Файл: Сборник контрольных заданий для студентов специалистов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 702
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Начальная фаза результирующего гармонического колебания определяется по формуле:
Уравнение траектории точки, участвующей в двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаниях с амплитудами и , и начальными фазами и :
.
Если начальные фазы и складываемых колебаний одинаковы, то уравнение траектории принимает вид
.
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний материальной точки, на которую действует упругая сила:
или ,
где - масса материальной точки; - коэффициент упругости; - циклическая частота свободных незатухающих колебаний.
Кинетическая энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания:
.
Потенциальная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания:
.
Полная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания:
.
Период колебаний пружинного маятника: ,
где - масса маятника, - коэффициент упругости пружины.
Период колебаний математического маятника: ,
где - длина маятника; - ускорение свободного падения.
Период колебаний физического маятника: ,
где - приведенная длина физического маятника; - ускорение свободного падения; - расстояние между точкой подвеса и центром масс маятника; - момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку подвеса.
Дифференциальное уравнение затухающих колебаний пружинного маятника:
или ,
где - масса маятника; - коэффициент упругости пружины; - коэффициент сопротивления среды; - коэффициент затухания; - циклическая частота свободных незатухающих колебаний.
Решение дифференциального уравнения затухающих колебаний:
,
где - амплитуда затухающих колебаний; - амплитуда колебаний в момент времени ; - основание натурального логарифма; - коэффициент затухания; - начальная фаза затухающих колебаний.
Циклическая частота затухающих колебаний: .
Логарифмический декремент затухания: ,
где - период затухающих колебаний; - время релаксации; - число колебаний, совершаемых за время уменьшения амплитуды в раз.
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний:
или ,
где – внешняя приведенная периодическая сила, действующая на колеблющуюся материальную точку и вызывающая вынужденные колебания,
– её амплитудное значение, .
Амплитуда вынужденных колебаний:
.
Резонансная частота и резонансная амплитуда :
и .
-
Волновые процессы
Длина гармонической волны: ,
где - скорость распространения волны, - период колебаний физических величин в данной точке пространства.
Для всех типов волн скорость их распространения: ,
где - линейная частота колебаний физических величин.
Уравнение плоской гармонической волны, распространяющейся вдоль положительного направления оси : ,
где - колеблющаяся физическая величина; - амплитуда колеблющейся физической величины; - фаза волны; - циклическая частота; - волновое число; - начальная фаза волны.
Скорость колеблющейся частицы в гармонической волне:
Ускорение колеблющейся частицы в гармонической волне:
Две волны называются когерентными, если разность их фаз остается
постоянной во времени: .
Когерентные волны имеют одинаковые частоты и длины:
и
При наложении в пространстве двух когерентных волн происходит увеличение или уменьшение амплитуды результирующей волны в разных его точках. Это явление называется интерференцией волн.
Контрольное задание №1
Вариант 1
-
Тело движется по прямой согласно уравнению S = 0,5t4 + 0,2t2 +2. Найти скорость и ускорение тела в момент времени 4с. Каковы средние значения скорости и ускорения за первые 4 с движения ? -
Определить время полета самолета между двумя пунктами, находящимися на расстоянии 477 км, если скорость самолета относительно воздуха равна 280 м/с, а скорость встречного ветра, направленного под углом 140 к направлению движения, равна 16 м/с. -
Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону: =A+Вt+Сt2, где А=10рад, В = 20 рад/с, С =-2 рад/c2. Найти угловую скорость и угловое ускорение для момента времени t=5с.
-
Диск радиусом 2 м вращается согласно уравнению: =А+Bt+Ct3, где
А=3 рад, В=-10 рад/с, С=0,1 рад/с3. Определить тангенциальное и нормальное ускорения точек на окружности диска для момента вращения t=10 с.
-
Два небольших тела массой 2 кг и 1 кг связаны невесомой и нерастяжимой нитью и расположены на горизонтальной плоскости. К первому телу приложена сила 10 Н, направленная под углом 300 к горизонту (вверх). Определить ускорение системы, если коэффициент трения тел о плоскость одинаков и равен 0,1. -
Через блок перекинута нить, на концах которой висят два груза с одинаковыми массами М. Одновременно на каждый из грузов кладут по перегрузку: справа – массой 3m; слева массой – m. Определить ускорение системы, силу натяжения нити и силу давления перегрузков на основные грузы. -
Камень брошен под углом к горизонту = 60. Кинетическая энергия ЕК0 камня в начальный момент времени равна 20 Дж. Определить кинетическую ЕК и потенциальную ЕП энергии камня в высшей точке его траектории. Сопротивлением воздуха пренебречь. -
Наклонная плоскость имеет длину L = 5 м и высоту H = 3 м. Тело массой m = 400 кг прижимается к наклонной плоскости силой, параллельной ее основанию. Какой должна быть эта сила, чтобы тело двигалось равномерно вверх? Коэффициент трения о плоскость = 0,1. -
Падающий вертикально шарик массой 0,2 кг ударился об пол и подпрыгнул на высоту 0,4 м. Найти среднюю силу, действующую со стороны пола на шарик, если длительность удара 0,01 с. К моменту удара об пол скорость шарика равна 5 м/с. -
Колесо, вращаясь при торможении равнозамедленно, уменьшило в течение времени t=1мин частоту своего вращения с 300 об/мин до 180 об/мин. Момент инерции колеса 2 кгм2. Определить угловое ускорение колеса и тормозящий момент. -
На полый тонкостенный цилиндр намотана нить, свободный конец которой прикреплен к потолку. Цилиндр сматывается с нити под действием собственного веса. Найти ускорение цилиндра и силу натяжения нити, если массой и толщиною нити можно пренебречь. Начальная длина нити намного больше радиуса цилиндра. -
Круглая платформа радиусом 1 м, момент инерции которой 130 кгм2, вращается по инерции вокруг вертикальной оси, делая 1 оборот в секунду. На краю платформы стоит человек, масса которого 60 кг. Сколько оборотов в секунду будет совершать платформа, если человек перейдет в ее центр? Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки. -
Написать уравнение гармонических колебаний, совершающихся по закону косинуса. За время 1 мин совершается 60 колебаний, амплитуда которых 8 см, а начальная фаза равна 3/2π рад. Построить график зависимости смещения от времени. -
Тонкий обруч радиусом 50 см подвешен на вбитый в стену гвоздь и колеблется в плоскости, параллельной стене. Найти период колебаний обруча. -
Точка участвует в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, выраженных уравнениями x=2cosωt и у=3sin0,5t. Найти уравнение траектории точки и построить ее на чертеже.
Вариант 2
-
Уравнение движения материальной точки вдоль оси имеет вид x=A+Bt+Ct2, где A=2 м; B=1 м/с; C=-0,5 м/с2. Найти координату скорости и ускорения точки в момент времени t=2 с. -
Тело брошено под углом к горизонту. Оказалось, что максимальная высота подъема равна дальность полета. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить угол броска к горизонту. -
Колесо при вращении имеет начальную частоту 5 с-1, после торможения его частота уменьшилась до 3 с-1. Найти угловое ускорение колеса и число оборотов, сделанных им за это время. -
Диск радиусом r = 20 см вращается согласно уравнению = A + Bt + Ct3, где A = 3 рад; B = – 1 рад/с; C = 0,1 рад/с3. Определить a тангенциальное, an нормальное и полное a ускорения точек на окружности диска для момента времени, равного t = 10 с. -
Две гири массой 1 кг и 2 кг соединены невесомой нерастяжимой нитью, перекинутою через невесомый блок, подвешенный к динамометру. Какое значение покажет динамометр во время движения грузов? Трения в оси блока нет. -
Определить работу, совершаемую при подъеме груза массой m =50 кг по наклонной плоскости с углом наклона = 30 к горизонту на высоту h = 4 м, если время подъема t = 2 с, а коэффициент трения = 0,06. -
Материальная точка массой 1 кг движется под действием силы согласно уравнению х=10-2t2-0,2t3 (длина в метрах, время в секундах). Найти мощность, затрачиваемую на движение точки в момент времени равной 3 секундам. -
Тело массой 990 г лежит на горизонтальной поверхности. В него попадает пуля массой 10 г и застревает в нем. Скорость пули равна 700 м/с и направлена горизонтально. Какой путь пройдет тело до остановки? Коэффициент трения между телом и поверхностью равен 0,05. -
Камень массой 0,5 кг бросили под углом к горизонту с некоторой начальной скоростью. Его начальная кинетическая энергия равна 25 Дж. На высоте 2 м скорость камня равна v. Определить начальную скорость камня, скорость камня на высоте 2 м и угол, под которым бросили камень. -
Найти момент инерции тонкого стержня длиной 50 см и массой 0,36 кг относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через: 1) конец стержня; 2) точку, отстоящую от стержня на 1/6 его длины. -
Маховик в виде сплошного диска, момент инерции которого равен 150 кгм2, вращается с частотой 240 об/мин. Через минуту он остановился. Определить момент сил торможения, угловое ускорение, число оборотов маховика со времени начала торможения до полной остановки. -
Полый тонкостенный цилиндр массой 500 г, катящийся без скольжения, ударяется о стенку и отскакивает от нее. Скорость цилиндра до удара о стенку равна 1,4 м/с, после удара 1 м/с. Определить выделившееся при ударе количество теплоты. -
Уравнение движения материальной точки задано в виде x=2sin(π/2t +π/4) м. Определить период колебаний точки и максимальные значения ее скорости и ускорения. -
Математический маятник, отведенный на натянутой нити на угол α от вертикали, проходит положение равновесия со скоростью v. Считая колебания гармоническими, найти частоту ω0 собственных колебаний маятника. -
Точка участвует одновременно в двух колебаниях одного направления, происходящих согласно уравнениям x1=2sinωt и x2=2sin(ωt+π/2). Записать уравнение результирующего колебания и представить векторную диаграмму сложения амплитуд. Определить скорость и ускорение результирующего колебания.
Вариант 3
-
Движение двух материальных точек выражаются следующими уравнениями: x1=A1+B1t+C1t2, x2=A2+B2t+C2t2 , где A1=20 м; A2 =2 м; B2=B1=2 м/с; C1=4м/с; C2=0,5 м/c2. В какой момент времени скорости этих точек будут одинаковыми? Определить скорости и ускорения точек в этот момент. -
Камень падает с высоты h = 1200 м. Какой путь пройдет камень за последнюю секунду своего падения? -
Тело брошено с начальной скоростью 20 м/с под углом 600 к горизонту. Найти радиус кривизны траектории в точке наивысшего подъема тела над поверхностью земли. -
Диск радиусом 20 см вращается с угловым ускорением 3,14 рад/с2. Найти для точек, находящихся на краю диска, к концу второй секунды после начала движения: а) угловую скорость; б) линейную скорость; в) тангенциальное, нормальное и полное ускорения. -
На наклонной плоскости укреплен блок, через который перекинута нить. К одному концу нити привязан груз массой 1 кг, лежащий на наклонной плоскости. На другом конце нити висит груз массой 3 кг. Наклонная плоскость образует с горизонтом угол в 300. Коэффициент трения между грузом и наклонной плоскостью равен 0,1. Определить ускорение грузов. -
Брусок скользящий по гладкой горизонтальной поверхности, со скоростью 5 м/с наезжает на шероховатую поверхность с коэффициентом трения, равным 0,8. При какой длине бруска его задняя грань остановится на границе гладкой и шероховатой поверхностей? -
Какую работу совершает двигатель автомобиля массой m = 1,3 т при движении с места на первых S = 75 м пути, если это расстояние автомобиль проходит за t = 10 с, а коэффициент сопротивления движению равен = 0,05? -
Молекула летит со скоростью 500 м/с и упруго ударяется о поршень, движущийся навстречу ей. Скорость молекулы составляет угол в 600 с нормалью поршня. Определить величину и направление скорости молекулы после удара. Скорость поршня равна 20 м/с. -
К ободу колеса, имеющему форму диска, радиус которого равен 0,5 м, а масса 50 кг, приложена касательная сила, равная 100 Н. Найти: а) угловое ускорение колеса; б) через какое время после начала действия силы колесо будет иметь частоту вращения 100 об/с. -
На краю горизонтальной платформы, имеющей форму диска радиусом 2 м и массой 4 кг, стоит человек, масса которого равна 80 кг. Платформа может свободно вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр. С какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человек идет вдоль ее края со скоростью 2 м/с относительно платформы? -
Определить момент инерции однородного диска радиусом 20 см и массой 1 кг относительно оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через: а) центр диска; б) середину одного из радиусов диска. -
Кинетическая энергия вала, вращающегося с постоянной частотой 6 об/с, равна 60 Дж. Найти момент импульса этого вала. -
Материальная точка совершает гармонические колебания с частотой 0,5 Гц. Амплитуда колебания равна 3 см. Определить скорость точки в момент времени, когда смещение равно 1,5 см. -
Как относятся длины математических маятников, если за одно и то же время один совершил 10, а другой 30 колебаний? -
Вынужденные колебания описываются дифференциальным уравнениeм 0,1 +0,12 +0,4x = 0,4sin1,5t. При какой частоте внешней силы будет наблюдаться резонанс?