F 20-014

Întrebări și sarcini pentru examene și teste

Aprobat

Procesul-verbal al ședinței departamentului

Nr. ____ datat _______________

Întrebări pentru examen

prin disciplina _________________ Fizică ________________

__1 __curs, specialitate 1-43 01 07 Operare tehnică echipamente de putere

organizatii

______zi _____forme de învățare

1. Subiectul de fizică. Metode cercetare fizică Cuvinte cheie: experiență, ipoteză, experiment, teorie. Rolul fizicii în dezvoltarea tehnologiei și influența tehnologiei asupra dezvoltării fizicii. Legătura fizicii cu alte științe.
2. mișcare mecanică la fel de cea mai simpla forma miscarea materiei. Idei despre proprietățile spațiului și timpului care stau la baza mecanicii clasice (newtoniene). Limitele de aplicabilitate ale mecanicii clasice.
3. Elemente de cinematică a unui punct material. Viteza și accelerația unui punct ca derivate ale vectorului rază în raport cu timpul. Normal și accelerație tangențială. Raza de curbură a căii.
4. Sisteme de referință inerțiale. Dinamica unui punct material și mișcarea de translație corp solid.
5. Legile dinamicii unui punct material și ale sistemului de puncte materiale. Forțe externe și interne.
6. Centrul de masă (centrul de inerție) sistem mecanicși legea mișcării sale.
7. Puls. Legea conservării impulsului.
8. Energia ca măsură universală diferite forme mișcare și interacțiune. Energia cinetică a unui sistem mecanic și legătura sa cu munca externă și forțe interne atașat la sistem.
9. Schimbă teorema energie kinetică. Muncă forță variabilă. Putere.
10. Câmpul ca formă de materie, efectuând interacțiune de forță între particulele de materie. Conceptul de gradient functie scalara coordonate. Câmpul forțelor centrale.
11. Energia potențială a unui punct material dintr-un câmp de forță extern și relația sa cu forța care acționează asupra acesteia punct material. Energia potențială a sistemului.
12. Legea conservării energiei mecanice. Disiparea energiei. Aplicarea legilor de conservare la ciocnirea corpurilor elastice și inelastice. Energia de deformare.
13. Transformări galileene. Principiul mecanic relativitatea. Postulatele teorie specială relativitatea.
14. Transformări Lorentz. Conceptul de simultaneitate. Relativitatea lungimilor și a intervalelor de timp.
15. Intervalul dintre evenimente și invarianța acestuia în funcție de alegere sistem inerțial referinta ca manifestare a relatiei dintre spatiu si timp.
16. Legea relativistă a adunării vitezelor. impuls relativist. Legea de bază a dinamicii relativiste a unui punct material.
17. Expresie relativistă pentru energia cinetică. Interrelația dintre masă și energie. Relația dintre energia totală și impulsul unei particule.
18. Elemente de cinematică mișcare de rotație. Viteza unghiulară și accelerația unghiulară, legătura lor cu vitezele liniare și accelerațiile punctelor unui corp în rotație.
19. Moment de forță în jurul axei. Momentul unghiular al corpului relativ la axă fixă rotație. Momentul de inerție al corpului față de axă. Teorema Huygens-Steiner.
20. Ecuația dinamicii mișcării de rotație a unui corp rigid față de o axă fixă. Energia cinetică a unui corp în rotație.
21. Legea conservării momentului unghiular al mișcării de rotație a unui corp rigid și legătura acestuia cu izotropia spațiului.
22. Sisteme de referință non-inerțiale. Forțele de inerție.
23. Armonic vibratii mecanice. Caracteristici cinematice vibratii armonice. Energia oscilațiilor armonice.
24. Ecuație diferențială vibratii armonice. Primăvara, pendulele fizice și matematice.
25. Adăugarea oscilațiilor armonice dintr-o direcție și aceeasi frecventa. bate. Adăugarea oscilațiilor reciproc perpendiculare.
26. Ecuație diferențială oscilații amortizate si decizia lui. Ecuație diferențială vibratii fortate si decizia lui.
27. Amplitudinea și faza oscilațiilor forțate. Conceptul de rezonanță.

Proprietățile lichidelor și gazelor. Ecuațiile mișcării fluidului. Lichide ideale și vâscoase. Hidrostatica unui fluid incompresibil.

Mișcare staționară fluid ideal. ecuația lui Bernoulli.

1. Hidrodinamica unui fluid vâscos. Coeficientul de vâscozitate. Formula Poiseuille. Formula Stokes.
2. Instabilitate hidrodinamică. Turbulenţă.
3. Tensiune elastică. legea lui Hooke. Modulul Young. Deformații de tracțiune și compresiune.
4. Metode de cercetare statistică și termodinamică. Parametrii termodinamici. stări de echilibruși procese.
5. experimental legile gazelor. Ecuația Mendeleev-Clapeyron. Gaz ideal.
6. Ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare gaz ideal.
7. Energia cinetică medie a moleculelor. Interpretarea molecular-cinetică a temperaturii termodinamice.
8. Numărul de grade de libertate ale unei molecule. Lege distributie uniforma energie din punct de vedere al gradelor de libertate ale moleculelor.
9. Legea lui Maxwell pentru distribuția moleculelor unui gaz ideal în funcție de vitezele și energiile mișcării termice.
10. formula barometrică. Legea lui Boltzmann pentru distribuția particulelor într-un câmp potențial extern.
11. Numărul mediu de coliziuni și lungime medie cale liberă a moleculelor.
12. Legile difuziei, conducției căldurii și frecare internă. Teoria molecular-cinetică a acestor fenomene.
13. Energie interna gaz ideal. Lucrul efectuat de un gaz atunci când volumul acestuia se modifică. Cantitatea de căldură.
14. Prima lege a termodinamicii. Aplicarea primei legi a termodinamicii la izoprocese și la procesul adiabatic al unui gaz ideal.
15. Capacitate termica. Dependența capacității termice a unui gaz ideal de tipul procesului. Teoria clasică molecular-cinetică a capacităților termice ale gazelor ideale și limitările acesteia.
16. Proces circular (ciclu). Procese reversibile și ireversibile. Motoare termice si masini frigorifice.
17. Ciclul Carnot și eficiența acestuia pentru un gaz ideal.
18. A doua lege a termodinamicii. Independența eficienței ciclului Carnot de natura fluidului de lucru.
19. Entropia unui gaz ideal. Interpretarea statistică a celei de-a doua legi a termodinamicii.
20. Abateri de la legile gazelor ideale. gaze reale. Forțele și energia potențială a interacțiunii intermoleculare. Diametrul molecular efectiv.
21. Ecuația Van der Waals. Comparația izotermelor van der Waals cu izotermele experimentale.
22. Situatie critica. Energia internă a unui gaz real.
23. Tranziții de fază I și II fel. Caracteristicile lichidului și stări solide substante.

Luați în considerare un flux staționar al unui fluid ideal într-un câmp de forță potențial, de exemplu, în câmpul gravitațional. Să aplicăm legea conservării energiei acestui flux. Să evidențiem un tub de flux infinit îngust în lichid și să luăm în considerare partea de lichid care ocupă volumul MNDC. Lăsați această parte să se miște într-o poziție infinit de aproape (Fig. 6.2). Cu o deplasare mică, diferența dintre zonele de secțiune transversală poate fi neglijată MNși , CDși .

Să calculăm munca DAR efectuate de forțele de presiune. Forțele de presiune care acționează pe suprafața laterală a tubului de curent perpendicular pe deplasare nu funcționează. La mutarea graniței MN munca este efectuată de forțele de presiune, unde este cantitatea de deplasare. Acest lucru poate fi reprezentat ca sau , unde este masa lichidului în volum , . La mutarea graniței CDîn poziție, fluidul lucrează împotriva forțelor de presiune. Argumentând în mod similar, găsim , unde este masa lichidului în volum .

20. Hidrodinamica unui fluid vâscos, coeficient de vâscozitate. Debitul conductei. Formula Poiselle. Legea asemănării. Formula Stokes. Turbulenţă.\

În hidrostatică, fluidele sunt reduse la compresie independent de orientarea locului. În dinamică, frecarea internă a straturilor unui fluid în mișcare unul față de celălalt, apar tangente. Tangentele sunt generate de vâscozitatea fluidului. Se poate presupune că vâscozitatea lichidului afectează și valoarea normalului. Din poziții matematice, este necesar să se stabilească tipul de dependență funcțională pentru, i.e. formează un model de fluid vâscos. Modelul adoptat al unui fluid vâscos satisface următoarele ipoteze: liniaritate, omogenitate și izotropie. Coeficientul de vâscozitate al unui fluid este o unitate legată de capacitatea acestuia de a rezista forțelor tăietoare. Substanțele cu un indice de vâscozitate ridicat necesită o forță de forfecare mai mare pentru a forfea lichidele decât substanțele cu un indice de vâscozitate mai mic. Vâscozitatea nu este o proprietate constantă, fixă, a unui lichid. Această caracteristică, care variază în funcție de densitatea lichidului și de temperatură. Vâscozitatea dinamică a lichidelor scade odată cu creșterea temperaturii și crește odată cu creșterea presiunii.

Când fluidul se mișcă într-o țeavă rotundă, viteza este zero la pereții țevii și este maximă pe axa țevii. Presupunând că fluxul este laminar, găsim legea modificării vitezei cu distanța r de axa conductei.

Formula Poiseuille

Asemănarea hidrodinamică constă din trei componente: asemănarea geometrică, cinematică și dinamică.

Asemănarea geometrică, așa cum este cunoscută din geometrie, este proporționalitatea dimensiunilor similare și egalitatea unghiurilor corespunzătoare. Asemănarea geometrică este înțeleasă ca asemănarea acelor suprafețe care limitează curgerile, adică asemănarea canalelor (sau canalelor).

Asemănarea cinematică înseamnă proporționalitatea vitezelor locale în puncte similare și egalitatea unghiurilor care caracterizează direcția acestor viteze.

În fluxurile fluidelor acționează de obicei forțe diferite: forțe de presiune, vâscozitate (frecare), gravitație etc. Respectarea proporționalității lor înseamnă similitudine hidrodinamică completă. Implementarea în practică a unei asemănări hidrodinamice complete se dovedește a fi foarte dificilă, prin urmare, de obicei se ocupă de similitudinea parțială (incompletă), în care se observă proporționalitatea doar a principalelor forțe principale.

Formula Stokes

De obicei, turbulența se instalează atunci când un parametru critic este depășit, cum ar fi numărul Reynolds sau Rayleigh (în cazul particular al vitezei de curgere la o densitate și un diametru constant al conductei și/sau temperatură la limita exterioară a mediului).

Sub anumiți parametri, turbulența se observă în fluxurile de lichid și gaz, fluxuri multifazice, cristale lichide, lichide cuantice Bose și Fermi, lichide magnetice, plasmă și orice mediu continuu (de exemplu, în nisip, pământ, metale). Turbulența se observă și în exploziile stelare, în heliu superfluid, în stele neutronice, în plămânii unei persoane, mișcarea sângelui în inimă, în timpul arderii turbulente (așa-numitele vibraționale).

Turbulența apare spontan atunci când regiunile adiacente ale mediului se succed sau pătrund una pe alta, în prezența unei diferențe de presiune sau în prezența gravitației, sau când regiunile mediului curg în jurul suprafețelor impermeabile. Poate apărea în prezența unei forțe aleatoare de forță. De obicei, forța externă aleatorie și forța gravitației acționează simultan. De exemplu, în timpul unui cutremur sau al unei rafale de vânt, dintr-un munte cade o avalanșă, în interiorul căruia curgerea zăpezii este turbulente. Parametrii de curgere instantanee (viteza, temperatura, presiunea, concentratia de impuritati) fluctueaza aleator in jurul valorilor medii. Dependența amplitudinii pătrate de frecvența de oscilație (sau spectrul Fourier) este o funcție continuă.

Luați în considerare un flux staționar al unui fluid ideal într-un câmp de forță potențial, de exemplu, în câmpul gravitațional. Să aplicăm legea conservării energiei acestui flux. Evidențiem un tub de flux infinit îngust în lichid și luăm în considerare partea de lichid care ocupă volumul MNDC. Lăsați această parte să se miște într-o poziție infinit de aproape (Fig. 6.2). Cu o deplasare mică, diferența dintre zonele de secțiune transversală poate fi neglijată MNși , CDși .

Să calculăm munca DAR efectuate de forțele de presiune. Forțele de presiune care acționează asupra suprafata laterala tuburile de curent sunt perpendiculare pe deplasare, nu funcționează. La mutarea graniței MN munca este efectuată de forțele de presiune, unde este cantitatea de deplasare. Acest lucru poate fi reprezentat ca sau , unde este masa lichidului în volum , . La mutarea graniței CDîn poziție, fluidul lucrează împotriva forțelor de presiune. Argumentând în mod similar, găsim , unde este masa lichidului în volum .

Dacă mișcarea este staționară, atunci masa lichidului în volum nu se va modifica și, prin urmare, din legea conservării masei obținem . Apoi, pentru munca efectuată de presiunea externă, obținem:

.

Acest lucru trebuie să fie egal cu creșterea energiei totale a părții alocate de lichid. Datorită staționării fluxului, energia lichidului din volum nu s-a schimbat. Prin urmare, creșterea energiei totale este egală cu diferența dintre energiile masei lichide în volume și . Se notează prin energia pe unitatea de masă a lichidului, atunci . Echivalarea acestei valori cu munca DARși reducând cu , obținem:

.

Rezultă că de-a lungul aceleiași linii de curgere într-un flux staționar al unui fluid ideal, valoarea rămâne constantă:

.

Acest raport se numește ecuația lui Bernoulli. A fost publicat pentru prima dată în 1738.

Daniel Bernoulli, 1700-1782

Daniel Bernoulli este unul dintre cei mai mulți fizicieni remarcabiliși matematicienii timpului său. Din 1725 până în 1733 a lucrat la Sankt Petersburg. A supravegheat activitatea Departamentului de Matematică Pură. Membru al Academiilor de Științe din Berlin, Paris, Sankt Petersburg și al altor academii de științe, membru al Londrei Societatea Regală. Daniel Bernoulli este unul dintre reprezentanții acestei dinastii ereditare de genii științifice din Elveția. Tatăl lui Daniil, Johann Bernoulli, a fost un proeminent profesor de matematică la Universitatea din Groningen.

Cartea lui Daniel „Hidrodinamică” (Hydrodynamica) a fost publicată în 1738, aproape simultan cu cartea lui Johann Bernoulli „Hydraulics” (Hydraulica).

Energia este suma energiei cinetice a unei unități de masă a unui lichid și a acestuia energie potențială ghîn câmpul gravitaţiei. În acest caz, ecuația lui Bernoulli ia forma:

Lăsați lichidul să curgă printr-o țeavă orizontală. Atunci ecuația lui Bernoulli va lua forma:

(6.2)

Din expresia (6.2) rezultă că în regiunile tubului cu mai multa viteza presiunea fluxului de fluid este mai mică. Conform ecuației de continuitate a jetului (6.1), debitul fluidului este mai mare în locurile cu o secțiune de conductă mai mică, prin urmare, presiunea scade pe măsură ce se deplasează în secțiuni mai înguste. Căderea de presiune rezultată face ca fluidul să se deplaseze de-a lungul țevii cu accelerație.

Exemplu

FORMULA TORRICELLI

Să aplicăm ecuația Bernoulli la scurgerea unui lichid dintr-o gaură mică dintr-un vas larg. Selectați tubul curent (Fig. 6.3). În fiecare secțiune, viteza și înălțimea peste unele de bază poate fi considerat constant. Presiunea din ambele secțiuni este egală cu cea atmosferică. Viteza de mișcare a suprafeței deschise este mult mai mică decât viteza de scurgere a lichidului din gaură, așa că o putem pune zero. Apoi

.

Prin urmare, unde. Această formulă se numește formula lui Torricelli și determină viteza de scurgere a fluidului dintr-o gaură. S-a obtinut pentru un lichid ideal.

Din formula lui Torricelli rezultă că rata curgerii fluidului dintr-o gaură este aceeași pentru toate fluidele și depinde numai de înălțimea de la care a coborât fluidul. Ea se dovedește viteză egală cădere liberă corp de la aceeași înălțime. Pentru lichide reale, viteza va fi mai mică, depinde de forma, dimensiunea găurii și de vâscozitatea lichidului