = 50 г и m₂ = 60 г перекинута через блок диаметром D = 4 см. Определить момент инерции J блока, если под действием силы тяжести грузов он получил угловое ускорение β = 1,5 рад/с². Трением и проскальзыванием нити по блоку пренебречь.

1.42.Диск массой m = 2 кг катится без проскальзывания по горизон­тальной плоскости со скоростью υ = 4 м/с. Найти кинетическую энер­гию Е_кдиска.

1.43. Маховик, момент инерции которого J = 63,6 кг•м², вращается с постоянной угловой скоростью ω = 31,4 рад/с. Найти тормозящий момент, под действием которого маховик останавливается через t = 20 с.

1.44. Маховик радиусом R = 0,2 м и массой m = 10 кг соединен с мотором при помощи ремня. Сила натяжения ремня, идущего без скольжения, постоянна и равна Т = 14,7 Н. Какое число оборотов в секунду будет делать маховик через промежуток времени ∆t = 10 с после начала движения? Маховик считать однородным диском. Трением пренебречь.

1.45. К ободу колеса, имеющего форму диска, радиус которого R = 0,5 м и масса m = 50 кг, приложена касательная сила F = 100 Н. Найти: 1) угловое ускорение колеса β; 2) через какое время после начала действия силы колесо будет иметь частоту вращения n = 100 об/с.

1.46. Маховое колесо, имеющее момент инерции J = 24,5 кг•м², вращается, делая n = 20 об/с. Через промежуток времени ∆t = 1 мин после того, как на колесо перестал действовать вращающий момент, оно остановилось. Найти: 1) момент сил трения; 2) число оборотов, которое сделало колесо до полной остановки после прекращения действия сил.

1.47. Через неподвижный блок в виде сплошного диска перекинута нить, к концам которой привязаны грузы m₁ = 100 г и m₂ = 110 г. С каким ускорением будут двигаться грузы, если масса блока m = 400 г? Трением в блоке пренебречь.

1.48. Кинетическая энергия вращающегося маховика Е_к= 1 кДж. Под действием тормозящего момента маховик начал вращаться равнозамедлено и, сделав N = 80 оборотов, остановился. Определить момент М силы торможения.

1.49. Маховик, момент инерции которого J = 40 кг•м², из состояния покоя начал вращаться равноускоренно под действием момента силы М = 20 Н•м за t = 10 с. Определить кинетическую энергию Е_к, приобретенную маховиком.

1.50. Маховое колесо начинает вращаться с постоянным угловым ускорением β = 0,5 рад/с² и через t₁ = 15 с после начала движения приобретает момент импульса L = 73,5 кг•м²/с. Найти кинетическую энергию колеса Е_кчерез t₂= 20 с после начала движения.

1.51. На скамье Жуковского сидит человек и держит на вытянутых руках гири массой т = 5кг каждая. Расстояние от каждой гири до оси скамьи l₁= 70 см. Скамья вращается с частотой n₁ = 1 с^-1. Как изменится частота вращения скамьи и какую работу А произведет человек, если он сожмет руки так, что расстояние от каждой гири до оси уменьшится до l₂ = 20 см? Момент инерции человека и скамьи (вместе) относительно оси J = 2,5 кг∙м².

1.51. Три баллона вместимости которых соответственно равны V₁ = 3 дм³, V₂ = 7 дм³ , V₃ = 5 дм³, наполнены один кислородом ( р₁ = 2·10⁵ Па ), другой -азотом ( р₂ = 3·10⁵ Па ) и третий - углекислым газом ( р₃ = 6·10⁴ Па ) при одной и той же температуре. Баллоны соединяют между собой, причем образуется смесь той же температуры. Каково давление смеси?

1.52. Два студента определяли плотность воздуха. Сначала они взвесили пустой сосуд и нашли, что его масса равна 20 г. Затем они надули мягкий сферический баллон из пластика до диаметра 21 см и выдавили его содержимое в сосуд. Масса сосуда с воздухом из баллона оказалась равной 26,5 г. Чему были равны плотность воздуха и его давление внутри баллона? Температура воздуха 20° С.

1.53. Определите плотность смеси водорода массой 4 г и кислорода массой 32 г при температуре 7° С и давлении 700 мм. рт. ст.

1.54. Плотность углекислотной (СО₂) атмосферы Венеры примерно в 50 раз выше плотности земной атмосферы при нормальных услови­ях. Считая, что температура у поверхности Венеры 477° С, найдите венерианское атмосферное давление.

1.55. Когда в течение длительного времени автомобиль идет по шос­се, особенно летом, камеры и заполняющий их воздух нагреваются в результате деформаций и трения, а также от соприкосновения с нагре­той поверхностью шоссе. На сколько процентов изменится давление в камере, если температура воздуха в камере повысится с 27° С до 30° С?

1.56. В сосуде вместимостью 1 л находится кислород массой 1 г. Определить концентрацию молекул кислорода в сосуде.

1.57. Сосуд содержит воздух при атмосферном давлении и температуре 20° С. До какой температуры нужно нагреть этот сосуд, чтобы из него вытиснилась одна пятая часть всех молекул, первоначально находившихся в сосуде?

1.58. В баллоне вместимостью 0,5 дм³ содержится смесь газов, со­стоящая из 10²⁰ молекул кислорода, 4·10²⁰ молекул азота и 3,3·10²⁰ мо­лекул аргона. Определите: 1) давление смеси; 2) молярную массу смеси. Температура смеси 127° С.

1.59. Баллон вместимостью 20 л наполнен сжатым воздухом. При температуре t₁ = 20° С манометр показывает давление р₁ = 1,2·10⁷ Па. Какой объем воды можно вытеснить из цистерны подводной лодки воздухом этого баллона, если вытеснение производится на глубине h = 30 м и температура на этой глубине равна t₂ = 15° С? Атмосферное давление р_о= 10⁵ Па.

1.60.В цилиндр длиной l = 1,6 м, заполненный воздухом при нормальном атмосферном давлении p_о = 10⁵ Па, начали медленно вдвигать поршень площадью S = 200 см². Определить силу F, которая будет действовать на поршень, если его остановить на расстоянии l₁ = 10 см от дна цилиндра.

1.61. При изотермическом расширении азота при температуре T = 280 К объем его увеличился в два раза. Определить: 1) совершенную при расширении газа работу А; 2) изменение внутренней энергии ΔU; 3) количество теплоты Q, полученное газом. Масса азота m = 0,2 кг.

1.62. Азот массой m = 0,1 кг был изобарно нагрет от температуры T₁ = 200 К до температуры Т₂ = 400 К. Определить работу А, совершенную газом, полученную им теплоту Q и изменение внутренней энергии азота ΔU.

1.63. Во сколько раз увеличится объем водорода, содержащий количество вещества v = 0,4 моль при изотермическом расширении, если при этом газ получит количество теплоты Q = 800 Дж? Температура водорода Т = 300 К.

1.64. Какая работа совершается при изотермическом расширении водорода массой m = 5 г, взятого при температуре Т = 290 К, если объем газа увеличивается в три раза? Определить полученное газом количество теплоты Q.

1.65. Определить работу, которую совершит азот, если ему при постоянном давлении сообщить количество теплоты Q = 21 кДж. Найти также изменение внутренней энергии ΔU газа.

1.66. Азот массой m = 5 кг, нагретый на ΔT = 150 К, сохранил неизменный объем V. Найти: 1) количество теплоты Q, сообщенное газу; 2) изменение ΔU внутренней энергии; 3) совершенную газом работу A.

1.67. Водород занимает объем V₁ = 10 м³ при давлении p₁ = 100 кПа. Газ нагрели при постоянном объеме до давления p₂ = 300 кПа. Определить: 1) изменение ΔU внутренней энергии газа; 2) работу А, совершаемую газом; 3) количество теплоты, сообщенное газу.

1.68. При изохорическом нагревании кислорода объемом V = 50 л давление газа изменилось на Δp = 0,5 МПа. Найти количество теплоты, сообщенное газу.

1.69. Идеальный газ, совершающий цикл Карно, 70% количества теплоты, полученной от нагревателя, отдает холодильнику. Количество теплоты, получаемое от нагревателя, равно 5 кДж. Определить: 1) термический КПД цикла; 2) работу, совершаемую при полном цикле.

1.70.Водород нагревался при постоянном давлении, причем ему было сообщено количество теплоты Q = 42 кДж. Определить работу А, которую совершил при этом газ, и изменение ΔU его внутренней энергии.

1.71.Двухатомный газ, находящийся при давлении 2 МПа и температуре 27 ⁰С, сжимается адиабатически, причем объем уменьшается вдвое. Найдите температуру и давление газа после сжатия.

1.72.При адиабатическом сжатии воздуха в цилиндре двигателя внутреннего сгорания давление изменяется от 0,1 МПа до 3,5 МПа. Начальная температура воздуха 25 ⁰С. Найдите температуру воздуха после сжатия.

1.73.Газ расширяется адиабатически, причем объем увеличивается вдвое, а температура падает в 1,32 раза. Какое число степеней свободы имеют молекулы этого газа?

1.74.Кислород объемом 8 л адиабатически сжимается до объема 2 л, при этом в конце сжатия устанавливается давление2 МПа. Под каким давлением находился газ до сжатия и какова была его температура?

1.75.До какой температуры охладится воздух, находящийся при температуре 0⁰С, если объем газа в результате адиабатического расширения увеличился втрое?

1.76.Двухатомный газ занимает объем 0,5 л при давлении 50 кПа. Газ адиабатически сжали, в результате чего объем его стал 100 мл. Найдите давление газа после сжатия и его температуру, если масса кислорода равна 0,4 г.

1.77.10 г кислорода нагревается от 50 до 200 ⁰С. Найдите изменение энтропии, если нагревание происходит изохорически.

1.78.Найдите изменение энтропии и затраченную работу при изотермическом расширении 6 г водорода от 100 до 50 кПа.

1.79.28 кг азота, находящегося при нормальных условиях, расширяется адиабатически в 5 раз. Найдите изменение внутренней энергии газа и совершенную работу.

1.80.28 г азота, находящегося при температуре 25 ⁰С и давлении 100 кПа сжимается адиабатически до объема 13 л. Найдите температуру и давление газа после сжатия и затраченную при этом работу.

Р А З Д Е Л II

ЭЛЕКТРОМАГЕНТИЗМ