Fizyka zadania

Zadanie 1

Ruch punktu w przestrzeni dany jest układem równań: gdzie b,c,d – dane stałe dodatnie

a) Znaleźć i narysować tor punktu .

b) Znaleźć wartość prędkości , z jaką punkt oddala się od początku układu współrzędnych (0,0,0)

ad.a)

podnosimy pierwsze dwa równania do kwadratu :

dodajemy stronami :

korzystając z tego że :

podstawiamy obliczone wcześniej otrzymując :

dla y = 0 otrzymujemy z :

(parabola)

w związku z czym dostajemy paraboloidę obrotową :

dzieląc pierwsze dwa równania przez siebie :

gdzie ϕ

Odp: Punkt porusza się po powierzchni paraboloidy która jest przecięciem paraboloidy i płaszczyzny wyznaczonej przez kąt ϕ prostą i oś Z .

ad.b)

wektor prędkości :

moduł wektora wodzącego :

moduł wektora prędkości :

Zadanie 2

Ruch punktu materialnego opisują równania : ωt ; ωt

a) Znaleźć składową styczną przyśpieszenia .

b) Znaleźć składową normalną przyśpieszenia .

c) Znaleźć wartość promienia krzywizny toru ρ wyrażoną w funkcji współrzędnych punktu .

ad.a)

prędkość :

moduł prędkości :

przyspieszenie :

moduł przyśpieszenia :

wektor styczny :

wobec czego przyśpieszenie styczne :

ostatecznie :

ad.b)

przyspieszenie normalne obliczamy z zależności :

ostatecznie :

ad.c)

korzystając z wzoru Serre-Freneta otrzymujemy :

gdzie - wektor jednostkowy normalny

s - długość łuku równanie parametryczne krzywej

w związku z czym z tego wynika zależność :

Zadanie 3

Obwód RLC zasilany jest przez źródło równanie na natężenie prądu ma postać :

Znaleźć . Szukamy rozwiązania w postaci . Wyrazić poprzez

gdzie :

pierwsza pochodna :

druga pochodna :

podstawiając do równania na natężenie prądu otrzymujemy :

wymnażając i dzieląc przez ω :

uwzględniając i dzieląc przez :

korzystając z wzorów trygonometrycznych na sumę kątów :

wymnażając i uwzględniając że :

porównując wyrazy przy i dostajemy układ równań :

grupując wyrazy z i :

z drugiego równania wnioskujemy że :

podnosząc równania do kwadratu otrzymujemy:

dodając stronami otrzymujemy :

ostatecznie :

Zadanie 4

Wyznaczyć masę oraz prędkość elektronu którego energie kinetyczna wynosi . Energia spoczynkowa elektronu .

energia kinetyczna :

dzieląc przez otrzymujemy :

gdzie :

podstawiając :

podnosząc do kwadratu :

przekształcając :

ostatecznie :

Zadanie 5

Ciało o masie m rzucone z prędkością początkową pod kątem do poziomu podlega działaniu siły ciężkości i siły oporu powietrza R . Zakładając że opór powietrza jest proporcjonalny do prędkości , scałkować równanie ruchu ciała , wyznaczyć jego maksymalne wzniesienie h , a także odległość poziomą od punktu maksymalnego wzniesienia .

ze względu na x :

przekształcając :

całkując :

ostatecznie :

wyznaczając x(t) :

ostatecznie :

ze względu na y :

przekształcając :

całkując :

ostatecznie :

wyznaczając y(t) :

ostatecznie :

Zadanie 6

Określić okres drgań w zależności od energii E dla ruchu cząstki o masie m w polu o energii potencjalnej :

wyjściowe równanie :

czyli :

całkując lewą stronę równania :

niech :

otrzymujemy :

Zadanie 7

Znaleźć rozwiązanie równania ruchu oscylatora harmonicznego dla czasu , gdy działa zewnętrzna siła wymuszająca :

Zadanie rozwiązać metodą zszywania rozwiązań w chwili t = T , przy założonych warunkach początkowych :

dla I obszaru :

otrzymujemy :

podstawiając pierwszą i drugą pochodną do wzoru wyjściowego :

wymnażając :

podstawiając do wzoru na :

ostatecznie :

dla I I obszaru :

zszywając rozwiązania : tzn.

i

podstawiając :

oraz :

rozwiązując otrzymujemy :

Zadanie 8

Ciało o masie m spada w powietrzu bez prędkości początkowej . Zakładając że opór powietrza jest proporcjonalny do kwadratu prędkości , obliczyć prędkość i położenie ciała w funkcji czasu . Do jakiej granicy dąży prędkość z upływem czasu ?

równanie wyjściowe :

grupując elementy :

całkując :

korzystając z zależności :

odnosząc to do naszej całki :

biorąc pod uwagę licznik :

grupując wyrazy wolne i z niewiadomą otrzymujemy układ równań :

podstawiając do całki :

ostatecznie :

niech :

wracając do równania :

gdzie const.

przekształcając :

niech :

podstawiając i przekształcając :

wracając do podstawień :

mnożąc przez otrzymujemy :

korzystając z zależności :

ostatecznie :

granica do jakiej dąży prędkość :

prędkość :

przekształcając i całkując :

ostatecznie :

Zadanie 9

Kula o promieniu R pływa w cieczy o gęstości przy czym zanurzona jest w niej do połowy swej objętości . Jaką pracę należy wykonać by wydobyć kulę nad poziom cieczy ?

równanie wyjściowe :

wzór na objętość wycinka kuli :

wobec czego :

masa kuli :

podstawiając :

przekształcając :

ostatecznie :

wracając do całki :

ostatecznie :

Zadanie 10

Znaleźć rozwiązanie równania ruchu oscylatora harmonicznego dla czasu , gdy działa zewnętrzna siła wymuszająca :

przyjąć że :

; w punkcie ciągłe oraz ciągłe

obszar I :

postulowane rozwiązanie :

ponieważ :

otrzymujemy :

podstawiając do równania :

obszar I I :

postulowane rozwiązanie :

podstawiając do równania :

upraszczając otrzymujemy :

zestawiając oba równania :

poprzez analogię :

w związku z czym :

korzystając z ciągłości funkcji :

otrzymujemy :

oraz :

gdzie :

ostatecznie :

Zadanie 11

Określić okres drgań w zależności od energii dla ruchu cząstki o masie m w polu o potencjale

z zasady zachowania energii :

przekształcając :

przekształcając :

punkt zwrotu dla :

wobec czego :

podstawienie :

przekształcając :

wobec czego :

wracając do całki :

- nazywamy funkcją Beta-Eulera

w naszym przypadku :

ostatecznie :

Zadanie 12

Elektron porusza się pod wpływem napięcia . Jaką uzyskuje prędkość :

a) według wzoru klasycznego

b) według wzoru relatywistycznego

ad.a)

przemnażając przez pod pierwiastkiem :

ostatecznie :

ad.b)

ostatecznie :

Zadanie 13

Ruch cząstki relatywistycznej o ładunku q w polu magnetycznym :

siła Lorentza :

pęd relatywistyczny :

wracając :

w ruchu po okręgu :

podstawiając :

ostatecznie :

Zadanie 14

Wyprowadzić wzór na energię całkowitą wychodząc z pędu relatywistycznego .

pęd relatywistyczny :

mnożąc przez c i podnosząc do kwadratu :

dodając po obu stronach :

sprowadzając prawą stronę do wspólnego mianownika :

biorąc pod uwagę że :

dostajemy :

ostatecznie :

dla (w przypadku fotonu) mamy :

Zadanie 15

Obliczyć energię , pęd oraz masę fotonu promieniowania rentgenowskiego o długości fali λ=1Ĺ .

podstawiając :

ostatecznie dzieląc przez ładunek elektronu :

otrzymujemy :

ostatecznie :

masa :

ostatecznie :

Zadanie 16

Wyznaczyć natężenie pola elektrycznego wewnątrz i na zewnątrz kuli o gęstości objętościowej ładunku zmieniającej się według wzoru ; ; . Promień kuli jest równy R ; w całym obszarze ε = const. .

wyjściowe równanie dla obszaru I :

podstawiając :

r = const. na powierzchni kuli

podstawiając :

objętość kuli :

wracając do naszego wzoru :

ostatecznie :

ostatecznie :

dla r < R

dla obszaru I I :

ostatecznie :

Zadanie 17

Walec o promieniu a naładowany jest ze stałą gęstością przestrzenną . Znaleźć wektor indukcji wewnątrz i na zewnątrz walca .

element powierzchni :

zestawiając obie całki :

dla r > a zmiana granic całkowania :

ponownie zestawiając obie całki :

zestawiając wyniki :

gdzie :

jest lokalną gęstością ładunku .

Zadanie 18

Płaszczyzna naładowana jest ze stałą gęstością powierzchniową . Wyznaczyć pole .

ostatecznie :

czyli :

w związku z czym :

Zadanie 19

Ładunek q jest rozłożony równomiernie wewnątrz nieprzewodzącej kuli o promieniu R . Wykazać że potencjał w odległości r od środka kuli (r < R) wyraża się następującym równaniem :

wyjściowe równania :

we współrzędnych sferycznych :

odnosząc to do obszaru I I :

mnożąc przez oraz :

całkując prawą stronę równania :

mnożąc przez :

całkując :

założenie:

wobec czego :

dla obszaru I I :

całkując prawą stronę :

całkując :

bo kiedy to a dla r = 0 ma skończoną wartość .

ostatecznie :

korzystając z ciągłości potencjału :

podstawiając R :

wracając do naszego równania :

ostatecznie :

po uproszczeniu i sprowadzeniu do wspólnego mianownika :

ostatecznie :

Zadanie 20

Obliczyć potencjał i natężenie pola w punkcie odległym o l od środka tarczy .

pierścień

podstawiając :

podstawiając :

całkując :

podstawiając za :

uwzględniając to w całce :

otrzymujemy :

C = 0 bo dla

dla punktu odległego o l :

natomiast :

ostatecznie dla punktu odległego o l :

Zadanie 21

Obliczyć potencjał w punkcie P oddalonym o od ładunku q rozłożonego równomiernie na nici o długości 2a

podstawienie :

podstawiając do wzoru :

ostatecznie :

Zadanie 22

czyli :

zatem :

;

ostatecznie :

Zadanie 23

Wyznaczyć masę oraz prędkość elektronu którego energie kinetyczna wynosi . Energia spoczynkowa elektronu .

energia kinetyczna :

dzieląc przez otrzymujemy :

gdzie :

podstawiając :

podnosząc do kwadratu :

przekształcając :

ostatecznie :

Zadanie 24

Określić okres drgań w zależności od energii E dla ruchu cząstki o masie m w polu o energii potencjalnej :

wyjściowe równanie :

czyli :

dla zera w mianowniku punkt zwrotu :

ostatecznie :

całkując lewą stronę równania :

przekształcając :

korzystając z zależności :

ostatecznie otrzymujemy :

czyli :

ostatecznie :


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Fizyka 2 zadania, wzory
Elektronika 03, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, Zadania z Fizyki
Fizyka zadania 6, Fizyka - laborki
fizyka zadania wykres02
fizyka zadania zestaw 05
fizyka zadania wykres03
Fizyka zadania, Semestr III, Fiza, egz
Fizyka zadania3
fizyka zadaniaa
fizyka.org, ruch falowy, akustyka, Fizyka - Zadania - Fale, ruch falowy, akustyka
Zadania z dynamiki, Fizyka, zadania sem2
fizyka zadania4 BYTMRICKUEGUEROMPK56FGIVNLTLWNHGTXZD7XQ
Fizyka zadania na ćwiczenia
fizyka.org, indukcja elektromagnetyczna, Fizyka - Zadania - Indukcja elektromagnetyczna
fizyka.org, prąd II, Fizyka - Zadania - Prąd elektryczny II

więcej podobnych podstron