Файл: Сборник индивидуальных домашних заданий по модулю механика и сто составитель Башкатов А. Н.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 122
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
6. Какую скорость β (в долях скорости света) нужно сообщить частице, чтобы ее кинетическая энергия была равна удвоенному значению энергии покоя?
Механика, СТО
Вариант 9
1. Точка обращается по окружности радиусом R=8 м. В некоторый момент времени нормальное ускорение точки an=4 м/с2, вектор полного ускорения образует в этот момент с вектором нормального ускорения угол α=60о. Найти скорость v и тангенциальное ускорение aτ точки.
2. Тело массой m=0,2 кг соскальзывает без трения с горки высотой h=2м. Найти изменение импульса ∆p тела.
3. Атом распадается на две части массами m1=1,6∙10-25 кг и m2=2,3∙10-25 кг. Определить кинетические энергии T1 и T2 частей атома, если их общая кинетическая энергия T=2,2∙10-11 Дж. Кинетической энергией и импульсом атома до распада пренебречь.
4. Через блок радиусом R=3 см перекинули шнур, к концам которого привязаны грузы массами m1=100 г и m2=120 г. При этом грузы пришли в движение с ускорением a=3 м/с2. Определить момент инерции блока. Трение при вращении не учитывать.
5. Маховик, имеющий вид диска радиусом R=40 см и массой m=50 кг, может вращаться вокруг горизонтальной оси. На этой оси жестко закреплен шкив радиусом r=10 см. По касательной к шкиву приложена постоянная сила F=500 Н. Через сколько времени маховик раскрутится до частоты n=1 об/с?
6. При какой скорости β (в долях скорости света) масса любой частицы вещества в n=5 раз больше массы покоя?
Механика, СТО
Вариант 10
1. Точка движется по прямой согласно уравнению x=At+Bt3, где А=6м/с; В=-0,125 м/с3. Определить среднюю путевую скорость
2. Из пружинного пистолета выстрелили пулькой, масса которой m=5 г. Жесткость пружины k=1,25 кН/м. Пружина была сжата на ∆l=8 см. Определить скорость пульки при вылете ее из пистолета.
3. На покоящийся шар налетает со скоростью v=4 м/с другой шар одинаковой с ним массы. В результате столкновения шар изменил направление движения на угол α=30o. Определить скорости шаров после удара. Удар считать абсолютно упругим.
4. На краю горизонтальной платформы, имеющей форму диска радиусом R=2 м, стоит человек. Масса платформы M=200 кг, масса человека m=80 кг. Платформа может вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр. Пренебрегая трением, найти, с какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человек будет идти вдоль ее края со скоростью v=2 м/с относительно платформы.
5. Период обращения T искусственного спутника Земли равен 2 ч. Считая орбиту спутника круговой, найти, на какой высоте над поверхностью Земли движется спутник.
6. Во сколько раз масса m электрона, обладающего кинетической энергией T=1 МэВ, больше массы покоя mo?
Механика, СТО
Вариант 11
1. Материальная точка движется прямолинейно. Уравнение движения имеет вид X=At+Bt3, где А=3 м/с; В=0,06 м/с3. Найти скорость v и ускорение a точки в моменты времени t1=0 и t2=3 с. Каковы средние значения скорости
2. Шар массой m1=200 г, движущийся со скоростью v1=10 м/с, ударяет неподвижный шар массой m2=800 г. Удар прямой, центральный, абсолютно упругий. Определить скорости шаров после удара.
3. Какую максимальную часть своей кинетической энергии может передать частица массой m1=2∙10-22 г, сталкиваясь упруго с частицей массой m2=8∙10-22 г, которая до столкновения покоилась?
4. На скамейке Жуковского стоит человек и держит в раках стержень, расположенный вертикально по оси вращения скамейки. Скамейка с человеком вращается с угловой скоростью ω1=1 рад/с. С какой угловой скоростью ω2 будет вращаться скамейка, если повернуть стержень так, чтобы он занял горизонтальное положение? Суммарный момент инерции человека и скамейки J=6 кг∙м2. Длина стержня l=2,4 м, его масса m=8 кг. Считать, что центр тяжести стержня с человеком находится на оси платформы.
5. Стационарный искусственный спутник движется по окружности в плоскости земного экватора, оставаясь все время над одним и тем же пунктом земной поверхности. Определить угловую скорость ω спутника и радиус R его орбиты.
6. Скорость электрона v=0,6 с (где с – скорость света в вакууме). Зная энергию покоя электрона в мегаэлектрон-вольтах, определить в тех же единицах кинетическую энергию T электрона.
Механика, СТО
Вариант 12
1. Диск радиусом R=0,2 м вращается согласно уравнению φ=A+Bt+Ct3, где А=3 рад; В=-1 рад/с; С=0,1 рад/с3. Определить тангенциальное aτ, нормальное an и полное a ускорения точек на окружности диска для момента времени t=10 с.
2. Шар, двигавшийся горизонтально, столкнулся с неподвижным шаром и передал ему 64% своей кинетической энергии. Шары абсолютно упругие, удар прямой, центральный. Во сколько раз масса второго шара больше массы первого?
3. Абсолютно упругий шар массой m1=1,8 кг сталкивается с покоящимся упругим шаром бóльшей массы. В результате центрального прямого удара шар потерял 36% своей кинетической энергии. Определить массу m2 большего шара.
4. Платформа, имеющая форму диска, может вращаться около вертикальной оси. На краю платформы стоит человек. На какой угол φ повернется платформа, если человек пойдет вдоль края платформы и, обойдя ее, вернется в исходную точку? Масса платформы M=240 кг, масса человека m=60 кг. Момент инерции человека рассчитывать, как для материальной точки.
5. На какой высоте h над поверхностью Земли напряженность G поля тяготения равна 1 Н/кг?
6. Какую скорость β (в долях скорости света) нужно сообщит частице, чтобы ее кинетическая энергия была равна энергии покоя?
Механика, СТО
Вариант 13
1. С высоты h=2 м на стальную плиту свободно падает шарик массой m=200 г и подпрыгивает на высоту h1=0,5 м. Определить импульс , полученный шариком при ударе.
2. Орудие, жестко закрепленное на железнодорожной платформе, производит выстрел вдоль полотна железной дороги под углом α=30о к линии горизонта. Определить скорость u2 отката платформы, если снаряд вылетает со скоростью u1=480 м/с. Масса платформы с орудием и снарядами m=18 т, масса снаряда m1=60 кг.
3. Плот массой M=140 кг и длиной l=3 м плавает на воде. На плоту находится человек, масса которого m=70 кг. С какой наименьшей скоростью v и под каким углом α к плоскости горизонта должен прыгнуть человек вдоль плота, чтобы попасть на его противоположный край?
4. Платформа в виде диска радиусом R=1 м вращается по инерции с частотой n1=6 об/мин. На краю платформы стоит человек, масса которого m=80 кг. С какой частотой будет вращаться платформа, если человек перейдет в ее центр? Момент инерции платформы J=120 кг∙м2. Момент инерции человека рассчитывать, как для материальной точки.
5. Период обращения искусственного спутника Земли T=50 мин. Считая орбиту спутника круговой, найти, на какой высоте над поверхностью Земли движется спутник.
6. Частица движется со скоростью v= с (где с – скорость света в вакууме). Какую долю энергии покоя составляет кинетическая энергия частицы?
Механика, СТО
Вариант 14
1. При горизонтальном полете со скоростью v=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 абсолютное значение и направление скорости меньшей части снаряда.
2. Определить импульс , полученный стенкой при ударе о нее шарика массой m=300 г, если шарик двигался со скоростью v=8 м/с под углом α=60o к плоскости стенки. Удар о стенку считать упругим.
3. Лодка длиной l=3 м и массой M=120 кг стоит на спокойной воде. На носу и корме находятся два рыбака массами m1=60 кг и m2=90 кг. На сколько сдвинется лодка относительно воды, если рыбаки пройдут по лодке и поменяются местами?
4. Человек стоит на скамейке Жуковского и ловит ручной мяч массой m=0,4 кг, летящий в горизонтальном направлении со скоростью v=20 м/с. Траектория мяча проходит на расстоянии r=0,8 м от вертикальной оси вращения скамейки. С какой угловой скоростью ω начнет вращаться скамейка Жуковского с человеком, поймавшим мяч? Считать, что суммарный момент инерции человека и скамейки J=6 кг∙м2.
5. Определить работу A, которую совершают силы гравитационного поля Земли, если тело массой m=1 кг упадет на поверхность Земли: 1) с высоты, равной радиусу Земли; 2) из бесконечности.
6. Определить отношение импульса p электрона с кинетической энергией T=1,02 МэВ к комптоновскому импульсу moc электрона.
Механика, СТО
Вариант 15
1. Колесо радиусом R=0,3 м вращается согласно уравнению φ=At+Bt3, где А=1 рад/с; В=0,1 рад/с3. Определить полное ускорение точек на окружности колеса в момент времени t=2 с.
2. На полу стоит тележка в виде длинной доски, снабженной легкими колесами. На одном конце доски стоит человек. Масса его m1=60 кг, масса доски m2=20 кг. С какой скоростью u (относительно пола) будет двигаться тележка, если человек пойдет вдоль нее со скоростью (относительно доски) v=1 м/с? Массой колес пренебречь, трение не учитывать.
3. С какой скоростью вылетит из пружинного пистолета шарик массой m=10 г, если пружина была сжата на ∆x=5 см и жесткость пружины k=200Н/м?
4. Через блок, выполненный в виде колеса, перекинута нить, к концам которой привязаны грузы массами m1=100 г и m2=300 г. Массу колеса M=200 г считать равномерно распределенной по ободу, массой спиц пренебречь. Определить ускорение, с которым будут двигаться грузы, и силы натяжения нити по обе стороны блока.
5. На какую высоту h над поверхностью Земли поднимется ракета, пущенная вертикально вверх, если начальная скорость vо ракеты будет равна первой космической скорости?
6. Протон имеет импульс p=938 МэВ/с (1 МэВ/с – единица импульса: ). Какую кинетическую энергию необходимо дополнительно сообщить протону, чтобы его импульс возрос вдвое?
Механика, СТО
Вариант 16
1. Движения двух материальных точек выражаются уравнениями x1=A1+B1t+C1t2 и x2=A2+B2t+C2t2, где А1=20 м; В1=2 м/с; С1=-4 м/с2; А2=2 м; В2=2 м/с; С2=0,5 м/с2. В какой момент времени скорости этих точек будут одинаковы? Чему равны скорости и ускорения точек в этот момент?
2. Снаряд, летевший со скоростью v=400 м/с, разорвался на два осколка. Меньший осколок, масса которого составляет 40% от массы снаряда, полетел в противоположном направлении со скоростью u1=150 м/с. Определить скорость u2 бóльшего осколка.
3. Пружина жесткостью k=104 Н/м сжата силой F=200 Н. Определить работу внешней силы, дополнительно сжимающей эту пружину еще на ∆l=1см.
4. Двум одинаковым маховикам, находящимся в покое, сообщили одинаковую угловую скорость ω=63 рад/с и предоставили их самим себе. Под действием сил трения маховик остановился через одну минуту, а второй сделал до полной остановки N=360 оборотов. У какого маховика тормозящий момент был больше и во сколько раз?
5. Метеорит массой m=10 кг падает из бесконечности на поверхность Земли. Определить работу, которую совершают при этом силы гравитационного поля Земли.
6. Альфа-частица с кинетической энергией T=10 ГэВ при торможении потеряла половину этой энергии. Определить, во сколько раз изменился импульс p альфа-частицы.
Механика, СТО
Вариант 17
1. Материальная точка движется по окружности радиуса R=2 м согласно уравнению s=At+Bt3, где А=8 м/с; В=-0,2 м/с3. Найти скорость v, тангенциальное aτ, нормальное an и полное a ускорения в момент времени t=3с.
2. Лодка длиной l=3 м и массой m=120 кг стоит на спокойной воде. На носу и корме находятся два рыбака массами m1=60 кг и m2=90 кг. На сколько сдвинется лодка относительно воды, если рыбаки пройдут по лодке и поменяются местами?
3. Вагон массой m=20 т двигался со скоростью v=1 м/с. Налетев на пружинный буфер, он остановился, сжав пружину буфера на ∆x=10 см. Определить жесткость пружины.
4. Шар скатывается с наклонной плоскости высотой h=90 см. Какую линейную скорость будет иметь центр шара в тот момент, когда шар скатится с наклонной плоскости?
5. По ободу шкива, насаженного на общую ось с маховым колесом, намотана нить, к концу которой подвешен груз массой m=4 кг. На какое расстояние h должен опуститься груз, чтобы колесо со шкивом получило скорость, соответствующую частоте n=60 об/мин? Момент инерции колеса со шкивом J=0,42 кг∙м2, радиус шкива r=10 см.
6. Определите собственную длину стержня, если в лабораторной системе его скорость v=0,6с (c – скорость света в вакууме), длина l=1,5 м и угол между ним и направлением движения α=30о.
Механика, СТО
Вариант 18
1. Материальная точка движется прямолинейно. Уравнение движения имеет вид x=At+Bt3, где А=3 м/с; В=0,06 м/с3. Найти скорость v и ускорение точки в моменты времени t1=0 и t2=3 с. Каковы средние значения скорости и ускорения за первые 3 с движения?
2. Плот массой m1=150 кг и длиной l=2 м плавает на воде. На плоту находится человек, масса которого m2=80 кг. С какой наименьшей скоростью v и под каким углом α к плоскости горизонта должен прыгнуть человек вдоль плота, чтобы попасть на его противоположный край?
3. Пружина жесткостью k=103 Н/м была сжата на x1=5 см. Какую нужно совершить работу, чтобы сжатие пружины увеличилось до x2=15 см?
4. На верхней поверхности горизонтального диска, который может вращаться вокруг вертикальной оси, проложены по окружности радиуса r=50см рельсы игрушечной железной дороги. Масса диска M=10 кг, его радиус R=60 см. На рельсы неподвижного диска был поставлен заводной паровозик массой m=1 кг и выпущен из рук. Он начал двигаться относительно рельсов со скоростью v=0,8 м/с. С какой угловой скоростью будет вращаться диск?
5. Маховое колесо, имеющее момент инерции J=245 кг∙м2, вращается, делая n=20 об/с. После того, как на колесо перестал действовать вращающий момент, оно остановилось, сделав N=1000 об. Найти: 1) момент сил трения М; 2) время τ, прошедшее от момента прекращения действия вращающего момента до полной остановки колеса.
6. Каждому изменению массы ∆m соответствует изменение энергии на ∆W=4,19 Дж?
Механика, СТО
Вариант 19
1. Точка движется по прямой согласно уравнению x=At+Bt3, где А=6м/с; В=0,125 м/с3. Определить среднюю скорость < > точки в интервале времени от t1=2 с до t2=6 с.
2. На сколько переместится относительно берега лодка длиной l=3,5 м и массой m1=200 кг, если стоящий на корме человек массой m2=80 кг переместится на нос лодки? Считать лодку расположенной перпендикулярно берегу.
3. Гиря, положенная на верхний конец спиральной пружины, сжимает ее на ∆l=2 мм. На сколько сожмет пружину та же гиря, упавшая на коней пружины с высоты h=5 см?
4. Платформа в виде диска вращается по инерции около вертикальной оси с частотой n1=14 мин-1. На краю платформы стоит человек. Когда человек перешел в центр платформы, частота возросла до n2=25 мин-1. Масса человека m=70 кг. Определить массу платформы. Момент инерции человека рассчитывать, как для материальной точки.
5. Имеются два цилиндра: алюминиевый (сплошной) и свинцовый (полый) одинакового радиуса R=6,0 см и одинаковой массы m=0,5 кг. Поверхности цилиндров окрашены одинаково. 1) Как, наблюдая поступательные скорости цилиндров у подножия наклонной плоскости, можно различить их? 2) Найти моменты инерции этих цилиндров J. 3) За какое время каждый цилиндр скатится без скольжения с наклонной плоскости? Высота наклонной плоскости h=0,50 м, угол наклона плоскости α=30о. Начальная скорость каждого цилиндра равна нулю.
6. Мезоны космических лучей достигают поверхности Земли с самыми разнообразными скоростями. Найти релятивистское сокращение размеров мезона, скорость которого равна 95% скорости света.
Механика, СТО
Вариант 20
1. Две материальные точки движутся согласно уравнениям x1=A1+B1t+C1t2 и x2=A2+C2t2, где A1=10 м; B1=32 м/с; C1=-3 м/с2; A2=5 м; C2=5м/с2. В какой момент времени скорости этих точек одинаковы? Чему равны скорости и ускорения точек в этот момент?
2. Шар массой m1=3 кг движется со скоростью v1=2 м/с и сталкивается с покоящимся шаром массой m2=5 кг. Какая работа будет совершена при деформации шаров? Удар считать абсолютно неупругим, прямым, центральным.
3. Из ствола автоматического пистолета вылетела пуля массой m=10 г со скоростью v=300 м/с. Затвор пистолета массой M=200 г прижимается к стволу пружиной, жесткость которой k=25 кН/м. На какое расстояние отойдет затвор после выстрела? (Считать, что пистолет жестко закреплен.)
4. Определить скорость поступательного движения сплошного цилиндра, скатившегося с наклонной плоскости высотой h=20 см.
5. Определить момент силы M, который необходимо приложить к блоку, вращающемуся с частотой n=12 с-1, чтобы он остановился в течение времени ∆t=8 с. Диаметр блока D=30 см. Массу блока m=6 кг считать равномерно распределенной по ободу.
6. Во сколько раз увеличивается продолжительность существования частицы по часам неподвижного наблюдателя, если она начинает двигаться со скоростью, составляющей 99% скорости света?
Механика, СТО
Вариант 21
1. Диск радиусом R=0,2 м вращается согласно уравнению φ=A+Bt+Ct3, где А=3 рад; В=-1 рад/с; С=0,1 рад/с3. Определить тангенциальное aτ, нормальное an и полное a ускорения точек на окружности диска для момента времени t=10 с.
2. Определить КПД η неупругого удара бойка массой m1=0,5 т, падающего на сваю массой m2=120 кг. Полезной считать энергию, пошедшую на вбивание сваи.
3. Две пружины жесткостью k1=1 кН/м и k2=3 кН/м скреплены параллельно. Определить потенциальную энергию данной системы при абсолютной деформации ∆l=5 см.
4. Тонкостенный цилиндр с диаметром основания D=30 см и массой m=12 кг вращается согласно уравнению φ=A+Bt+Ct3, где A=4 рад; B=-2рад/с; C=0,2 рад/с3. Определить действующий на цилиндр момент сил M в момент времени t=3 с.
5. Какую работу А совершит внешняя сила за t=2 с в условиях предыдущей задачи с начала движения цилиндра?
6. Определите релятивистский импульс протона, если скорость его движения u=0,8с (с – скорость света в вакууме).
Механика, СТО
Вариант 22
1. По дуге окружности радиуса R=10 м вращается точка. В некоторый момент времени нормальное ускорение точки an=4,9 м/с2, вектор полного ускорения образует в этот момент с вектором нормального ускорения угол α=60о. Найти скорость v и тангенциальное ускорение aτ точки.
2. Шар массой m1=4 кг движется со скоростью v1=5 м/с и сталкивается с шаром массой m2=6 кг, которой движется ему навстречу со скоростью v2=2м/с. Считая удар прямым, центральным, а шары однородными, абсолютно упругими, найти их скорость после удара.
3. Две пружины жесткостью k1=300 Н/м и k2=500 Н/м скреплены последовательно. Определить работу по растяжению обеих пружин, если вторая пружина была растянута на ∆l=3 см.
4. На обод маховика диаметром D=60 см намотан шнур, к концу которого привязан груз массой m=2 кг. Определить момент инерции J маховика, если он, вращаясь равноускоренно под действием силы тяжести груза, за время t=3 с приобрел угловую скорость ω=9 рад/с.
5. Определить кинетическую энергию системы в условиях предыдущей задачи в момент времени t=5 с.
6. Полная энергия релятивистской частицы в 8 раз превышает ее энергию покоя. Определите скорость этой частицы.
Механика, СТО
Вариант 23
1. Материальная точка движется по окружности радиуса R=30 см равноускоренно с тангенциальным ускорением aτ=4 см/с2. Через какое время после начала движения нормальное ускорение an будет больше aτ в 2 раза?
2. Снаряд массой m=10 кг обладал скоростью v=300 м/с в верхней точке траектории. В этой точке он разорвался на две части. Меньшая массой m1=2 кг получила скорость u1=500 м/с. С какой скоростью и в каком направлении полетит большая часть, если меньшая полетела вперед под углом α=60о к плоскости горизонта?
3. В подвешенный на нити длиной l=1,8 м деревянный шар массой m1=8 кг 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=3o? Размером шара пренебречь. Удар пули считать прямым, центральным.
4. Нить с привязанными к ее концам грузами массой m1=50 г и m2=60 г перекинута через блок диаметром D=4 см. Определить момент инерции блока, если под действием силы тяжести грузов он получил угловое ускорение ε=1,5 рад/с2.
5. Какую нужно совершить работу А, чтобы пружина жесткостью k=800 Н/м, сжатую на x=6 см, дополнительно сжать на ∆x=8 см?
6. Масса движущегося электрона вдвое больше его массы покоя. Найти кинетическую энергию Wk электрона.
Механика, СТО
Вариант 24
1. Шарик массой m=200 г ударился о стенку со скоростью v=10 м/с и отскочил от нее с такой же скоростью. Определить импульс p, полученный стенкой, если до удара шарик двигался под углом α=30о к плоскости стенки.
2. Если верхний конец вертикально расположенной спиральной пружины положить груз, то пружина сожмется на ∆l=3 мм. На сколько сожмет пружину тот же груз, упавший на конец пружины с высоты h=8 см?
3. По небольшому куску мягкого железа, лежащему на наковальне массой m1=300 кг, ударяет молот массой m2=8 кг. Определить КПД η удара, если удар неупругий. Полезной считать энергию, пошедшую на деформацию куска железа.
4. Платформа в виде диска диаметром D=3 м и массой m1=180 кг может вращаться вокруг вертикальной оси. С какой угловой скоростью ω1 будет вращаться эта платформа, если по ее краю пойдет человек массой m2=70 кг со скоростью v=1,8 м/с относительно платформы?
5. Маховик вращается с частотой n=900 об/мин. После выключения двигателя маховик, вращаясь равнозамедленно, сделал до остановки N=75 об. Работа сил торможения А=44,4 Дж. Найти момент инерции I маховика и момент сил торможения М.
6. Определить скорость движения электрона в долях скорости света, если при этом масса электрона увеличилась в 1,4 раза по сравнению с его массой покоя.
Механика, СТО
Вариант 25
1. Шарик массой m=100 г свободно падает с высоты h1=1 м на стальную плиту и подпрыгивает на высоту h2=0,5 м. Определить импульс p (по величине и направлению), сообщенный плитой шарику.
2. Шар массой m1=1 кг движется со скоростью v1=4 м/с и сталкивается с шаром массой m2=2 кг, движущимся навстречу ему со скоростью v2=3 м/с. Каковы скорости u1 и u2 шаров после удара? Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.
3. Вагон массой m=35 т движется на упор со скоростью v=0,2 м/с. При торможении вагона буферные пружины сжимаются на ∆l=12 см. Определить максимальную силу Fмакс сжатия буферных пружин и продолжительность ∆t торможения.
4. По горизонтальной плоской поверхности катится диск со скоростью v=8 м/с. Определить коэффициент сопротивления, если диск, будучи предоставленным самому себе, остановился, пройдя путь s=18 м.
5. Стержень вращается вокруг оси, проходящей через его середину согласно уравнению φ=At+Bt3, где A=2 рад/с; B=0,2 рад/с3. Определить вращающий момент M, действующий на стержень в момент времени t=2 с, если момент инерции стержня J=0,048 кг∙м2.
6. На ракете, движущейся относительно Земли со скоростью v, происходят две световые вспышки с промежутком времени между ними 40 с, который зафиксировал космонавт в ракете. Наблюдатель на Земле зафиксировал, что промежуток времени между вспышками 70 с. Определить скорость ракеты.