Задачи по физике с решениями.
Задача 1. Известно, что атомы пребывают в постоянном движении. Почему же тела, состоящие из атомов, сохраняют неизменную форму, иногда не изменяясь очень подолгу?
Решение:
Тот факт, что атомы пребывают в постоянном движении, не означает, что они способны резко изменить своё расположение относительно друг друга. Например, атом, колеблющийся в кристаллической решётке около положения равновесия, в среднем покоится в нём, поэтому кристаллические тела не изменяют своей формы до тех пор, пока амплитуда колебания частиц, составляющих тело, мала по сравнению с расстояниями между ближайшими атомами. Но при сильном нагревании амплитуда увеличивается, то есть атомы «уходят» с определённого места и твёрдое тело меняет форму.
Задача 2. Определить плотность тока j в железном проводе l = 30 м, подающем ток для зарядки тракторного аккумулятора под напряжением U = 12 В.
Решение:
Сила тока: I = U / R,
Сопротивление: R = ρl/S, где ρ - удельное сопротивление проводника, l – длина проводника, S – сечение проводника.
Плотность тока: j = I/S = U / RS = U / ρl
Учитывая, что ρж = 0,098 Ом·мм2/м , получаем
j = U / ρl = 6/(0,098·30) = 2,04 (А/м2)
Задача 3. Катушка длиной l = 30 м и площадью поперечного сечения S = 10 см2 имеет N = 300 витков. Найти силу тока в катушке, если магнитный поток через площадь его поперечного сечения Ф = 4 мкВб
Решение:
Индуктивность катушки:
Решение:
Тот факт, что атомы пребывают в постоянном движении, не означает, что они способны резко изменить своё расположение относительно друг друга. Например, атом, колеблющийся в кристаллической решётке около положения равновесия, в среднем покоится в нём, поэтому кристаллические тела не изменяют своей формы до тех пор, пока амплитуда колебания частиц, составляющих тело, мала по сравнению с расстояниями между ближайшими атомами. Но при сильном нагревании амплитуда увеличивается, то есть атомы «уходят» с определённого места и твёрдое тело меняет форму.
Задача 2. Определить плотность тока j в железном проводе l = 30 м, подающем ток для зарядки тракторного аккумулятора под напряжением U = 12 В.
Решение:
Сила тока: I = U / R,
Сопротивление: R = ρl/S, где ρ - удельное сопротивление проводника, l – длина проводника, S – сечение проводника.
Плотность тока: j = I/S = U / RS = U / ρl
Учитывая, что ρж = 0,098 Ом·мм2/м , получаем
j = U / ρl = 6/(0,098·30) = 2,04 (А/м2)
Задача 3. Катушка длиной l = 30 м и площадью поперечного сечения S = 10 см2 имеет N = 300 витков. Найти силу тока в катушке, если магнитный поток через площадь его поперечного сечения Ф = 4 мкВб
Решение:
Индуктивность катушки:
Магнитный поток, пронизывающий всю катушку, равен: NФ = LI, тогда, сила тока в катушке:
Задача 4. Человек стоит на скамье и ловит рукой мяч массой 350 г, летящий со скоростью 25 м/с. Ладонь человека расположена на расстоянии 0,8 м от оси вращения скамьи. С какой угловой скоростью начнет вращатся скамья с человеком, поймавшим мяч, если суммарный момент инерции человека и скамьи равен 6,2 кг.м2?
Решение:
Так как на систему мяч – скамья с человеком не действуют внешние силы, создающие вращающий момент, то применим закон сохранения момента импульса
L1 = L2 , где
L1 - момент импульса системы до того, как человек поймал мяч,
L2 - момент импульса системы после вышеуказанного момента.
Первоначально скамья с человеком не вращалась, ее момент импульса был равен 0, поэтому L1 представляет собой момент импульса мяча, пролетающего на расстоянии r от оси вращения
L1 = mvr
Затем вся система стала вращаться как единое целое, обладая моментом инерции J2
L2 = J2ω
После того, как человек поймал мяч, момент инерции скамьи с человеком увеличился. По теореме Штейнера:
J2 = J + mr2
В результате получаем
mvr = (J + mr^2)ω
ω= mvr / (J + mr2) = (0,35*25*0,8) / (6,2+0,35*0,8^2) = 1.09 (рад/с)
Решение:
Так как на систему мяч – скамья с человеком не действуют внешние силы, создающие вращающий момент, то применим закон сохранения момента импульса
L1 = L2 , где
L1 - момент импульса системы до того, как человек поймал мяч,
L2 - момент импульса системы после вышеуказанного момента.
Первоначально скамья с человеком не вращалась, ее момент импульса был равен 0, поэтому L1 представляет собой момент импульса мяча, пролетающего на расстоянии r от оси вращения
L1 = mvr
Затем вся система стала вращаться как единое целое, обладая моментом инерции J2
L2 = J2ω
После того, как человек поймал мяч, момент инерции скамьи с человеком увеличился. По теореме Штейнера:
J2 = J + mr2
В результате получаем
mvr = (J + mr^2)ω
ω= mvr / (J + mr2) = (0,35*25*0,8) / (6,2+0,35*0,8^2) = 1.09 (рад/с)