F 20-014

კითხვები და დავალებები გამოცდებისთვის და ტესტებისთვის

დამტკიცებულია

დეპარტამენტის სხდომის ოქმი

No ____ დათარიღებული _______________

კითხვები გამოცდისთვის

დისციპლინის მიხედვით _________________ ფიზიკა ________________

__1 __ კურსი, სპეციალობა 1-43 01 07 ტექნიკური ოპერაციადენის აღჭურვილობა

ორგანიზაციები

______დღეს _____სწავლის ფორმები

1. ფიზიკის საგანი. მეთოდები ფიზიკური კვლევასაკვანძო სიტყვები: გამოცდილება, ჰიპოთეზა, ექსპერიმენტი, თეორია. ფიზიკის როლი ტექნოლოგიების განვითარებაში და ტექნოლოგიების გავლენა ფიზიკის განვითარებაზე. ფიზიკის კავშირი სხვა მეცნიერებებთან.
2. მექანიკური მოძრაობაროგორც უმარტივესი ფორმამატერიის მოძრაობა. იდეები სივრცისა და დროის თვისებების შესახებ, რომლებიც ემყარება კლასიკურ (ნიუტონის) მექანიკას. კლასიკური მექანიკის გამოყენების შეზღუდვები.
3. მატერიალური წერტილის კინემატიკის ელემენტები. წერტილის სიჩქარე და აჩქარება, როგორც რადიუსის ვექტორის წარმოებულები დროის მიმართ. ნორმალური და ტანგენციალური აჩქარება. ბილიკის გამრუდების რადიუსი.
4. ინერციული საცნობარო სისტემები. მატერიალური წერტილის დინამიკა და მთარგმნელობითი მოძრაობა მყარი სხეული.
5. მატერიალური წერტილის დინამიკის კანონები და მატერიალური წერტილების სისტემა. გარე და შინაგანი ძალები.
6. მასის ცენტრი (ინერციის ცენტრი) მექანიკური სისტემადა მისი მოძრაობის კანონი.
7. პულსი. იმპულსის შენარჩუნების კანონი.
8. ენერგია, როგორც უნივერსალური საზომი სხვადასხვა ფორმებიმოძრაობა და ურთიერთქმედება. მექანიკური სისტემის კინეტიკური ენერგია და მისი კავშირი გარე და შინაგანი ძალებისისტემაზე მიმაგრებული.
9. თეორემის შეცვლა კინეტიკური ენერგია. მუშაობა ცვლადი ძალა. Ძალა.
10. ველი, როგორც მატერიის ფორმა, ახორციელებს ძალის ურთიერთქმედებას მატერიის ნაწილაკებს შორის. გრადიენტის კონცეფცია სკალარული ფუნქციაკოორდინატები. ცენტრალური ძალების ველი.
11. მატერიალური წერტილის პოტენციური ენერგია გარე ძალის ველში და მისი ურთიერთობა მოქმედ ძალასთან მატერიალური წერტილი. სისტემის პოტენციური ენერგია.
12. მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი. ენერგიის გაფანტვა. კონსერვაციის კანონების გამოყენება დრეკადი და არაელასტიური სხეულების შეჯახებისას. დეფორმაციის ენერგია.
13. გალილეის გარდაქმნები. მექანიკური პრინციპიფარდობითობა. პოსტულატები სპეციალური თეორიაფარდობითობა.
14. ლორენცის გარდაქმნები. ერთდროულობის ცნება. სიგრძისა და დროის ინტერვალების ფარდობითობა.
15. მოვლენებს შორის ინტერვალი და მისი უცვლელობა არჩევანის მიმართ ინერციული სისტემამითითება, როგორც სივრცისა და დროის ურთიერთობის გამოვლინება.
16. სიჩქარის დამატების რელატივისტური კანონი. რელატივისტური იმპულსი. მატერიალური წერტილის რელატივისტური დინამიკის ძირითადი კანონი.
17. კინეტიკური ენერგიის რელატივისტური გამოხატულება. მასისა და ენერგიის ურთიერთკავშირი. კავშირი მთლიან ენერგიასა და ნაწილაკების იმპულსს შორის.
18. კინემატიკის ელემენტები მბრუნავი მოძრაობა. კუთხური სიჩქარე და კუთხური აჩქარება, მათი კავშირი მბრუნავი სხეულის წერტილების წრფივ სიჩქარეებთან და აჩქარებებთან.
19. ძალის მომენტი ღერძის გარშემო. სხეულის კუთხური იმპულსი შედარებით ფიქსირებული ღერძიროტაცია. სხეულის ინერციის მომენტი ღერძის მიმართ. ჰიუგენს-შტაინერის თეორემა.
20. ხისტი სხეულის ბრუნვის მოძრაობის დინამიკის განტოლება ფიქსირებულ ღერძთან მიმართებაში. მბრუნავი სხეულის კინეტიკური ენერგია.
21. ხისტი სხეულის ბრუნვის მოძრაობის კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონი და მისი კავშირი სივრცის იზოტროპიასთან.
22. არაინერციული საცნობარო სისტემები. ინერციის ძალები.
23. ჰარმონიული მექანიკური ვიბრაციები. კინემატიკური მახასიათებლები ჰარმონიული ვიბრაციები. ჰარმონიული რხევების ენერგია.
24. დიფერენციალური განტოლებაჰარმონიული ვიბრაციები. გაზაფხული, ფიზიკური და მათემატიკური ქანქარები.
25. ერთი მიმართულების ჰარმონიული რხევების შეკრება და იგივე სიხშირე. სცემს. ორმხრივი პერპენდიკულარული რხევების დამატება.
26. დიფერენციალური განტოლება დამსხვრეული რხევებიდა მისი გადაწყვეტილება. დიფერენციალური განტოლება იძულებითი ვიბრაციებიდა მისი გადაწყვეტილება.
27. იძულებითი რხევების ამპლიტუდა და ფაზა. რეზონანსის კონცეფცია.

სითხეებისა და აირების თვისებები. სითხის მოძრაობის განტოლებები. იდეალური და ბლანტი სითხეები. შეკუმშვადი სითხის ჰიდროსტატიკა.

სტაციონარული მოძრაობა იდეალური სითხე. ბერნულის განტოლება.

1. ბლანტი სითხის ჰიდროდინამიკა. სიბლანტის კოეფიციენტი. პუაზეის ფორმულა. სტოკსის ფორმულა.
2. ჰიდროდინამიკური არასტაბილურობა. ტურბულენტობა.
3. ელასტიური დაძაბულობა. ჰუკის კანონი. იანგის მოდული. დაჭიმვის და კომპრესიული დეფორმაციები.
4. სტატისტიკური და თერმოდინამიკური კვლევის მეთოდები. თერმოდინამიკური პარამეტრები. წონასწორობის მდგომარეობებიდა პროცესები.
5. ექსპერიმენტული გაზის კანონები. მენდელეევ-კლაპეირონის განტოლება. იდეალური გაზი.
6. მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლება იდეალური გაზი.
7. მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია. თერმოდინამიკური ტემპერატურის მოლეკულურ-კინეტიკური ინტერპრეტაცია.
8. მოლეკულის თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა. Კანონი ერთგვაროვანი განაწილებაენერგია მოლეკულების თავისუფლების ხარისხით.
9. მაქსველის კანონი იდეალური აირის მოლეკულების განაწილებისთვის თერმული მოძრაობის სიჩქარისა და ენერგიის მიხედვით.
10. ბარომეტრული ფორმულა. ბოლცმანის კანონი ნაწილაკების განაწილების შესახებ გარე პოტენციურ ველში.
11. შეჯახების საშუალო რაოდენობა და საშუალო სიგრძემოლეკულების თავისუფალი გზა.
12. დიფუზიის, სითბოს გამტარობის კანონები და შიდა ხახუნის. ამ ფენომენების მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია.
13. შინაგანი ენერგიაიდეალური გაზი. გაზის მიერ შესრულებული სამუშაო, როდესაც მისი მოცულობა იცვლება. სითბოს რაოდენობა.
14. თერმოდინამიკის პირველი კანონი. თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენება იზოპროცესებზე და იდეალური აირის ადიაბატურ პროცესზე.
15. სითბოს ტევადობა. იდეალური გაზის სითბური სიმძლავრის დამოკიდებულება პროცესის ტიპზე. იდეალური აირების სითბური შესაძლებლობების კლასიკური მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია და მისი შეზღუდვები.
16. წრიული პროცესი (ციკლი). შექცევადი და შეუქცევადი პროცესები. სითბოს ძრავებიდა სამაცივრო მანქანები.
17. კარნოს ციკლი და მისი ეფექტურობა იდეალური გაზისთვის.
18. თერმოდინამიკის მეორე კანონი. კარნოს ციკლის ეფექტურობის დამოუკიდებლობა სამუშაო სითხის ბუნებაზე.
19. იდეალური აირის ენტროპია. თერმოდინამიკის მეორე კანონის სტატისტიკური ინტერპრეტაცია.
20. გადახრები იდეალური აირების კანონებიდან. ნამდვილი აირები. ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები და პოტენციური ენერგია. ეფექტური მოლეკულური დიამეტრი.
21. ვან დერ ვაალის განტოლება. ვან დერ ვაალის იზოთერმების შედარება ექსპერიმენტულ იზოთერმებთან.
22. კრიტიკული მდგომარეობა. რეალური გაზის შიდა ენერგია.
23. ფაზის გადასვლები I და II სახის. სითხის თვისებები და მყარი მდგომარეობებინივთიერებები.

განვიხილოთ იდეალური სითხის სტაციონარული ნაკადი ზოგიერთ პოტენციურ ძალის ველში, მაგალითად, გრავიტაციის ველში. მოდით გამოვიყენოთ ენერგიის შენარჩუნების კანონი ამ ნაკადზე. მოდით გამოვყოთ სითხეში უსასრულოდ ვიწრო ნაკადის მილი და განვიხილოთ სითხის ის ნაწილი, რომელიც იკავებს მოცულობას. MNDC. მოდით ეს ნაწილი გადავიდეს უსასრულოდ მჭიდრო პოზიციაზე (სურ. 6.2). მცირე გადაადგილებით, განივი ზონების სხვაობა შეიძლება იყოს უგულებელყოფილი MNდა CDდა .

მოდით გამოვთვალოთ სამუშაო მაგრამშესრულებულია წნევის ძალებით. წნევის ძალები, რომლებიც მოქმედებენ მიმდინარე მილის გვერდით ზედაპირზე, გადაადგილების პერპენდიკულარულად, არ მოქმედებს. საზღვრის გადაადგილებისას MNმუშაობა კეთდება წნევის ძალებით, სადაც არის გადაადგილების რაოდენობა. ეს ნამუშევარი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ან , სადაც არის სითხის მასა მოცულობით , . საზღვრის გადაადგილებისას CDპოზიციაში, სითხე მუშაობს წნევის ძალების წინააღმდეგ. ანალოგიურად კამათით ვპოულობთ სად არის სითხის მასა მოცულობით.

20. ბლანტი სითხის ჰიდროდინამიკა, სიბლანტის კოეფიციენტი. მილის ნაკადი. პუზელის ფორმულა. მსგავსების კანონი. სტოკსის ფორმულა. ტურბულენტობა.

ჰიდროსტატიკაში სითხეები ქვეითდება შეკუმშვამდე, ადგილის ორიენტაციისგან დამოუკიდებლად. დინამიკაში, მოძრავი სითხის ფენების ერთმანეთის წინააღმდეგ შიდა ხახუნი წარმოიქმნება ტანგენტები. ტანგენტები წარმოიქმნება სითხის სიბლანტის გამო. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ სითხის სიბლანტე ასევე მოქმედებს ნორმალურ მნიშვნელობაზე. მათემატიკური პოზიციებიდან აუცილებელია დადგინდეს ფუნქციური დამოკიდებულების ტიპი, ე.ი. შექმენით ბლანტი სითხის მოდელი. ბლანტი სითხის მიღებული მოდელი აკმაყოფილებს შემდეგ ჰიპოთეზებს: წრფივობა, ჰომოგენურობა და იზოტროპია. სითხის სიბლანტის კოეფიციენტი არის ერთეული, რომელიც დაკავშირებულია მის უნართან გაუძლოს ათვლის ძალებს. მაღალი სიბლანტის ინდექსის მქონე ნივთიერებებს სჭირდება უფრო დიდი ათვლის ძალა სითხეების ათვლისთვის, ვიდრე დაბალი სიბლანტის ინდექსის მქონე ნივთიერებებს. სიბლანტე არ არის სითხის მუდმივი, ფიქსირებული თვისება. ეს მახასიათებელი, რომელიც განსხვავდება სითხის სიმკვრივისა და ტემპერატურის მიხედვით. სითხეების დინამიური სიბლანტე მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად და იზრდება წნევის მატებასთან ერთად.

როდესაც სითხე მოძრაობს მრგვალ მილში, სიჩქარე ნულის ტოლია მილის კედლებზე და მაქსიმალურია მილის ღერძზე. თუ ვივარაუდებთ, რომ ნაკადი ლამინარულია, ჩვენ ვპოულობთ სიჩქარის ცვლილების კანონს მილის ღერძიდან r დაშორებით.

პუაზეის ფორმულა

ჰიდროდინამიკური მსგავსება შედგება სამი კომპონენტისგან: გეომეტრიული მსგავსება, კინემატიკური და დინამიური.

გეომეტრიული მსგავსება, როგორც გეომეტრიიდან არის ცნობილი, არის მსგავსი ზომის პროპორციულობა და შესაბამისი კუთხეების თანასწორობა. გეომეტრიული მსგავსება გაგებულია, როგორც იმ ზედაპირების მსგავსება, რომელიც ზღუდავს ნაკადებს, ანუ არხების (ან არხების) მსგავსებას.

კინემატიკური მსგავსება ნიშნავს ლოკალური სიჩქარის პროპორციულობას მსგავს წერტილებში და ამ სიჩქარის მიმართულების დამახასიათებელი კუთხეების თანასწორობას.

სითხის ნაკადებში ჩვეულებრივ მოქმედებს სხვადასხვა ძალები: წნევის ძალები, სიბლანტე (ხახუნი), გრავიტაცია და ა.შ. მათი პროპორციულობის დაცვა ნიშნავს სრულ ჰიდროდინამიკურ მსგავსებას. სრული ჰიდროდინამიკური მსგავსების პრაქტიკაში განხორციელება ძალიან რთული აღმოჩნდება, ამიტომ, როგორც წესი, საქმე აქვთ ნაწილობრივ (არასრულ) მსგავსებას, რომელშიც შეინიშნება მხოლოდ ძირითადი, ძირითადი ძალების პროპორციულობა.

სტოკსის ფორმულა

როგორც წესი, ტურბულენტობა ჩნდება, როდესაც გადააჭარბებს ზოგიერთ კრიტიკულ პარამეტრს, როგორიცაა რეინოლდსის ან რეილის რიცხვი (კონკრეტულ შემთხვევაში ნაკადის სიჩქარე მილის მუდმივ სიმკვრივესა და დიამეტრზე და/ან ტემპერატურა გარემოს გარე საზღვარზე).

გარკვეული პარამეტრების მიხედვით, ტურბულენტობა შეინიშნება თხევადი და აირის ნაკადებში, მრავალფაზიან ნაკადებში, თხევად კრისტალებში, კვანტურ ბოზის და ფერმის სითხეებში, მაგნიტურ სითხეებში, პლაზმაში და ნებისმიერ უწყვეტ მედიაში (მაგალითად, ქვიშაში, მიწაში, ლითონებში). ტურბულენტობა ასევე შეინიშნება ვარსკვლავების აფეთქებებში, ზესთხევად ჰელიუმში, ქ ნეიტრონული ვარსკვლავები, ადამიანის ფილტვებში სისხლის მოძრაობა გულში, ტურბულენტური (ე.წ. ვიბრაციული) წვის დროს.

ტურბულენტობა წარმოიქმნება სპონტანურად, როდესაც გარემოს მიმდებარე რეგიონები მიჰყვება ან შეაღწევს ერთმანეთს, წნევის სხვაობის არსებობისას ან გრავიტაციის თანდასწრებით, ან როდესაც საშუალო უბნები მიედინება გაუვალი ზედაპირების გარშემო. ის შეიძლება წარმოიშვას იძულებითი შემთხვევითი ძალის თანდასწრებით. ჩვეულებრივ, გარე შემთხვევითი ძალა და მიზიდულობის ძალა ერთდროულად მოქმედებენ. მაგალითად, მიწისძვრის ან ქარის დროს მთიდან ზვავი ცვივა, რომლის შიგნით თოვლის ნაკადი მღელვარეა. მყისიერი ნაკადის პარამეტრები (სიჩქარე, ტემპერატურა, წნევა, მინარევების კონცენტრაცია) შემთხვევით მერყეობს საშუალო მნიშვნელობების გარშემო. კვადრატული ამპლიტუდის დამოკიდებულება რხევის სიხშირეზე (ან ფურიეს სპექტრზე) უწყვეტი ფუნქციაა.

განვიხილოთ იდეალური სითხის სტაციონარული ნაკადი ზოგიერთ პოტენციურ ძალის ველში, მაგალითად, გრავიტაციის ველში. მოდით გამოვიყენოთ ენერგიის შენარჩუნების კანონი ამ ნაკადზე. მოდით გამოვყოთ სითხეში უსასრულოდ ვიწრო ნაკადის მილი და განვიხილოთ სითხის ის ნაწილი, რომელიც იკავებს მოცულობას. MNDC. მოდით ეს ნაწილი გადავიდეს უსასრულოდ მჭიდრო პოზიციაზე (სურ. 6.2). მცირე გადაადგილებით, განივი ზონების სხვაობა შეიძლება იყოს უგულებელყოფილი MNდა CDდა .

მოდით გამოვთვალოთ სამუშაო მაგრამშესრულებულია წნევის ძალებით. ზეწოლის ძალები მოქმედებს გვერდითი ზედაპირიმიმდინარე მილები გადაადგილების პერპენდიკულარულია, ისინი არ მუშაობენ. საზღვრის გადაადგილებისას MNმუშაობა კეთდება წნევის ძალებით, სადაც არის გადაადგილების რაოდენობა. ეს ნამუშევარი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ან , სადაც არის სითხის მასა მოცულობით , . საზღვრის გადაადგილებისას CDპოზიციაში, სითხე მუშაობს წნევის ძალების წინააღმდეგ. ანალოგიურად კამათით ვპოულობთ სად არის სითხის მასა მოცულობით.

თუ მოძრაობა სტაციონარულია, მაშინ სითხის მასა მოცულობაში არ შეიცვლება და, შესაბამისად, მასის შენარჩუნების კანონიდან ვიღებთ . შემდეგ გარე წნევით შესრულებული სამუშაოსთვის ვიღებთ:

.

ეს სამუშაო უნდა იყოს სითხის გამოყოფილი ნაწილის მთლიანი ენერგიის ნამატის ტოლი. ნაკადის სტაციონარულობის გამო სითხის ენერგია მოცულობაში არ შეცვლილა. მაშასადამე, მთლიანი ენერგიის ზრდა უდრის სხვაობას თხევადი მასის ენერგიებს შორის მოცულობით და . აღნიშნეთ ენერგიით სითხის მასის ერთეულზე . ამ მნიშვნელობის მუშაობასთან გათანაბრება მაგრამდა შემცირებით ვიღებთ:

.

აქედან გამომდინარეობს, რომ იგივე გადინების გასწვრივ იდეალური სითხის სტაციონარული ნაკადი, მნიშვნელობა რჩება მუდმივი:

.

ეს თანაფარდობა ე.წ ბერნულის განტოლება. იგი პირველად გამოიცა 1738 წელს.

დანიელ ბერნოული, 1700-1782 წწ

დანიელ ბერნული ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარულია გამოჩენილი ფიზიკოსებიდა მისი დროის მათემატიკოსები. 1725 - 1733 წლებში მუშაობდა ქ. ხელმძღვანელობდა წმინდა მათემატიკის კათედრის მუშაობას. ბერლინის, პარიზის, პეტერბურგის და სხვა მეცნიერებათა აკადემიების წევრი, ლონდონის წევრი სამეფო საზოგადოება. დანიელ ბერნოული არის შვეიცარიიდან მეცნიერი გენიოსების ნამდვილი მემკვიდრეობითი დინასტიის ერთ-ერთი წარმომადგენელი. დანიელის მამა, იოჰან ბერნოული, იყო გრონინგენის უნივერსიტეტის მათემატიკის გამოჩენილი პროფესორი.

დანიელის წიგნი "ჰიდროდინამიკა" (ჰიდროდინამიკა) გამოიცა 1738 წელს, თითქმის ერთდროულად იოჰან ბერნულის წიგნთან "ჰიდრავლიკა" (ჰიდრავლიკა).

ენერგია არის სითხის ერთეული მასის კინეტიკური ენერგიის ჯამი და მისი პოტენციური ენერგია ღგრავიტაციის ველში. ამ შემთხვევაში, ბერნულის განტოლება იღებს ფორმას:

მიეცით სითხეს ჰორიზონტალური მილის მეშვეობით. შემდეგ ბერნულის განტოლება მიიღებს ფორმას:

(6.2)

გამოთქმიდან (6.2) გამომდინარეობს, რომ მილის რაიონებში მეტი სიჩქარესითხის ნაკადის წნევა ნაკლებია. ჭავლური უწყვეტობის განტოლების მიხედვით (6.1), სითხის ნაკადის სიჩქარე უფრო დიდია მილის უფრო მცირე მონაკვეთის მქონე ადგილებში, შესაბამისად, წნევა მცირდება ვიწრო მონაკვეთებზე გადასვლისას. შედეგად მიღებული წნევის ვარდნა იწვევს სითხის მოძრაობას მილის გასწვრივ აჩქარებით.

მაგალითი

ტორიჩელის ფორმულა

მოდით გამოვიყენოთ ბერნულის განტოლება ფართო ჭურჭლის პატარა ხვრელიდან სითხის გადინებაზე. აირჩიეთ მიმდინარე მილი (ნახ. 6.3). თითოეულ სექციაში, სიჩქარე და სიმაღლე ზოგიერთზე მეტია საბაზისოშეიძლება ჩაითვალოს მუდმივი. წნევა ორივე განყოფილებაში ტოლია ატმოსფერულის. ღია ზედაპირის გადაადგილების სიჩქარე გაცილებით ნაკლებია ხვრელიდან სითხის გადინების სიჩქარეზე, ასე რომ, შეგვიძლია დავაყენოთ ნული. მერე

.

მაშასადამე, სად. ამ ფორმულას ეწოდება ტორიჩელის ფორმულა და განსაზღვრავს სითხის გადინების სიჩქარეს ხვრელიდან. იგი მიიღეს იდეალური სითხისთვის.

ტორიჩელის ფორმულიდან გამომდინარეობს, რომ ხვრელიდან სითხის გადინების სიჩქარე ყველა სითხეში ერთნაირია და დამოკიდებულია მხოლოდ სიმაღლეზე, საიდანაც სითხე ჩამოვიდა. ის თურმე თანაბარი სიჩქარე თავისუფალი ვარდნასხეული იმავე სიმაღლიდან. რეალური სითხეებისთვის სიჩქარე ნაკლები იქნება, ეს დამოკიდებულია ხვრელის ფორმაზე, ზომაზე და სითხის სიბლანტეზე.