Изменится ли расстояние которое проходит молекула газа. Измерение скоростей молекул газа. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов экономических специальностей заочной форм обучения Павлодар

По-прежнему будем считать газ идеальным, т. е. будем считать, что, за исключением момента столкновения, молекулы не взаимодействуют, не подвергаются действию каких-либо сил и движутся поэтому прямолинейно. В момент столкновения направление скорости молекулы изменяется, после чего она снова движется прямолинейно. Путь молекулы в газе представляет собой, таким образом, ломаную линию, подобную, например, изображенной на рис. 45. Каждый излом траектории отмечает место столкновения. Расстояние, которое молекула проходят между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега.

Так как молекул в газе чрезвычайно много, то не может быть речи о какой-либо регулярности в процессе столкновений, и длины прямолинейных участков на зигзагообразном пути молекулы могут быть различными. Поэтому нас будет интересовать средняя длина свободного пробега. Точно так же различным может быть и число столкновений, испытываемых молекулой в единицу времени, и следует говорить только о среднем значении этой величины.

Эти две связанные между собой величины - средняя длина свободн пробега и среднее число столкновений в единицу времени - являются главными характеристиками процесса столкновений газовых молекул. В частности, те «помехи» явлениям переноса, о которых упоминалось выше, зависят от числа столкновений. Именно от этого зависит длина пути, котцрый молекула проходит между двумя данными точками в объеме газа. Как это видно из рис. 45, истинный путь молекулы между точками много больше, чем расстояние по соединяющей их прямой. Ясно, что, например, процесс диффузии, т. е. проникновение одного газа в другой, не может происходить быстро, несмотря на большую скорость молекул: столкновения в значительной степени компенсируют влияние скорости.

Среднее число столкновений, испытываемых молекулой газа в единицу времени, можно вычислить из весьма простых соображений. Молекулы будем считать твердыми упругими шариками радиуса Пусть одна из молекул движется по прямой в газе, в котором частицы равномерно распределены по объему, так что в каждом кубическом сантиметре находится молекул. Предположим сначала, что все молекулы, кроме одной, находятся в покое. Тогда наша единственная движущаяся молекула, пройдя за 1 с расстояние, равное ее средней скорости и, столкнется со всеми молекулами,

которые окажутся на ее пути. Это будут те молекулы, центры которых расположены в объеме цилиндра длиной и с площадью основания, равной эффективному поперечнику столкновения (рис. 46). Объем этого цилиндра равен сто, а число молекул в нем Таким же будет и число столкновений которые испытывает наша молекула:

Конечно, молекула не может двигаться прямолинейно, раз она сталкивается с другими молекулами. На самом деле путь, проходимый молекулой, зигзагообразный, как это показано, скажем, на рис. 47.

Это, однако, не изменяет результаты расчета; полагая, что молекула движется по прямой, мы только мысленно «выпрямили» ломаный цилиндр, изображенный на рис. 47.

Следует учесть, что движется не одна, а все молекулы газа. Это значит, что в выражение для должна входить не абсолютная (относительно стенок сосуда) скорость молекулы, а скорость ее относительно тех молекул, с которыми она сталкивается. Можно показать, приняв во внимание максвелловское распределение молекул по скоростям, что относительная скорость оотн связана с абсолютной скоростью О соотношением

Тогда для среднего числа столкновений молекулы в единицу времени получим формулу

Чтобы найти среднее число столкновений, происходящих в единицу времени в газе, т. е. столкновений, испытываемых всеми молекулами, нужно умножить на число молекул в газе. Но так как в каждом столкновении участвуют две молекулы (встреча

одновременно трех и более молекул крайне маловероятна), то это число нужно еще разделить на 2, чтобы не считать каждое столкновение два раза. Следовательно, полное число столкновений в газе, содержащем частиц, равно

Таким образом, в единице объема газа число столкновений, происходящих каждую секунду, равно

где число молекул в единице объема.

Зная число столкновений, испытываемых одной молекулой в единицу времени, легко вычислить и среднюю длину свободного пробега.

За время молекула проходит некоторый зигзагообразный путь, равный . Изломов на этом пути столько, сколько произошло столкновений, так как каждый излом и вызван столкновением. Средняя длина свободного пробега, т. е. средняя длина прямолинейного отрезка X между столкновениями, равна отношению длины пути, пройденного молекулой, к числу испытанных ею на этом пути столкновений:

или, подставив вместо его значение из (36.3), получим:

Пользуясь этой формулой, можно найти численные значения для Проведем такой расчет, например, для воздуха (азота) при нормальных условиях (давление 1 атм, температура 273 К). Радиус молекулы азота можно считать равным число частиц в единице объема средняя скорость Отсюда

Средняя длина свободного пробега молекулы в рассматриваемых условиях равна

проходят ничтожные отрезки пути, не превосходящие нескольких стотысячных долей сантиметра? Можно ли считать молекулы такого газа невзаимодействующими? Ведь столкновение - это взаимодействие, приводящее к изменению направления скорости молекул, а столь частые столкновения означают, как будто бы, весьма сильное взаимодействие. Легко, однако, видеть, что это не так, Действительно, молекулы, как уже было указано, взаимодействуют друг с другом только в течение того времени, пока они находятся друг от друга на расстоянии порядка их диаметра время между столкновениями молекулы движутся свободно. Так как при атмосферном давлении длина свободного пробега молекулы что примерно в 1000 раз больше размеров молекул, то время пребывания молекул под взаимным воздействием во столько же раз меньше времени их свободного движения.

Другими словами, время столкновения молекул примерно в 1000 раз меньше времени между столкновениями. Следовательно подавляющую часть времени молекулы движутся свободно, а столкновения, даже при атмосферном давлении, можно считать редким событием в их жизни.

Зависимость длины свободного пробега от давления. Как видно из формулы (36.4), длина свободного пробега молекул обратно пропорциональна их числу в единице объема, а следовательно, его давлению так что можно написать:

С уменьшением давления длина свободного пробега молекул возрастает в такой же мере, в какой падает давление. При определенном значении давления она станет равной размерам сосуда, в котором газ заключен, а при дальнейшем понижении давления превзойдет их. Например, в сосуде размером около 25 см (размеры, обычные в лабораторной практике) длина свободного пробега молекул сравняется с размерами сосуда уже при давлении около атм Такое давление сравнительно легко создать, так как современные средства откачки позволяют получить давления до

Когда длина свободного пробега становится равной или большей размеров сосуда, столкновения молекул в газе практически уже не происходят, и весь путь от стенки до стенки молекулы проходят, двигаясь прямолинейно.

Естественно, что газ, в котором молекулы не сталкиваются между собой, отличается по своим свойствам от обычного газа. Ниже, в гл. IV, мы познакомимся со своеобразными свойствами такого газа.

Зависимость длины свободного пробега от температуры. Из формулы (36.4) следует, что длина свободного пробега молекул не должна зависеть от температуры. Опыт, между тем, показывает, что такая зависимость, хотя и слабая, существует: с повышением

температуры длина свободного пробега возрастает. Это объясняется тем, что согласно формуле (36.4) X обратно пропорциональна поперечному сечению молекулы, А оно, как мы уже знаем, определяется расстоянием, на которое сближаются молекулы при столкновении, т. е. расстоянием, при котором сила взаимодействия между молекулами вызывает уже заметное изменение направления их движения.

Легко видеть, что поперечное сечение молекул должно зависеть от их скорости (энергии), так как при одной и той же силе взаимодействия быстрые молекулы испытывают меньшее отклонение от своего пути, чем более медленные молекулы. Поэтому, чем больше скорость молекул, тем больше должна быть сила, вызывающая их отклонение, следовательно, тем меньше должно быть расстояние между ними при столкновении. Это и значит, что с увеличением скорости молекул, т. е. с повышением температуры газа, поперечное сечение молекул уменьшается. Длина же свободного пробега молекул с повышением температуры, растет. Эта слабая зависимость X от температуры объясняет некоторые явления, которые будут рассмотрены ниже.

Факт зависимости длины свободного пробега от температуры может служить подтверждением изложенных выше соображений о смысле понятия «размер молекулы». Если бы молекулы действительно были твердыми шариками, то не могло бы быть и речи об изменении их размеров при изменении скорости. На самом деле размеры частиц (не только молекул газа!) определяются расстоянием между ними при максимальном сближении, а оно не может не зависеть от скорости частиц, а значит (в случае газовых молекул) и от температуры. Это, однако, не мешает тому, что в. целом ряде случаев взаимодействие между молекулами можно с достаточной степенью точности рассматривать как взаимодействие между твердыми шариками.

2.6 Определение энергии альфа-частиц по пробегу в воздухе I. Цель работы: изучение теории α-распада, взаимодействия альфа-излучения с веществом. П. Оборудование: радиоактивный препарат (альфа-приставка), пересчетный механизм ПЭС-54. Ш. Теоретическое введение Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия He 2 4 , содержащих два протона и два нейтрона. Следовательно, при α-распаде заряд материнского ядра уменьшается на две единицы, а массовое число А на четыре единицы. В результате, дочернее ядро оказывается смещенной на две клетки влево в таблице,Менделеева: X Z A → Y Z -2 A + He 2 4 Указанное соотношение называют правилом смещения. Энергия альфа-частиц, испускаемых тяжелыми ядрами, лежит в пределах от 4 Мэв до 9 МэВ. С другой стороны, из опытов по рассеянию известно, что высота потенциальных барьеров, за которыми находятся α-частицы в ядрах, больше этих величин. Так, например, для ядра урана высота потенциального барьера (9,8 Мэв) более, чем в два раза превышает энергию вылетающих α-частиц (4,2 МэВ). Таким образах, с точки зрения классической физики, вообще непонятно, каким образом без внешнего воздействия появляются α -частицы. На самом деле здесь имеет место чисто квантовое явление, называемое туннельным эффектом и обусловленное волновой природой микрочастиц. В квантовой механике доказывается, что всегда есть вероятность «просачивания» частицы с меньшей энергией через более высокий потенциальный барьер. При прохождении α-частицы через вещество потеря ее энергии обусловлена столкновениями с электронами атома. Длина свободного пробега α-частицы в основном зависит от ее энергии, плотности поглотителя и для воздуха неплохо описывается эмпирическим соотношением l = 0,320Е/2, где энергия α-частицы ~Е измеряется в мегаэлектронвольтах, а длина пробега l в сантиметрах. 1У. Описание установки и метода измерений Для регистрации α-частицы используется сцинтилляционные счетчики, которые являются надежным способом обнаружения частиц, обладающие способностью регистрировать слабые вспышки в сцинтилляторе. Сцинтилляторами называются такие вещества, которые под действием заряженных частиц испускают фотоны (люминесценция) в видимой или ультрафиолетовой части спектра. В сцинтилляторе спектр испускания должен быть сдвинут относительно спектра поглощения, чтобы вероятность обратного поглощения испускаемых фотонов самим же сцинтиллятором была мала. Развитие сцинтилляционного метода стимулировало изучение люминесцентных процессов, известны различные сцинтилляторы в твердом, жидком и газообразном состояниях. Часто в кристалл как сцинтиллятор вводят атомы примесных веществ - активаторов для повышения световыхода кристалла. В настоящей работе использован сцинтиллятор, схема которого изображен на рисунке 1. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) служит для преобразования световых вспышек сцинтиллятора в импульсы электрического тока (рисунок 1). Свет сцинтилляции вырывает из фотокатода электроны, которые фиксируются на первый динод ФЭУ.. Эти электроны выбивают из первого динода вторичные электроны, число которых еще больше и они направляются в следующий динод. Усиленный таким образом поток электронов собирает анод. Полный коэффициент усиления ФЭУ зависят от числа динодов и ускоряющего напряжения. Рисунок 1. 1-сцинтиллятор; 2 - светопровод; 3 - фотокатод; 4-диафрагма; 5-диноды; 6 - делители напряжения; 7 - анод У. Порядок выполнения работы

Тумблер «сетъ» повернуть в положение «сетъ», при этом загорится сигнальная лампочка. Напряжение на вольтметре универсального источника питания не должно превышать 1500 в.

Тумблер "контр.","раб." должен стоять в положении "раб".

Нажатием кнопки механического счетчика ПЭС-54 поставить его на нуль.

Винт на α -приставке завернуть до отказа, сделав тем самым расстояние от -источника частиц до сцинтиллятора минимальным, равным 2 см.

Нажатием кнопки "пуск" на часах одновременно включить счетный прибор и секундомер.

Через 2 мин, нажатием кнопки "пуск", прекратить счет.

Снять показания счетного механизма

Общее число импульсов занести в таблицу 1.

Сбросить показания счетного механизма той же кнопкой "пуск", а на механическом счетчике - рукой. Прибор готов к следующему измерению.

Опустить винт α -приставки на 0,3 мм (шаг винта 1 мм).

Произвести замер активности альфа-излучения на этом расстоянии.

Аналогичным образом провести измерения, каждый раз увеличивая расстояние на 0,3 мм, вплоть до момента, пока счет не прекратиться.

Построить график N = f (R ). С удалением сцинтиллятора от источника альфа-излучения, энергия частиц уменьшается, вплоть до полного поглощения его воздухом в α-приставке. Длина свободного пробега альфа–частицы в воздухе определяется по расстоянию между поверхностью препарата положением сцинтиллятора относительно источника, по этой причине скорость счета также убывает.

Для расчета энергии а - частиц можно использовать максимальный пробег частиц (R max ), вплоть до полного поглощения его воздухом в α-приставке, который определяется из графика.

Энергия частиц Е подcчитывается по формуле:

Е =в l max 2/3 , где в=1/а, (а=9.7 10 -28 г -2/3 см -2 )

Оценить период полураспада радиоактивного препарата.

Контрольные вопросы

Что представляет собой α-частица?

Каков механизм α-распада?

Что такое коэффициент прозрачности потенциального барьера?

От чего зависит длина пробега в веществе?

В каких процессах теряют свою энергию α-частицы при прохождении через вещество?

Подготовить установку к работе. Для этого надо подключить приборы к сети и на пересчетном приборе нажать кнопку «пуск». Дать прибору прогреться в течение нескольких минут. Затем нажать последовательно кнопки "стоп" и "сброс". Показания всех декатронов ПП-16 должны установиться на нуль. Установка готова к измерениям.

Измерить радиоактивный фон счетчика в лаборатории, где планируете производить измерения. Для этого, надо нажать кнопку "пуск" пересчетного прибора и секундомера, измерить количество импульсов, регистрируемых пересчетным прибором в течение нескольких минут без источника ν-излучения. Определить фон счетчика по формуле п ф = N ф / t , (1), где N - показание декатронов ПП-16, t - время измерения. Показания занести в таблицу.

Поставить по счетчик Гейгера-Мюллера источник γ-излучения, накрыть свинцовой пластинкой определенной толщины X и провести измерение скорости счета по формуле (1)

Повторить измерения при разных толщинах свинцовых пластинок. Данные занести в таблицу 1.

Исследовать закон поглощения I = I 0 e -μ x (2) γ-лучей, строя и исследуя эту зависимость в полулогарифмических координатах

По тангенсу угла наклона, полученной прямой, определить линейный коэффициент поглощения свинца, выбрав для этого на прямой любые две точки: μ = = (lnI 2 -lnI 1 )/(x 2 -x 1 ) (3)

По величине μ определить слой половинного ослабления свинца: X 1/2 = ln2/μ

Дать общую характеристику гамма-излучению.

Запишите закон поглощения.

Вывести выражение для толщины слоя половинного ослабления;

В результате каких процессов происходит поглощение гамма-излучения?

Природа возникновения фона счетчика.

МАТЕРИАЛЫ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Какие предположения (выводы) о внутреннем строении вещества можно сделать, наблюдая следующие явления:

а) масло, заключенное в прочный стальной цилиндр и подвергнутое сильному сжатию, просачивается сквозь стенки цилиндра;

б) если в сосуд налить и перемешать две какие-либо смешивающиеся жидкости (воду и спирт), то объем полученной смеси оказывается несколько меньше суммы объемов взятых жидкостей.

Нажимая на поршень в цилиндре, можно сократить объем воздуха, заключенного в нем. На что это указывает?

В компрессоре (насос для сжатия газов) воздух подвергается сильному сжатию. Изменятся ли при этом расстояния между молекулами?

Изменится ли расстояние, которое проходит молекула газа от одного столкновения до другого, если из баллона, в котором хранится газ, выпустить некоторое его количество? Почему?

Может ли объем газа стать сколь угодно малым при его сжатии?

Почему трудно отвинтить гайку, много времени находившуюся в туго завинченном состоянии, хотя болт и гайка сделаны из нержавеющего металла?

Вокруг гвоздя, забитого в сырую доску, через некоторое время появляется красноватый налет. Объясните причину.

Проникновение атомов некоторых металлов (алюминий, хром и др.) в глубь стального изделия делает его поверхность прочной и нержавеющей. Какое физическое явление лежит в основе металлизации поверхности стали и почему она производится при более высокой температуре?

Если под колпаком, из которого выкачан воздух, плотно прижать друг к другу две хорошо обработанные металлические поверхности, то происходит их сварка даже при низкой температуре. Какое физическое явление используется при таком способе сварки?

Если металлический порошок (для этого металл размельчают в шаровых мельницах в течение нескольких суток) ввести в керосин, то частички металлического порошка распределяются равномерно по всему объему жидкости. Объясните явление.

Как известно, молекулы или атомы твердого тела колеблются около некоторого среднего положения. Вследствие этого твердые тела сохраняют свою форму неизменной. Почему в таком случае в твердых телах возможна диффузия? Почему диффузия в них происходит медленно при низкой температуре и быстрее при высокой?

3.2 Движение и силы

Механическое движение

Необходимо погрузить зерно в автомобиль из бункера комбайна, убирающего хлеб. Как это сделать, не останавливая комбайн?

По реке плывет плот. Относительно каких тел положение плота изменяется? Относительно каких тел постоянно?

Какую линию представляет собой траектория какой-либо точки колеса автомобиля относительно его корпуса во время движения? Какова траектория колеса относительно земли?

Какие из перечисленных тел движутся равномерно: молоток; стрелка часов; эскалатор метрополитена; поезд, отходящий от станции; лента конвейера; лента магнитофона при записи или воспроизведении звука?

Скорость искусственного спутника Земли 8 км/с, а пули винтовки 800 м/с. Какое из этих тел движется быстрее и во сколько раз?

На некоторых участках дороги устанавливают знак «Ограничение скорости», где движение с превышающей скоростью запрещено. Что обозначено на этом дорожном знаке?

Диаметр трубы составляет 1220 мм (площадь поперечного сечения 5 = 1,17 м2). Какое количество нефти проходит в год по нефтепроводу, если жидкость течет со скоростью 1 м/с?

Скатившись с сортировочной горки, вагон проходит горизонтальный участок пути в 100 м за 25 с. Можно ли по этим данным определить, какова была скорость вагона в момент скатывания с горки? Если можно, то как? Чему она равна?

Почему при необходимости внезапной остановки мотоцикла тормозят обоими колесами? Что может случиться, если затормозить только передним колесом?

Одинаково ли сжимаются буфера при столкновении двух одинаковых вагонов, один из которых неподвижен? Рассмотрите случаи: порожний вагон неподвижен, движется груженый; груженый неподвижен, движется порожний.

Под действием чего происходит уменьшение скорости и остановка транспорта, когда водитель включает тормозную систему?

Плавающий танк способен преодолевать и водные преграды с помощью водометного движителя, представляющего собой трубу. Вода забирается насосом в трубу и с большой скоростью выбрасывается из кормы. Почему при этом танк движется в противоположную сторону?

Влияет ли на скорость движущегося танка выстрел, произведенный из башенного орудия в направлении движения машины? Почему?

Космонавт, находящийся в космосе, тянет за фал, другой конец которого привязан к космическому аппарату (кораблю). Почему корабль не приобретает какой-либо значительной скорости в направлении к космонавту?

Почему газ при сжатии становится плотнее? Объясните на основе молекулярного строения.

Цистерна вмещает 2000 кг воды. Можно ли налить в эту цистерну 2,5 м 3 бензина?

Для лучшего сцепления колес трактора с почвой его шины летом заполняют водой, а зимой - специальным раствором плотностью 1200 кг/м 3 . Определите массу заливаемого раствора, если шина вмещает 105 кг воды.

Тюк сена, спрессованный пресс-подборщиком, имеет массу 40 кг и размеры 90x40x55 см. Найдите объемную плотность спрессованного сена.

Внутри чугунной отливки во время литья могут остаться пузырьки газа, что ухудшает ее прочность. Имеются ли пустоты в чугунной отливке, если ее объем 5 дм 3 , а масса 30,5 кг? Если имеются, то каков их объем?

Пеностекло получают вспениванием стекла в процессе варки, вводя газообразующие вещества. Какую часть объема пеностекла (в %) занимают газы, если его плотность 200 кг/м 3 ?

Плотность земной коры составляет 2700 кг/м 3 , а средняя плотность всей планеты 5500 кг/м 3 . Чем это объяснить? Какой вывод можно сделать о плотности вещества в центре Земли, исходя из этих данных?

При строительстве ирригационных сооружений укатывают грунт. Какова объемная плотность грунта после уплотнения, если он оседает на 10 см, а первоначальная плотность составляла 1400 кг/м 3 ?

Под действием какой силы изменяется направление движения искусственных спутников, запущенных в околопланетное пространство (вокруг Земли, Марса и т. д.)?

Может ли космонавт определить вертикальность или горизонтальность приборов с помощью отвеса или уровня во время полета в искусственном спутнике Земли или Луны?

Сила тяги ракетных двигателей космического корабля, стартующего вертикально вверх, 350 кН, а сила тяжести корабля 100 кН. Изобразите эти силы графически. Масштаб: 1 см - 100 кН.

Вокруг Земли вращается автоматическая станция. Одинакова ли сила тяжести, действующая на станцию в случаях, когда она находилась на стартовой площадке и на орбите?

Масса самоходного аппарата-лунохода 840 кг. Какая сила тяжести действовала на луноход, когда он находился на Земле и на Луне?

На тросе висит груз массой 100 кг. С какой силой трос действует на груз?

Если изменить форму куска пластилина, алюминиевой или медной проволоки, то возникнет ли в них сила упругости?

Одинаково ли одно и то же тело растягивает пружину динамометра на Земле и на Луне? на борту искусственного спутника Земли?

Вес тела на Марсе в 2,7 раза меньше, чем на Земле. Какими весами космонавт может обнаружить уменьшение веса тела на Марсе? Почему?

Вес тела на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Одинаковое ли требуется усилие, чтобы сообщить скорость луноходу по горизонтальной ровной поверхности на Луне и на Земле? Время, в течение которого аппарат приобретает скорость, и другие условия считать одинаковыми. Трением пренебречь. Ответ обосновать.

Какими часами можно измерять время в искусственных спутниках: песочными, ходиками или пружинными?

С помощью башенного крана поднимают груз. Скорость подъема постоянна. Определите, какие силы действуют на груз? Каковы их направления? Какова равнодействующая? Почему?

Какой силой по модулю уравновешивалась сила тяжести, действующая на спускаемый космический аппарат массой 2,4 т с первым в мире космонавтом Ю. А. Гагариным, когда снижение происходило равномерно? Почему?

Корабельный якорь массой 1,5 т поднимают с помощью лебедки, которая развивает силу тяги 20000 Н. Какова равнодействующая сил, приложенных к якорю? Каково ее направление? Каково движение якоря - равномерное или неравномерное? Почему?

Вес прицепных машин зависит от веса трактора. Почему для громоздких прицепных орудий трактор также должен быть тяжелым?

Для уменьшения трения трущиеся поверхности шлифуют и полируют. Однако в зависимости от качества шлифовки и полировки трение уменьшается не беспредельно - при дальнейшей обработке поверхностей трение начинает увеличиваться. Объясните причину этого явления.

На шляпке гвоздя имеется насечка в виде сетки, а под нею на стержне - несколько поперечных рисок. В чем их значение?

Может ли космонавт ходить в условиях невесомости, например, по полу или стене орбитальной станции, не пользуясь поручнями? Почему?

Колесо (шкив) приводится в движение при помощи ремня. Определите вид трения, возникающего между шкивом и ремнем: трение скольжения или трение покоя? Считайте, что ремень не проскальзывает.

Почему надо беречь смазочные материалы от попадания в них песка и пыли?

Как можно облегчить распиловку металла пилой?

Почему нужно беречь тормозную колодку и тормозной барабан транспортного средства от попадания между ними масла?

Почему между листами рессоры автомобиля вводят графит?

На заболоченном участке земли машины не проваливаются, если их давление на почву не превышает 200 кПа. Обеспечивают ли трактору Т-130Б высокую проходимость уширенные гусеницы (0,92 м) при сравнительно большой его массе (13 945 кг)? Длина каждой гусеницы 2,9 м.

Для чего при соединении мягких материалов под головку болта и гайку подкладывают шайбу большего диаметра?

Какое давление на лунный грунт оказывал астронавт, масса которого со снаряжением 175 кг, а ботинок оставлял след площадью 410 см 2 ?

Допустимое давление для некоторого сорта бетона 5000 кПа. Если давление превышает указанное значение, то бетонные конструкции могут разрушиться. Какую нагрузку может выдержать колонна из бетона, если площадь ее поперечного сечения 1,6 м 2 ?

Определите наибольшую высоту бетонной колонны, которая может разрушиться под действием собственной силы тяжести, если допустимое давление бетона 5000 кПа.

1. Налоговый учет

   Учебно-методическое пособие

2. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов экономических специальностей заочной форм обучения Павлодар

   Методические указания

3. Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетті

   Документ

   CHAIRMANSHIP OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN IN ORGANIZATION FOR SECURITY AND COOPERATION IN EUROPE IN THE CONTEXT OF MAINTENANCE OF STABILITY AND SECURITY IN THE EURASIAN REGION

Эффективный диаметр молекулы - минимальное расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении.

Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул

Средние скорости молекул, газа очень велики - порядка сотен метров в секунду при обычных условиях. Однако процесс выравнивая неоднородности в газе вследствие молекулярного движения протекает весьма медленно. Это объясняется тем, что молекулы при перемещении испытывают соударения с другими молекулами. При каждом соударении скорость молекулы изменяется по величине и направлению. Вследствие этого, скорость, с которой молекула диффундирует из одной части газа в другую, значительно меньше средней скорости молекулярного движения. Для оценки скорости движения молекул вводится понятие средней длины свободного пробега. Таким образом, средняя дли свободного пробега - это среднее расстояние, которое проходит молекула от столкновения до столкновения.

Для определения вычислим сначала среднее число соударений выбранной молекулы с другими молекулами за единицу времени. Будем считать, что молекула после соударения продолжает двигаться по прямой со средней скоростью движения .

Молекулы, с которыми соударяется выбранная молекула, в первом приближении считаем неподвижными и принимаем их за сферические тела радиуса r. Пусть выбранная молекула движется вправо из положения в положение по прямой (рис.11.3). При своем движении она испытывает соударения с теми неподвижными молекулами, центры которых лежат не дальше чем 2r от траектории . Иными словами, движущаяся со средней скоростью молекула в течении одной секунды столкнется со всеми молекулами, центры которых находятся в объеме ограниченном цилиндром с радиусом 2r и длиной , т.е.

Если концентрация молекул n , то внутри рассмотренного цилиндра находится число молекул, равное

Это число и определяет среднее число соударений за единицу времени.

Предположение о том, что все молекулы, кроме одной, неподвижны, является, конечно не верным. В действительности все молекулы движутся, и возможность соударения двух частиц зависит от их относительной скорости. Поэтому вместо среднеарифметической скорости должны входить средняя относительная скорость молекул . Если скорости молекул распределены по закону Максвелла, то, как можно показать, средняя относительная скорость двух молекул однородного газа в раз превышает . Таким образом, среднее число соударений должно быть увеличено в раз

Таким образом, средняя длина свободного пробега не зависит от температуры газа, т.к. с ростом температуры одновременно возрастают и , и . При подсчете числа соударений и средней длины свободного пробега молекул за модель молекулы было принято шарообразное упругое тело. В действительности каждая молекула представляет собой сложную систему элементарных частиц и при рассмотрении упругого соударения молекул имелось в виду, что центры молекул могут сблизиться до некоторого наименьшего расстояния. Затем возникает силы отталкивания которые вызывают взаимодействие, подобное взаимодействию при упругом ударе. Среднее расстояние между центрами молекул, взаимодействующих, как при упругом ударе, называют эффективным диаметром . Тогда

-- [ Страница 3 ] --

Контрольные вопросы

1. Дать общую характеристику гамма-излучению.
2. Запишите закон поглощения.
3. Вывести выражение для толщины слоя половинного ослабления;
4. В результате каких процессов происходит поглощение гамма-излучения?
5. Природа возникновения фона счетчика.

1. МАТЕРИАЛЫ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

1. Какие предположения (выводы) о внутреннем строении вещества можно сделать, наблюдая следующие явления:

1. Нажимая на поршень в цилиндре, можно сократить объем воздуха, заключенного в нем. На что это указывает?
2. В компрессоре (насос для сжатия газов) воздух подвергается сильному сжатию. Изменятся ли при этом расстояния между молекулами?
3. Изменится ли расстояние, которое проходит молекула газа от одного столкновения до другого, если из баллона, в котором хранится газ, выпустить некоторое его количество? Почему?
4. Может ли объем газа стать сколь угодно малым при его сжатии?
5. Почему трудно отвинтить гайку, много времени находившуюся в туго завинченном состоянии, хотя болт и гайка сделаны из нержавеющего металла?
6. Вокруг гвоздя, забитого в сырую доску, через некоторое время появляется красноватый налет. Объясните причину.
7. Проникновение атомов некоторых металлов (алюминий, хром и др.) в глубь стального изделия делает его поверхность прочной и нержавеющей. Какое физическое явление лежит в основе металлизации поверхности стали и почему она производится при более высокой температуре?
8. Если под колпаком, из которого выкачан воздух, плотно прижать друг к другу две хорошо обработанные металлические поверхности, то происходит их сварка даже при низкой температуре. Какое физическое явление используется при таком способе сварки?
9. Если металлический порошок (для этого металл размельчают в шаровых мельницах в течение нескольких суток) ввести в керосин, то частички металлического порошка распределяются равномерно по всему объему жидкости. Объясните явление.
10. Как известно, молекулы или атомы твердого тела колеблются около некоторого среднего положения. Вследствие этого твердые тела сохраняют свою форму неизменной. Почему в таком случае в твердых телах возможна диффузия? Почему диффузия в них происходит медленно при низкой температуре и быстрее при высокой?

1. Необходимо погрузить зерно в автомобиль из бункера комбайна, убирающего хлеб. Как это сделать, не останавливая комбайн?
2. По реке плывет плот. Относительно каких тел положение плота изменяется? Относительно каких тел постоянно?
3. Какую линию представляет собой траектория какой-либо точки колеса автомобиля относительно его корпуса во время движения? Какова траектория колеса относительно земли?
4. Какие из перечисленных тел движутся равномерно: молоток; стрелка часов; эскалатор метрополитена; поезд, отходящий от станции; лента конвейера; лента магнитофона при записи или воспроизведении звука?
5. Скорость искусственного спутника Земли 8 км/с, а пули винтовки 800 м/с. Какое из этих тел движется быстрее и во сколько раз?
6. На некоторых участках дороги устанавливают знак «Ограничение скорости», где движение с превышающей скоростью запрещено. Что обозначено на этом дорожном знаке?
7. Диаметр трубы составляет 1220 мм (площадь поперечного сечения 5 = 1,17 м2). Какое количество нефти проходит в год по нефтепроводу, если жидкость течет со скоростью 1 м/с?
8. Скатившись с сортировочной горки, вагон проходит горизонтальный участок пути в 100 м за 25 с. Можно ли по этим данным определить, какова была скорость вагона в момент скатывания с горки? Если можно, то как? Чему она равна?
9. Почему при необходимости внезапной остановки мотоцикла тормозят обоими колесами? Что может случиться, если затормозить только передним колесом?
10. Одинаково ли сжимаются буфера при столкновении двух одинаковых вагонов, один из которых неподвижен? Рассмотрите случаи: порожний вагон неподвижен, движется груженый; груженый неподвижен, движется порожний.
11. Под действием чего происходит уменьшение скорости и остановка транспорта, когда водитель включает тормозную систему?
12. Плавающий танк способен преодолевать и водные преграды с помощью водометного движителя, представляющего собой трубу. Вода забирается насосом в трубу и с большой скоростью выбрасывается из кормы. Почему при этом танк движется в противоположную сторону?

1. Влияет ли на скорость движущегося танка выстрел, произведенный из башенного орудия в направлении движения машины? Почему?
2. Космонавт, находящийся в космосе, тянет за фал, другой конец которого привязан к космическому аппарату (кораблю). Почему корабль не приобретает какой-либо значительной скорости в направлении к космонавту?
3. Почему газ при сжатии становится плотнее? Объясните на основе молекулярного строения.
4. Цистерна вмещает 2000 кг воды. Можно ли налить в эту цистерну 2,5 м3 бензина?
5. Для лучшего сцепления колес трактора с почвой его шины летом заполняют водой, а зимой - специальным раствором плотностью 1200 кг/м3. Определите массу заливаемого раствора, если шина вмещает 105 кг воды.
6. Тюк сена, спрессованный пресс-подборщиком, имеет массу 40 кг и размеры 90x40x55 см. Найдите объемную плотность спрессованного сена.
7. Внутри чугунной отливки во время литья могут остаться пузырьки газа, что ухудшает ее прочность. Имеются ли пустоты в чугунной отливке, если ее объем 5 дм3, а масса 30,5 кг? Если имеются, то каков их объем?
8. Пеностекло получают вспениванием стекла в процессе варки, вводя газообразующие вещества. Какую часть объема пеностекла (в %) занимают газы, если его плотность 200 кг/м3?
9. Плотность земной коры составляет 2700 кг/м3, а средняя плотность всей планеты 5500 кг/м3. Чем это объяснить? Какой вывод можно сделать о плотности вещества в центре Земли, исходя из этих данных?
10. При строительстве ирригационных сооружений укатывают грунт. Какова объемная плотность грунта после уплотнения, если он оседает на 10 см, а первоначальная плотность составляла 1400 кг/м3?

Сила. Сила тяжести

1. Под действием какой силы изменяется направление движения искусственных спутников, запущенных в околопланетное пространство (вокруг Земли, Марса и т. д.)?
2. Может ли космонавт определить вертикальность или горизонтальность приборов с помощью отвеса или уровня во время полета в искусственном спутнике Земли или Луны?
3. Сила тяги ракетных двигателей космического корабля, стартующего вертикально вверх, 350 кН, а сила тяжести корабля 100 кН. Изобразите эти силы графически. Масштаб: 1 см - 100 кН.
4. Вокруг Земли вращается автоматическая станция. Одинакова ли сила тяжести, действующая на станцию в случаях, когда она находилась на стартовой площадке и на орбите?
5. Масса самоходного аппарата-лунохода 840 кг. Какая сила тяжести действовала на луноход, когда он находился на Земле и на Луне?

Сила упругости

1. На тросе висит груз массой 100 кг. С какой силой трос действует на груз?
2. Если изменить форму куска пластилина, алюминиевой или медной проволоки, то возникнет ли в них сила упругости?
3. Одинаково ли одно и то же тело растягивает пружину динамометра на Земле и на Луне? на борту искусственного спутника Земли?
4. Вес тела на Марсе в 2,7 раза меньше, чем на Земле. Какими весами космонавт может обнаружить уменьшение веса тела на Марсе? Почему?
5. Вес тела на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Одинаковое ли требуется усилие, чтобы сообщить скорость луноходу по горизонтальной ровной поверхности на Луне и на Земле? Время, в течение которого аппарат приобретает скорость, и другие условия считать одинаковыми. Трением пренебречь. Ответ обосновать.
6. Какими часами можно измерять время в искусственных спутниках: песочными, ходиками или пружинными?

1. С помощью башенного крана поднимают груз. Скорость подъема постоянна. Определите, какие силы действуют на груз? Каковы их направления? Какова равнодействующая? Почему?
2. Какой силой по модулю уравновешивалась сила тяжести, действующая на спускаемый космический аппарат массой 2,4 т с первым в мире космонавтом Ю. А. Гагариным, когда снижение происходило равномерно? Почему?
3. Корабельный якорь массой 1,5 т поднимают с помощью лебедки, которая развивает силу тяги 20000 Н. Какова равнодействующая сил, приложенных к якорю? Каково ее направление? Каково движение якоря - равномерное или неравномерное? Почему?

Силы трения

1. Вес прицепных машин зависит от веса трактора. Почему для громоздких прицепных орудий трактор также должен быть тяжелым?
2. Для уменьшения трения трущиеся поверхности шлифуют и полируют. Однако в зависимости от качества шлифовки и полировки трение уменьшается не беспредельно - при дальнейшей обработке поверхностей трение начинает увеличиваться. Объясните причину этого явления.
3. На шляпке гвоздя имеется насечка в виде сетки, а под нею на стержне - несколько поперечных рисок. В чем их значение?
4. Может ли космонавт ходить в условиях невесомости, например, по полу или стене орбитальной станции, не пользуясь поручнями? Почему?
5. Колесо (шкив) приводится в движение при помощи ремня. Определите вид трения, возникающего между шкивом и ремнем: трение скольжения или трение покоя? Считайте, что ремень не проскальзывает.
6. Почему надо беречь смазочные материалы от попадания в них песка и пыли?
7. Почему при нарезании резьбы рекомендуется смазать метчик или лерку?
8. Как можно облегчить распиловку металла пилой?
9. Почему нужно беречь тормозную колодку и тормозной барабан транспортного средства от попадания между ними масла?
10. Почему между листами рессоры автомобиля вводят графит?

1. На заболоченном участке земли машины не проваливаются, если их давление на почву не превышает 200 кПа. Обеспечивают ли трактору Т-130Б высокую проходимость уширенные гусеницы (0,92 м) при сравнительно большой его массе (13 945 кг)? Длина каждой гусеницы 2,9 м.
2. Для чего при соединении мягких материалов под головку болта и гайку подкладывают шайбу большего диаметра?
3. Какое давление на лунный грунт оказывал астронавт, масса которого со снаряжением 175 кг, а ботинок оставлял след площадью 410 см2?
4. Допустимое давление для некоторого сорта бетона 5000 кПа. Если давление превышает указанное значение, то бетонные конструкции могут разрушиться. Какую нагрузку может выдержать колонна из бетона, если площадь ее поперечного сечения 1,6 м2?
5. Определите наибольшую высоту бетонной колонны, которая может разрушиться под действием собственной силы тяжести, если допустимое давление бетона 5000 кПа.
6. Свойство металла сопротивляться проникновению другого металла называют твердостью. Твердость определяют с помощью стального шарика. Какое давление производит шарик на поверхность стали под действием силы 1500 Н, если площадь отпечатка, оставляемого этим шариком, равна 0,01 мм2?

1. В двух баллонах одинакового объема содержится один и тот же газ, но число молекул в первом баллоне больше в два раза, чем во втором. Одинаково ли давление газа на стенки того и другого баллона? Если не одинаково, то в каком баллоне оно больше? Чем это обусловлено? Температура газа в обоих баллонах одинакова.
2. Чтобы восполнить потери воздуха для жизнеобеспечения на орбитальной станции «Салют», транспортный корабль «Прогресс» доставил баллоны с воздухом. Производит ли воздух давление на стенки баллона в условиях невесомости? Должен ли баллон для хранения газа на борту станции быть таким же прочным, как и на Земле?
3. Изменяется ли давление газа, содержащегося в баллоне, при повышении температуры? Почему? Баллон герметичен (нет утечки газа). Почему на солнце нельзя долго держать баллоны с газом под большим давлением?
4. Поступивший в цилиндр дизельного двигателя воздух подвергается сильному сжатию, вследствие этого температура воздуха повышается, достигнув нескольких сот градусов. Как изменяется при этом давление воздуха?
5. Обычно газ перекачивают по газопроводу под давлением 5,6-7,5 МПа при температуре около 20°С. В дальнейшем планируется строить газопроводы с давлением 10-12 МПа, охлаждая газ до -65°С. Имеет ли это какое-то значение?

Закон Паскаля

1. Чтобы переместиться вперед или назад, шагающий экскаватор опускает пару опорных плит, называемых башмаками. Затем 4 цилиндра с поршнем поднимают и перемещают тело землеройного гиганта массой 3000 Т. Под каким давлением р насосы нагнетают жидкость в цилиндры во время подъема корпуса машины, если диаметр поршня цилиндра d = 870 мм (площадь поршня S = 0,75 м2)?
2. Давление в каждом из четырех шин автомобиля 0,2 МПа. Каков вес автомобиля, если площадь соприкосновения шины с грунтом 500 см2.
3. Какова площадь отпечатка одной шины автомобиля «Москвич», если давление в его шинах составляет 98 кПа. Масса автомобиля 1200 кг. Полагать, что вес автомобиля распределяется по осям равномерно.
4. Почему при движении по мягкому грунту, снегу из шин автомобиля выпускают некоторое количество воздуха?

1. Когда нефть начинает плохо фонтанировать из скважины, нефтяники
2. Напор воды (разность уровней воды до и после плотины) Саяно-Шушенской ГЭС равен 194 м. Какое давление испытывает плотина на такой глубине?
3. Водолаз для погружения на глубину 150 м надевает легкий скафандр. Почему водолазу воздух подают под давлением, равным давлению воды на глубине, на которой он находится?
4. Производит ли жидкость давление на стенки и дно сосуда в условиях невесомости, например на борту искусственного спутника Земли?
5. Каковы были бы результаты опыта по изучению давления жидкости, проводимого в лаборатории на лунной поверхности? Производит ли жидкость давление на дно и стенки сосуда на Луне? Почему? А на Марсе?
6. Манометр, установленный на батискафе, показывает, что давление воды составляет 9,8 МПа. Определите, на какой глубине находится батискаф.
7. Верхние точки железобетонной стены шлюзовых камер при наполнении отклоняются в сторону засыпки на десятки миллиметров, а при опорожнении возвращаются в исходное положение. Объясните это явление.
8. Надувные конструкции, которые можно легко собирать, состоят из прорезиненной ткани. Оболочка конструкции сохраняет форму за счет давления воздуха, не на много превышающего атмосферное. Воздух подается снаружи вентилятором, постоянно восполняя утечку. Какая по модулю результирующая сила давления воздуха действует на крышу конструкции размером 20х100 м, если давление внутри оболочки 101,5 кПа? Каково направление этой силы? Атмосферное давление нормальное (101,3 кПа).
9. Контейнерный трубопроводный пневмотранспорт отличается большой пропускной способностью. Основной его частью является стальная магистраль, по которой транспортируются контейнеры. Пустой контейнер возвращается на погрузку по второй трубе. Контейнер имеет колесики, на торцах два диска, образующие небольшой зазор со стенкой трубы. Определите силу, которая приводит в движение контейнер, если давление воздуха на задний диск, нагнетаемый компрессором, составляет 121,6 кПа, а в остальной части трубы нормальное (101,3 кПа). Диаметр магистрали 1200 мм (S = 1,12 м2).
10. Может ли космонавт набрать жидкость в пипетку во время полета на космическом корабле, если в кабине поддерживается нормальное атмосферное давление?
11. Представим себе, что в лаборатории, установленной на Луне, поддерживается нормальное давление. Какой будет высота ртутного столба, если проделать опыт Торричелли в такой лаборатории? Не выльется ли ртуть полностью из трубки?
12. Измерения, произведенные советской автоматической станцией «Венера-7» показали, что атмосферное давление у поверхности планеты составляет около 10,3 МПа. Сила тяжести на Венере почти в 1,2 раза меньше, чем на Земле. Какова была бы высота ртутного столба в опыте Торричелли, проведенном на Венере?
13. Можно ли измерить давление воздуха в кабине космического корабля ртутным барометром? барометром-анероидом?
14. Удачен ли будет опыт Торричелли на борту орбитальной станции, на которой существует атмосфера? Каковы должны быть результаты?
15. Почему шланг всасывающего насоса делают толстостенным, усиленным стальной проволокой?
16. Какое давление должен иметь пожарный насос, чтобы подавать воду на высоту 80 м?
17. Какова сила давления на поршень насоса при высоте подачи воды 25 м, если площадь поршня 100 см2?
18. Давление пороховых газов в стволе пушки достигает 247 МПа. Какова сила, под действием которой снаряд приобретает скорость, если калибр орудия (диаметр канала ствола) 76 мм (S = 0,0058 м2)?
19. Какова должна быть площадь поршня гидравлического пресса, чтобы он развивал силу давления 250 000 кН, когда давление внутри жидкости достигает 50 МПа?
20. Манометр, подключенный к водопроводному крану, расположенному на высоте 2 м над уровнем земли, показывает давление 323 кПа. Какова высота уровня воды в баке водопроводной башни, считая от поверхности земли? Атмосферное давление нормальное. При необходимости сделайте чертеж.
21. Может ли действовать всасывающий насос в безвоздушном пространстве? в кабине искусственного спутника Земли, если в ней поддерживается нормальное давление?

Архимедова сила

1. Диаметр поперечного сечения средней части атомной подводной лодки 10 м. На сколько давление воды на дно лодки отличается от давления на палубу, когда лодка полностью погружена? Плотность морской воды 1030 кг/м3.
2. В земных условиях для испытания космонавта в состоянии невесомости применяют различные способы. Один из них заключается в следующем: человеке специальном скафандре погружается в воду, в которой он не тонет и не всплывает. При каком условии это возможно? "
3. Масса плавающего танка-амфибии 14000 кг. Определите объем части танка, погруженной в воду.
4. Супертанкер «Крым» рассчитан для транспортировки 150000 Т нефти. Каков вес воды, вытесненной судном после приема груза?
5. Будет ли тонуть в воде стальной ключ в условиях невесомости, например, на борту орбитальной станции, внутри которой поддерживается нормальное давление воздуха?
6. Плотность пенистой стали (сталь с пузырьками газа) почти такая же, что и у бальзы. Такая сталь получается, когда при затвердевании в расплавленном состоянии она содержит пузырьки газа. Почему пенистую сталь удается получать лишь в состоянии невесомости, а не в земных условиях?
7. Объем скафандра с космонавтом 120 дм3, а их масса 100 кг. Каким станет вес космонавта вместе со скафандром, если космонавт в барокамере испытывает снаряжение на герметичность?
8. В целях безопасности воздушные шары вместо водорода заполняют гелием. В нормальных условиях плотность водорода в 2 раза меньше плотности гелия. Будет ли подъемная сила шара, заполненного гелием, в два раза меньше подъемной силы шара, содержащего водород?
9. Изменится ли подъемная сила аэростата с увеличением высоты его подъема, если считать оболочку аэростата нерастяжимой, а температуру на различных высотах постоянной? Может ли аэростат подниматься сколь угодно высоко?
10. Больше или меньше атмосферного давления давление внутри оболочки аэростата, наполняемого легким газом, например водородом?
11. Аэростаты объемом 350 м3 широко использовали в противовоздушной обороне во время Великой Отечественной войны. С какой силой действовал аэростат, наполненный водородом, на стальной трос, которым воздушный шар привязывали к земле? Весом троса пренебречь.
12. Груз какой массы может поднять аэростат объемом 100000 м3 на высоту 40 км? Аэростат заполнен гелием. Плотность гелия 0,18 кг/м3, а плотность воздуха на высоте 40 км равна 0,850 кг/м3.
13. Измерения, переданные на Землю спускаемым аппаратом станции «Венера», показали, что плотность атмосферы у поверхности Венеры примерно в 60 раз превышает плотность земной атмосферы. Какая архимедова сила действовала на аппарат во время спуска на поверхность«утренней звезды», если форма его была близка к шару диаметром 1 м (~ 4,2 м3)? Силу тяжести на Венере считать такой же, что и на Земле.
14. Будет ли подниматься легкий детский шар, наполненный водородом, в космическом корабле при его движении по инерции, если на борту поддерживается нормальное давление? Почему?

Механическая работа

1. В каком из перечисленных ниже явлений сила тяжести совершает работу: 1) шар катится по горизонтальной поверхности; искусственный спутник Земли движется по круговой орбите; искусственный спутник Земли совершает движение по эллиптиче­ской (вытянутой) орбите; 4) самолет снижается на посадку?
2. Трактор тянет сеялку по горизонтальному участку поля. По преодолению какой силы трактор совершает работу?
3. Автомобиль, находящийся на горизонтальном участке дороги, трогает с места и набирает скорость. Производится ли при этом работа?
4. Масса космического корабля «Восток», запущенного в околоземное пространство с первым в мире космонавтом Ю. Гагариным, 4725 кг. Высота орбиты составляла в среднем 250 км над поверхностью планеты. Какую работу совершили ракетные двигатели только для подъема корабля на такую высоту? Изменением силы тяжести с высотой пренебречь.
5. Вес прицепа с полным грузом 48 кН. Какую работу совершает двигатель тягача при транспортировке прицепа на расстояние 1 км, если сила трения составляет 0,04 веса прицепа?
6. Диаметр цилиндра гидросистемы для навесных орудий 100 мм (S = 0,008 м2). Какую работу совершает двигатель трактора при одном поднятии навесного орудия, если давление внутри жидкости достигает 8,5 МПа, а поршень перемещается на 90 мм?
7. Какую работу совершает бурильная установка только для подъема грунта при рытье колодца, глубина которого 4,0 м? Диаметр бура 0,5 м (S = 0,2 м2), а плотность грунта в среднем 2000 кг/м3.
8. Астронавт поднимает образцы лунных пород на борт космического аппарата. Какую работу он при этом совершает, если масса образцов 100 кг, а высота подъема над поверхностью Луны 5 м?

Мощность

1. Стогометатель поднимает копну весом 7 кН на высоту 7,5 м за 10 с. Какую мощность развивает при этом двигатель машины?
2. Какую силу тяги развивает двигатель трактора «Кировец К-701» при скорости 9 км/ч, если мощность его 220 кВт?
3. Какую работу совершает трактор Т-130 за смену (7 ч), если он движется на VII передаче (8,96 км/ч) и развивает силу тяги на крюке 24,5 кН?
4. Груз какого веса может поднять башенный кран, если мощность его лебедки 60 кВт, а скорость подъема 0,6 м/с?
5. Разрежение, создаваемое пылесосом, показывает, на сколько давление во всасывающей трубе меньше атмосферного. Какова мощность воздушного потока в пылесосе, если создаваемое им разрежение 8000 Па, а производительность, т. е. объем всасываемого воздуха в секунду, 0,025 м3?
6. Какую мощность развивает двигатель токарного станка, если при обработке стержня диаметром 20 мм резец преодолевает силу сопротивления 900 Н? Частота вращения детали 15 оборотов в секунду.

Простые механизмы

1. Клапан воздушного насоса отрегулирован так, что он открывается лишь тогда, когда давление в цилиндре достигает 400 кПа.
2. Можно ли к трактору массой 5400 кг прицепить плуг массой 600 кг, если расстояние от последнего опорного катка машины до линий, вдоль которых действуют силы тяжести P?
3. Какой из блоков в линии контактного привода электрифицированной железной дороги подвижный и какой неподвижный (рис. 58)? Каково их назначение? С какой силой натягивают провод, если вес груза 1,6 кН?
4. Какой длины канат наматывается на барабан лебедки башенного крана, если подвижный блок с грузом поднимается на 68 м? С какой скоростью движется канат, наматываемый на барабан, если груз движется со скоростью 1,16 м/с?
5. Автокраном поднимают груз весом 30 кН с помощью подвижного блока на высоту 6,6 м. Определите КПД блока, если трос при этом натягивается с силой 16 кН.
6. Каков КПД системы из двух блоков, если КПД каждого из них равен 0,8?

1. Какая энергия используется в пневматических тормозных системах автобусов, трамваев и других транспортных средств?
2. Сваебойный копер массой 2400 кг падает с высоты 1 м. Какова сила сопротивления грунта, если свая погружается во время удара на 2 см?
3. Напор воды (разность уровней воды перед и за плотиной) Братской 126 м. Какой потенциальной энергией обладает каждый кубический метр воды, находящейся перед плотиной у свободной поверхности?
4. Напор воды Саяно-Шушенской ГЭС 194 м. Когда через турбины станции проходит 3666 м3 воды ежесекундно, развиваемая ими мощность составляет 6,4 млн. кВт. Определите КПД гидротурбин станции.
5. Почему двигатель автомобиля развивает большую мощность при разгоне по сравнению с равномерным движением?
6. Почему скорость воды, выходящей из гидротурбины, меньше, чем входящей?
7. Из суммы каких видов энергий состоит полная механическая энергия искусственного спутника Земли? Почему?
8. Определите полную механическую энергию каждого килограмма космического аппарата, выведенного в околоземное пространство на орбиту высотой 300 км над земной поверхностью. Кинетическая энергия аппарата превышает потенциальную в 10 раз.

1. Каково соотношение между энергией взаимодействия молекул и энергией их теплового движения, когда вещество в жидком состоянии?
2. На больших высотах (800-1000 км) скорости движения молекул газов, входящих в состав атмосферного воздуха, достигают значений, соответствующих температуре около 2000° С. Почему же в таком случае не плавится оболочка космических аппаратов?
3. Почему наружные части сверхзвуковых самолетов приходится охлаждать с помощью специальных установок?
4. Почему при заточке инструментов на наждачном круге необходимо охлаждать их водой?
5. При точении деталей на токарном станке иногда резец охлаждают водяной струей, иначе инструмент теряет прочность. Каким способом увеличивается внутренняя энергия резца при точении? Изменяется ли при этом внутренняя энергия охлаждающей воды?
6. Почему температура выхлопных газов на выходе из глушителя низкая, несмотря на то что она в цилиндре двигателя достигает 1800 °С?

1. Каким способом - путем совершения работы или теплопередачи - изменяется внутренняя энергия детали в следующих явлениях: 1) строгание детали резцом; 2) нагревание детали в печи
2. Для повышения твердости и прочности стальных изделий применяют закалку (нагрев до некоторой температуры с последующим быстрым охлаждением). Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть стальной молоток массой 500 г от 17 до 817 °С? Вычислите, какое количество теплоты выделяет молоток, если его охлаждают в жидком кислороде, температура которого -183 °С. Удельная теплоемкость стали 460 Дж/(кг°С).
3. Калориферы служат для обеспечения жилых помещений свежим теплым воздухом. Какое количество теплоты получит комната, если через калорифер ежечасно проходит 20 м3 воздуха, температура которого при входе в калорифер 15 °С, а на выходе из него 25 °С? Удельная теплоемкость воздуха 730 Дж/(кг°С).
4. Закаливают сверло из стали массой 100 г, нагретое до температуры 840 °С, опуская в сосуд, содержащий машинное масло при температуре 20 °С. Какое количество масла следует взять для этого, чтобы конечная температура детали не превысила 70 °С? Удельная теплоемкость масла 2000 Дж/(кг°С).
5. Для определения температуры печи нагретый в ней стальной шарик массой 0,30 кг бросили в медный сосуд массой 0,20 кг, содержащий 1,27 кг воды при температуре 15 °С. Вычислите температуру печи, если температура воды повысилась до 32 °С.
6. Влажное зерно сушат в потоке теплого воздуха. Какова производительность вентилятора (в кубических метрах в час), если воздух отдает ежечасно 60340 кДж энергии, а температура его понижается на 4 °С? Удельную теплоемкость воздуха принять равной 1260 Дж/(м3°С).
7. Теплота сгорания водорода (12 107 Дж/кг) намного больше теплоты сгорания природного газа (4,4 I07 Дж/кг). 1) В каком случае выделится больше количества теплоты - при полном сгорании водорода или природного газа? Полагать, что газы содержатся в баллонах одинакового объема, температура и давление газов в них одинаковы. 2) Докажите это расчетным путем, если объемы баллонов по 0,04 м3, плотность водорода в баллоне составляет 4,5 кг/м3, а природного газа - 35 кг/м3.
8. Тепловая электростанция мощностью 2400 000 кВт потребляет 1500 Т угля в час. Каков КПД станции?
9. Для нормального сгорания 1 кг топлива необходимо 15 кг воздуха. При такой пропорции 1 кг горючего дает 2900 кДж энергии. Но теплота сгорания жидких горючих больше указанной величины в десятки раз, например теплота сгорания бензина 46200 кДж/кг. Чем это вызвано?
10. Температура пламени газа, который горит в воздухе, достигает 1200°С, а газа, горящего в кислороде, 3000°С. Чем объясняется такая разница температуры в том и другом случаях?

1. Давление в шинах автомобиля должно соответствовать его нагрузке. Если шины накачаны слабо, то при движении автомобиля они нагреваются. Какие превращения энергии происходят при этом?
2. Почему тормозные колодки самолетов делают из материалов с высокой температурой воспламенения и большой удельной теплоемкостью?
3. Почему обшивка космических аппаратов разрушается, когда при возвращении на Землю они входят в плотные слои атмосферы?
4. Газ хранят и транспортируют в баллонах под большим давлением. Для практических целей используют газ низкого давления. Понижение давления газа происходит в редукторе. Если газ в баллоне содержит пары воды, то нередки случаи, когда поступление газа из редуктора прекращается. Где следует, прежде всего, искать причину отказа подачи газа? Почему?
5. При сварке трением одну деталь сильно прижимают к другой и приводят во вращение. В месте стыка образуется огненное кольцо с температурой около 1200°С. За счет какой энергии возрастает внутренняя энергия деталей? Определите количество теплоты, выделяемое при сварке данным способом, если двигатель развивает мощность 15 кВт, а процесс длится 20 с.
6. Двигатель автомобиля потребляет 19 кг топлива (бензина) в час. Какую работу совершает двигатель за это время, если его КПД 25%? Какую мощность он развивает?
7. Используется ли полная мощность двигателя автомобиля «Жигули» (50 кВт), если при его движении со скоростью 72 км/ч расходуется 8 л бензина на 100 км пути? КПД двигателя принять равным 0,3.
8. Какое количество топлива расходует за смену (7 ч) двигатель трактора «Кировец К-700», если агрегат передвигается со скоростью 9 км/ч, развивая при этом на крюке силу тяги 64 кН. Коэффициент полезного действия равен 0,3.
9. Механическая энергия каждого килограмма вещества космического аппарата, выведенного на околоземную орбиту высотой 300 км и обладающего первой космической скоростью 8 км/с, равна 34 107 Дж. Эта энергия составляет лишь 5% энергии, затраченной при доставке каждого килограмма аппарата на орбиту. Пользуясь этими данными, определите количество топлива, израсходованного при выведении на такую орбиту станции «Салют» массой 18 900 кг.
10. Напор воды Нурекской ГЭС 300 м. Какие преобразования энергии происходят при падении воды из верхнего бьефа плотины в нижний? На сколько повысилась бы температура каждого кубического метра воды, если ее механическая энергия полностью превратилась во внутреннюю?

1. При ударе кусок некоторого твердого тела разбивается на части, представляющие собой прямоугольные параллелепипеды или кубики различных размеров. Какое это вещество: кристаллическое или аморфное?
2. Поршень отливают из алюминия массой 1 кг. Одинакова ли внутренняя энергия алюминия в жидком и твердом состояниях, если в том и в другом случае температура вещества 660°С? Если неодинакова, то в каком состоянии больше? На сколько?
3. На сколько и как изменяется внутренняя энергия стального слитка массой 5 кг при его плавлении? Чем обусловлено это изменение (изменением энергии движения молекул или энергии их взаимодей)? Почему?
4. Порядок атомов в кристалле железа при температуре 910°С становится другим. Какие тепловые явления должны происходить в железе при этой температуре?
5. С помощью кислородной горелки можно резать сталь толщиной до полутора метров. При этом способе резки сталь подогревают в пламени ацетилена, горящего в кислороде, затем на нагретый участок направляют струю одного лишь кислорода. Металл при этом прожигается насквозь. За счет какой энергии происходит плавление стали в этом случае?
6. Почему космические корабли и ракеты обшивают такими металлами, как тантал и вольфрам?
7. Для передачи энергии в энергетических установках, например атомных электростанциях, широко используют металлы - натрий, калий и др. в жидком состоянии. Как вы думаете, почему выгоднее применять эти вещества в качестве теплоносителя, хотя они обладают меньшей удельной теплоемкостью, чем вода?
8. Чугун в литейных цехах плавят в печах, называемых вагранками. Определите количество теплоты, необходимое для плавки 6 Т чугуна, доведенного до температуры плавления. Удельная теплота плавления сплава 138 270 Дж/кг.
9. Лом черных металлов переплавляют в сталь в мартеновских печах. Какое количество теплоты необходимо для нагревания и расплавления 10 Т стального лома, если начальная температура его 20°С? Температура плавления стали 1400°С.
10. В плавильном горне за одну плавку получено 200 кг алюминия с температурой 668°С. Какие состояния прошел металл, если его начальная температура была 68°С? На сколько при этом увеличилась внутренняя энергия металла? Изобразите графически зависимость температуры металла от времени.
11. На сколько изменяется внутренняя энергия стального изделия массой 10 кг после заливки металла в форму? Начальная температура сплава 1600°С. Отливка остывает до комнатной температуры. При 1500°С сплав затвердевает. Удельная теплоемкость стали в жидком состоянии 712 Дж/(кг°С).
12. При испарении, как известно, температура жидкости понижается. Почему в таком случае температура воды, бензина, спирта и т. д. в обычных условиях почти такая же, что и температура окружающего воздуха, хотя их поверхность открыта?
13. В закрытом баллоне сжиженный газ представляет собой жидкость, над которой находится ее пар. При температуре 0; 15 и 40 °С давление паров пропана составляет соответственно 42,0; 72,5 и 139 кПа. Чем вы могли бы объяснить такую зависимость?
14. Зимой ветровое стекло автомобиля с помощью специального вентилятора обдувается воздухом. Какое это имеет значение?
15. При сушке на солнце теряется качество сена, его питательность. Пресс-подборщик прессует сено почти в свежем состоянии, но в тюке оставляет сквозные отверстия. Каково их назначение?
16. Почему овощи и фрукты быстрее высыхают в вакууме?
17. Сухое молоко получают путем выпаривания его в сосуде, откуда непрерывно выкачивают воздух, причем температура выпаривания намного ниже 100°С. Какие физические закономерности положены в основу этого процесса?
18. Изменится ли температура воздуха в помещении, где начнет действовать холодильник? Почему?
19. Углекислотные огнетушители заряжают сжиженным углекислым газом. Почему при действии огнетушителя из него выходит не струя жидкости, а «углекислый снег» - плотное беловатое облако газа? На чем основано тушение пожара таким огнетушителем?
20. Почему нельзя пользоваться открытым огнем и допускать появления искр около пустых емкостей, где хранились легковоспламеняющиеся вещества (бензин, эфир, спирт, нефть и т. д.)?
21. Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов имеют клапаны для выхода газов. Откуда в резервуарах появляются газы?
22. Почему при низких температурах для обращения в пар требуется большее количество теплоты, чем при более высоких температурах? Может ли вода кипеть при температуре как меньше 100°С, так и больше?
23. При перегонке нефти ее нагревают, в результате чего из смеси сначала выделяется бензин, лигроин, а затем уже керосин, соляр и др. Что можно сказать о температуре кипения этих веществ?
24. Чистый кислород, широко применяемый в народном хозяйстве, получают из жидкого воздуха. Как самым простым способом можно выделить кислород из воздуха, зная, что температура кипения азота и кислорода (основных составляющих воздуха) равны соответственно -196 и -183°С?
25. Кастрюля-скороварка представляет сосуд, закрытый герметически, из которого пар может выходить только через предохранительный клапан. Почему в таком сосуде вода закипает быстрее?
26. Потребляя 150 Т угля, тепловая электростанция вырабатывает в котлах 950 Т пара при температуре 560°С. Определите КПД парового котла электростанции. Удельная теплоемкость пара 210 Дж/(кг°С).
27. В обычных условиях при кипении пузырьки пара поднимаются к свободной поверхности жидкости. Как должно проходить кипение в состоянии невесомости, например, в ИСЗ, на борту которого поддерживается нормальное давление?
28. Что произойдет, если космонавт, выйдя из корабля в открытый космос, откроет сосуд с водой?

1. Газ, заключенный в цилиндр, расширяясь, совершил работу. Изменилась ли внутренняя энергия газа, если не было теплообмена с окружающей средой? Обоснуйте.
2. Почему при сгорании (окислении) горючей смеси давление в цилиндре двигателя сильно увеличивается?
3. Расширяясь, газ переместил поршень на расстояние 0,5 м. Площадь поршня 0,02 м2, атмосферное давление нормальное (101,3 кПа). Определите: работу газа по проталкиванию поршня; количество теплоты, отданное газу нагревателем. Считайте КПД нагревателя равным 1, а трением пренебрегите.
4. Во время какого такта закрыты оба клапана в четырехтактном двигателе?
5. Сколько раз открывается впускной клапан за два оборота коленчатого вала (кривошипа) четырехтактного двигателя?
6. Каково назначение кулачков распределительного вала? Сколько пар кулачков и клапанов имеет четырехцилиндровый четырехтактный двигатель?
7. Почему шестерня распределительного вала имеет в 2 раза больше зубцов, чем шестерня коленчатого вала?
8. Во время образования горючей смеси в карбюраторе температура понижается. Какова причина?
9. Чем сильнее сжимается горючая смесь в цилиндре карбюраторного двигателя, тем больше его мощность. Однако на практике объем горючей смеси уменьшают только в 7-8 раз. Чем это объяснить?

1. Каким видом энергии является энергия молекул пара, действующего на лопатки турбины?
2. Для увеличения мощности паровых турбин стараются повысить температуру пара и его давление. Преимущественно какой вид энергии молекул пара увеличивается при повышении температуры? при увеличении давления?
3. Пар, входящий в турбину, имеет температуру, достигающую нескольких сот градусов. Изменяется ли температура пара в турбине? Какой она будет при выходе из турбины? Почему?
4. Отработанный пар в паровой турбине охлаждается в градирнях (испарительных устройствах), имеющих форму башни. Какова мощность турбины, если в градирнях испаряется 0,85 м3 охлаждающей воды в секунду? КПД турбины принять равным 30%.

3.5 Электричество

Электризация тел

1. В кабине бензовоза имеется надпись: «При наливе и сливе горючего обязательно включите заземление». Почему необходимо соблюдать данное требование?
2. Авиационное топливо в основном электризуется при фильтровании. Изобретение фильтра, при прохождении через который жидкость почти не заряжается, является важной проблемой. Почему такой фильтр должен состоять из двух различных материалов? Какими электрическими свойствами должны обладать эти материалы по отношению к топливу?
3. С какой целью на взрывоопасном производстве приводные ремни должны быть обработаны антистатической (проводящей) пастой, а шкивы заземлены?
4. Может ли в ременной передаче электризоваться только ремень, а шкив оставаться незаряженным? Почему? Считайте, что шкив не заземлен.

1. В электрическом поле между двумя заряженными пластинами находились в равновесии заряженные шарики ничтожных размеров. После того как шарики осветили рентгеновскими лучами, они начали падать. Для восстановления равновесия электрическое поле пришлось усилить в два раза. Чем это вызвано?
2. Если в опыте Резерфорда взять фольгу толщиной в 2 раза большую, то будет ли изменяться число рассеянных -частиц под каким-либо определенным углом? Почему?
3. Влияет ли масса атомных ядер «мишени»-фольги на угол отклонения -частиц? Почему?
4. Почему опыт Резерфорда проводился с золотой фольгой, а не с другими металлами, например алюминием?
5. Как влияет заряд ядра атома «мишени» на угол отклонения -частиц? Почему?
6. Если бы удалось сложить плотно друг к другу одни только ядра атомов, то плотность такой упаковки была бы 114 106 т/см3. Объясните причину столь большой плотности.
7. В твердом состоянии в 1 м3 алюминия содержится 6 1028 атомов, а число атомов свинца в таком же объеме составляет 4 1023, т. е. несколько меньше. Однако плотность алюминия 2700 кг/м3, а плотность свинца 11300 кг/м3, т. е. свинец плотнее алюминия почти в 4,2 раза. Как это можно объяснить?
8. Под действием радиоактивных лучей молекулы газа расщепляются на положительные и отрицательные частицы. Основываясь на этом свойстве радиоактивных лучей, объясните, почему заряженный электроскоп сравнительно быстро теряет заряд под действием этих лучей.

Электрический ток

1. В лампах дневного света, а также в рекламных газосветных трубках газ светится под действием движущихся зарядов - электро­нов и положительно заряженных частиц. Можно ли движение этих частиц в трубке назвать электрическим током? Почему?
2. Какие преобразования энергии имеют место при зарядке и разрядке аккумулятора?
3. С какой целью металлические изделия покрывают тонким слоем другого металла (никель, хром, медь, серебро и др.)? Раствор соли какого металла должен служить электролитом для никелирова­ния? К какому полюсу источника тока нужно присоединить никелируемое изделие?
4. Используя химическое действие тока, можно покрыть металлическим слоем изделие не только из проводящих материалов, но и из диэлектриков - воска, пластилина, гипса, дерева и др. Как это сделать?

Сила тока

1. Какое действие тока проявляется в следующих случаях: 1) при включении вентилятора в электросеть он начинает вращаться; 2) при повышении температуры электрического утюга; 3) при получении чистой меди электрическим током?
2. Вследствие трения о шкив ремень заряжается, причем каждый квадратный метр ремня содержит 0,02 Кл заряда. Ширина ремня 0,3 м, скорость его движения 20 м/с. Представляет ли перемещение зарядов вместе с ремнем электрический ток? Какой заряд проходит ежесекундно через любую неподвижную плоскость, перпендикулярную ремню? Как называют величину, измеряемую таким зарядом? Чему она равна? Считайте, что ремень заряжен положительно.
3. Электрическая цепь состоит из проводников, имеющих поперечное сечение различной площади. Известно, что сила тока во всех участках цепи, если нет разветвлений, одна и та же. Одинакова ли скорость перемещения электронов в различных участках цепи, которую они приобретают под действием электрического поля источника тока? Почему?

Напряжение

1. Цепь состоит из источника тока, потребителя электроэнергии (лампы), соединительных проводов и выключателя. На каком участке цепи для перемещения электронов совершается больше работы? Какие силы совершают эту работу? За счет какой энергии совершается эта работа? Как называют величину, измеряемую работой в 1 с, т. е. мощностью при силе тока в спирали электролампы 1А?
2. На каком полюсе батареи карманного фонаря образуется недостаток электронов? На каком - избыток? За счет какой энергии существует напряжение между полюсами батареи? Зависит ли это напряжение от количества зарядов, накопленных на полюсах? Как?
3. Какая расходуется энергия, когда создается напряжение между клеммами карманного фонаря «жучок»? генератора ГЭС?

1. Развитие алюминиевой промышленности в нашей стране позволило отказаться от использования медных проводов для воздушных электрических линий. Чем это вызвано?
2. Клеи обычно являются изоляторами. Чтобы клей проводил электрический ток, в него добавляют порошок серебра. Как вы представляете себе, почему клей при этом становится проводником? Каким образом можно изменять электропроводность такого клея? Будет ли клей проводить ток при любой концентрации частичек серебра?
3. Органы государственного пожарного надзора не рекомендуют хранить и перевозить бензин и другие легковоспламеняющиеся жидкости в полиэтиленовых канистрах. Для этого лучше пользоваться металлическими сосудами. Чем это вызвано?
4. Общее сопротивление участка цепи при параллельном соединении проводников меньше сопротивления отдельных проводников. Чем это можно объяснить?
5. При последовательном соединении проводников их общее сопротивление больше, чем сопротивление каждого из них. Чем это можно объяснить?
6. Напряжение на клеммах аккумулятора 12 В. Амперметр показывает ток 5,1 А. В цепи три параллельно соединенные лампы с равными сопротивлениями. Определите сопротивление каждой лампы. Начертите схему.
7. Радиолюбителю нужен резистор сопротивлением 70 кОм. Но у него оказалось три резистора сопротивлениями 100, 50 и 25 кОм. Может ли он составить из них требуемое сопротивление? Если может, то как?
8. Почему нельзя амперметр подключить параллельно потребителю энергии?
9. Как изменится показание вольтметра, если к нему последовательно подключить добавочное сопротивление, равное внутреннему сопротивлению самого вольтметра? Объясните.
10. Сопротивление школьного вольтметра 40 Ом, предел измерения 4 В. Можно ли переделать вольтметр так, чтобы им можно было измерять напряжения до 200 В? Если можно, то как? Объясните..
11. Почему нельзя допускать короткого замыкания аккумулятора с малым внутренним сопротивлением, например свинцового?

1. Напряжение между контактным проводом и землей (рельсами) в электрифицированной железной дороге 25 кВ. Какую работу совершают электрические силы в 1 с при токе в цепи электродвигателей поезда 1 А?
2. Электродвигатель троллейбуса питается током силой 200 А под напряжением 600 В. Определите мощность двигателя. Какую работу совершает двигатель за 5 ч? Ответ дайте в джоулях и киловатт/часах.
3. При помощи каких приборов и как можно проверить исправность счетчика электроэнергии? Объясните.
4. Мощность автомобильного стартера 5,9 кВт. Какой ток проходит через стартер во время запуска двигателя, если напряжение на его клеммах 12 В?
5. Краны, применяемые на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС, способны поднимать бадью массой 25 т со скоростью 2,6 м/с. Определите КПД крана, если электролебедка при подъеме такого груза развивает мощность 670 кВт.
6. При движении со скоростью 6,44 км/ч электродвигатель аккумуляторного рудничного электровоза развивает мощность 12 кВт. Определите силу тяги электровоза. В каком отношении эксплуатация такого локомотива в рудниках выгоднее, чем других видов транспорта?
7. Запас хода одного из первых электромобилей 80 км, наибольшая скорость движения 60 км/ч, при которой электродвигатель машины развивает мощность 23 кВт. Какое преимущество перед другими видами городского транспорта с двигателями внутреннего сгорания имеют электромобили?
8. Скоростной лифт массой 1600 кг поднимается со скоростью 1,0 м/с. Какова мощность электродвигателя, приводящего в движение лифт, если напряжение на его клеммах 380 В, а КПД двигателя 90%? Какова сила тока, потребляемая электродвигателем?
9. На электроды сварочного станка напряжение подают в зависимости от давления на них. Если давление электродов на деталь меньше, то напряжение между ними должно быть больше и наоборот. Чем можно это объяснить?
10. В двухлитровом электрическом чайнике мощностью 1000 Вт вода закипает за 20 мин, тогда как в чайнике мощностью 3 кВт это заняло бы 5 мин. Почему невыгодны маломощные приборы? Почему при пользовании такими приборами неизбежен перерасход электроэнергии?
11. Изменится ли мощность электроплитки, если ее нагревательный элемент, сделанный из нихрома, заменить фехралевым таких же размеров, что и у первого проводника? Если изменится, то как и во сколько раз?
12. Комнату размером 5x6x3 м обогревает электрический камин мощностью 2 кВт. За сколько времени температура в комнате повысится от 10 до 18 °С? Удельная теплоемкость воздуха 1,0. 103 Дж/(кг °С), его плотность 1,3 кг/м3.
13. В электрической печи, сопротивление спирали которой 10 Ом, нагревают 10 кг стальных деталей. До какой температуры нагреются за 20 мин детали, взятые при 0°С, если печь подключить в сеть напряжением 220 В, а ее КПД 30%?
14. Плавкий предохранитель рассчитан на силу тока 6 А. Можно ли при наличии такого предохранителя включить в сеть напряжением 220В потребитель энергии мощностью 2,4 кВт?
15. Когда телевизор подключают в сеть напряжением 220В, то вставляют предохранитель, рассчитанный на силу тока 3 А, а если напряжение сети - 127 В, то предохранитель вставляют на 5 А. Чем это объясняется?
16. На что указывает сильное нагревание выключателей, штепсельных розеток, вилок, клемм и другой электрической арматуры? Какие последствия может иметь это явление. Почему по правилам пожарной безопасности нельзя включать одновременно в сеть электроприборы с суммарной мощностью, превышающей расчетную для данной цепи? К чему это может привести?
17. Лампы накаливания изготавливают газонаполненными: колба лампы после откачки воздуха заполняется инертным (не поддерживающим горение) газом. Какое это имеет значение для удлинения срока эксплуатации лампы по сравнению с теми, в колбах которых создается только вакуум?

1. Почему магнитное поле катушки с током намного сильнее, чем поле одного ее витка? Приблизительно во сколько раз поле катушки, число витков которой равно 500, сильнее поля, создаваемого одним ее витком?
2. В чем преимущество электромагнитного реле, используемого для управления цепью большой мощности, по сравнению с рубильником, с помощью которого включают и выключают эту цепь?
3. В поддоне тракторного двигателя для слива масла имеется отверстие, в которое завинчивается намагниченная пробка. Каково ее назначение?
4. Придумайте приспособление, позволяющее космонавту шагать в условиях невесомости, например, по полу или стенке орбитальной станции.
5. Какое устройство обеспечивает автоматическую перемену направления тока в витках обмотки якоря в электродвигателе постоянного тока?
6. Вентилятор пылесоса приводится в движение электродвигателем, подобным по устройству двигателю постоянного тока, хотя пылесос питается от сети переменного тока, который изменяет свое направление 50 раз в секунду. В пылесосе нет устройства, преобразующего переменный ток в постоянный. Подумайте, каким образом двигатель пылесоса может работать на переменном токе.
7. Двигатели некоторых мотороллеров запускают при помощи аккумулятора, хотя у них нет специальных стартеров, как у автомобиля. Как это должно осуществляться?
8. В гидроаккумулирующих электростанциях электрическая машина должна действовать не только как генератор, но и работать в режиме насоса. Роль какой электрической машины должен выполнять генератор в этом случае? Какой ток должен вырабатывать генератор, чтобы легче это было осуществить?
9. Почему в магнитогазодинамическом (МГД) генераторе к продуктам сгорания добавляют пары металлов, например калия и цезия, атомы которых легко освобождают свои электроны?
10. На каждый выработанный киловатт-час электроэнергии на тепловых электростанциях в 1975 г. расходовалось 341 г топлива. Определите по этим данным КПД тепловых электростанций.

1. Горбунова О.И., Зайцева А.М., Красников С.Н. задачник практикум по общей физике/Оптика. Атомная физика - М.: Просвещение, 1977 - 111 с.
2. Горбунова О.И., Зайцева А.М., Красников С.Н. задачник практикум по общей физике/Термодинамика и молекулярная физика - М.: Просвещение, 1978 - 111 с.
3. Кикоин А.К., Шамаш С.Я., Эвенчик Э.Е. Механические колебания и волны. - М.: Просвещение, 1986 - 32 с.
4. Коган Б.Ю. Сто задач по электричеству. М.: Наука, 1976. - 63 с.
5. Ланге В.Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку. М.: Наука, 1984. - 126 с.
6. Любимов С.М., Новиков К.В. знакомимся с электрическими цепями. М.: Наука, 1972. - 66 с.
7. Меледин Г.В. Физика в задачах. М.: Наука, 1985. - 213 с.
8. Низамов И.М. Задачи по физике с техническим содержанием. М.: Просвещение, 1980. - 96 с.
9. Родина Н.А. Световые явления. Низамов И.М. Задачи по физике с техническим содержанием. М.: Просвещение, 1986. - 33 с.
10. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. М.: Наука, 1982. - 271 с.
11. Терентьев М.М. демонстрационный эксперимент по физике в проблемном обучении. М.: Просвещение, 1978. - 103 с.
12. Тульчинский М.Е. Сборник качественных задач по физике. М.: Просвещение, 1986. - 235 с.

1. Физические явления в сварке.
2. Теплофизические процессы резания материалов.
3. Физические основы пайки.
4. Физические процессы при обработке материалов давлением.
5. Физика автомобиля.
6. Законы физики в электрооборудовании автомобиля.
7. Термодинамические процессы в двигателе внутреннего сгорания.
8. Физические основы строительных материалов.
9. Физика теплогазоснабжения.
10. Физические основы промышленной вентиляции.
11. Физика процесса автоматизации производства.
12. Физические основы электромашиностроения
13. Физика в электронике.
14. Физика упрочнения материалов.
15. Физика контрольно-измерительной аппаратуры.
16. Физические основы безопасного движения автотранспорта.
17. Физика в электроосвещении.
18. Физические основы экономичности электроснабжения.
19. Физические основы автородео.

1. Изучение кинематики привода спидометра автомобиля.
2. Изучение кинематики привода щеток стеклоочистителя автомобиля.
3. Изучение кинематики стеклоподъемника дверей автомобиля.
4. Исследование динамики процесса резания материалов.
5. Определение динамических характеристик автомобиля «Жигули».
6. Изучение физических основ процесса балансировки автомобильных колес.
7. Исследование зависимости тормозного пути автомобиля от скорости его движения и качества дорожного покрытия.
8. Выбор мощности двигателя автомобиля в зависимости от заданных динамических качеств.
9. Физические основы конструкции электроизмерительных приборов.
10. Изучение перехода от макета мостиковых электроизмерительных цепей к приборам промышленного типа.
11. Изучение использования различных способов соединения потребителей тока в электрооборудовании автомобиля.
12. Изучение использования явления электромагнитной индукции в конструкции катушки зажигания автомобиля.
13. Физические основы устройства и действия автомобильного стартера.
14. Изучение схемы подзарядки аккумуляторной батареи автомобиля.
15. Изучение принципа устройства и действия датчика температуры двигателя автомобиля.
16. Изучение принципа устройства и действия датчика давления в двигателе автомобиля.
17. Изучение принципа устройства и действия датчика уровня бензина в баке автомобиля.
18. Изучение физических основ устройства и действия реле сигнала поворота автомобиля.
19. Исследование физических процессов в сварочной дуге.
20. Исследование явления смачивания в процессе пайки.

Таблица 1

1. Алферов А. В. В мире умных машин. М., 1989.
2. Билимович Б.Ф. Законы механики в технике: Пособие, М.:Просвещение,1975. – 175 с.
3. Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Просвещение, 1973, 192 с.
4. Глазунов А. Г.Техника в курсе физики средней школы. М., 1977.
5. Гнедина Т.Физика и современное производство. М., 1982.
6. Енохович А. С. Справочник по физике и технике. М., 1989.
7. Прохоров А. Инженер учиться у природы. – М.: Изд-во «Знание», 1967, 126 с.
8. Толанский С. Оптические иллюзии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1967.- 27 с., ил.
9. Физика и научно-технический прогресс /Под ред. А. Т. Глазунова, В.Г.Разумовского, В. А. Фабриканта М., 1988.
10. Хилькевич С. С. Физика вокруг нас. М., 1985.
11. Холден А. Что такое ФТТ: (Основы соврем. физики твердого тела). Пер. с англ. - М.: Мир, 1971. -271 с., ил.- (В мире науки и техники).
12. Хорбенко И.Г За пределами слышимого.-М.: Машиностроение, 1986, 208 с.
13. Холян А.М., Рудницкий М.П. Введение в инженерное исследование.-Свердловск: УПИ, 1984 – 92 с.
14. Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. беседы о преломлении света. - /Библ «Квант», вып 18/М.: Наука, 175 с.

1. Барщевский Б.У. Квантово-оптические явления. – М.: Высш.школа, 1980. – 134 с.
2. Компанеец А.С. Курс теоретической физики. Т.1, 2. - М. Просвещение. – 1975. – 480 с.
3. Копылов Г.И. Всего лишь кинематика /Библ. «Квант». Вып. 11. -М.: Наука, 1981. – 175 с.
4. Путилов К.А. Курс физики. Т.1,2 М.: Физматгиз – 559 с.
5. Поль Р.В. Мехника, акустика и учение о теплоте. – М. Наука, 1981 – 480 с.
6. Элиот Л., Уилкокс У. Физика. М. Наука, 1981 – 808 с.
7. Фейнман Р. Характер физических законов. /Библ. «Квант». Вып. 62. – М.: Наука, 1987. – 159 с.
8. Блудов М. И., Беседы по физике. М.: «Просвещение», 1984, кн. 1 и 2. – 207 с.
9. Григорьев В. И., Мякишев Г.Я. Силы в природе. – М.: «Наука», 1966.- 113 с.
10. Ландау Л. Д., Китайгородский А. И., Физика для всех. Движение, теплота, «Наука», 1965. Маковецкий П. В., Смотри в корень!, М.:«Наука», 1966. – 247 с.
11. Низамов И.М. Задачи по физике с техническим содержанием. – М: Просвещение, 1980 – 95 с.
12. Орир Дж. Популярная физика. – М.: «Мир», 1966. – 321 с.
13. Щукин В. К. Теплообмен в природе и технике. М.: «Наука», 1965. – 236 с.
14. Артамонов И. Д. Иллюзии зрения. – М.: Физматгиз, 1964. - 196 с.
15. Вавилов С.И. Глаз и Солнце. – М.: Изд-во АН СССР, 1956. – 274 с.
16. Миннарт М. Свет и цвет в природе - М.: Физматгиз, 1959. - 252 с.
17. Слюсарев Г.Г. О возможном и невозможном в оптике М.: Физматгиз, 1960. – 193 с.
18. Суворов С. Г.,О чем рассказывает свет. М.: Воениздат, 1963. – 169 с.
19. Шаронов В. В., Свет и цвет, Физматгиз, 1961.- 155 с.
20. Басов Н. Г., Афанасьев Ю. В. Световое чудо века. М., 1984.
21. Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Ракеты будущего. М.:Атомиздат, 1980. 180 с., ил.
22. Глюк И. И. И все это делают зеркала: Пер с англ. - М.: Мир, 1971.- 91 с., ил.
23. «Звездные войны». Иллюзии и опасности. М.: Наука, 1985.
24. Левитский С. М., Сигаловский Д. Ю. Работают электронные и ионные лучи. Киев, 1987.
25. Моисеев Н. Н. Слово о научно-технической революции. М., 1985.
26. Научно-технический прогресс и эффективность сельскохозяйственного производства / Под ред. А. М. Емельянова. М., 1985.
27. Никитин Д. П., Новиков Ю. В., Зарубин Г. П. Научно-технический прогресс, природа и человек. М., 1977.
28. Пинский А. А., Граковский Г. Ю. Физика с основами электротехники. М., 1985.
29. Резников 3. М. Прикладная физика. М., 1989.
30. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. М.,1986. Т.1,Т. 2.

Введение…………………………………………………………………...3

1.1 Тематический план…………………………………………………...4

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО СПЕКУРСУ «ИЗБРАННЫЕ ВОПРОСЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ»…………………………….32

2.1 Определение удельного заряда электрона ………………………..32

2.2 Изучение газового гелий-неонового лазера ………………………36

2.3 Исследование полупроводниковых диодов ……………………...41

2.4 Определение ширины запрещенной зоны полупроводника …….45

2.5 Изучение счетчика Гейгера-Мюллера …………………………….49

2.6 Определение энергии альфа-частиц по пробегу в воздухе ………53

2.7 Определение энергии гамма-излучения методом поглощения ….56

3. МАТЕРИАЛЫ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ………………...59

3.1 Первоначальные сведения о строении вещества …………………59

3.2 Движение и силы ……………………………………………………60

3.3 Давление жидкостей и газов (гидро- и аэростатика) ……………..64

3.4 Работа и мощность, энергия ……………………………………….68

3.5 Электричество……………………………………………………….76

3.6 Электромагнитные явления ………………………………………..81

4. МАТЕРИАЛЫ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ83

4.1 Примерный перечень тем сообщений, способствующих связи курса физики с техникой и технологией ……………………………...85 4.2 Задания для НИРС, курсовых и дипломных работ ………………86 4.3 Календарный график(1 рейтинг) ………………………………….88 4.4 Календарный график (2 рейтинг) ………………………………...89 Рекомендуемая литература ……...…………………………………….92

Контрольная работа по теме «Первоначальные сведения о строении вещества».

Вариант 1

Часть 1.

А1. Мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества, называются…

А. Атомами Б. Молекулами В. Ионами

А2 . Молекулы различных веществ…

В. Однозначного ответа дать нельзя.

А3. При нагревании объём тела…

А. Не изменяется Б. Увеличивается В. Уменьшается

А4. В каких состояниях вещества может происходить процесс диффузии?

А. Только в газах Б. В жидкостях и газах

В. В газах, жидкостях и твердых телах.

А5. Какие из указанных свойств, принадлежат жидкостям?

А. Имеют собственную форму Б. Сохраняют объём

А6. Как расположены молекулы твердых тел?

А7. В каком состоянии может находиться воздух?

А. Только в газообразном Б. Только в жидком

Часть 2.

В1. Измениться ли расстояние, которое проходит молекула газа от одного столкновения до другого, если из баллона, в котором находится газ, выпустить некоторое его количество?

В2. В горячей воде сахар растворяется быстрее, чем в холодной. Почему?

Часть 3.

С1. Чтобы разорвать кусок проволоки, требуется значительное усилие. Однако если раскалить проволоку в пламени горелки, то разорвать ее намного легче. Почему?

Вариант 2

А1. Молекулы одного и того же вещества…

А. Не отличаются друг от друга Б. Отличаются друг от друга

В. Зависит от состояния вещества.

А2. При охлаждении объём тела…

А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Не изменяется

А3. Как зависит процесс диффузии от температуры?

А. Процесс ускоряется с ростом температуры

Б. Процесс замедляется с ростом температуры

В. Процесс не зависит от изменения температуры.

А4. Какие из указанных свойств, принадлежат газам?

А. Имеют собственную форму. Б. Сохраняют объём

В. Не имеют собственной формы и объёма

А5. Как расположены молекулы жидкостей?

А. На большом расстоянии друг от друга

Б. Не расходятся на большие расстояния

В. Расположены в определенном порядке.

А6. В каком состоянии может находиться сталь?

А. Только в твердом Б. Только в жидком

В. В твердом, жидком и газообразном.

А7. Лед растаял и превратился в воду. Изменились ли сами молекулы льда?

А. Нет, не изменились. Б. Да, изменились. В. Нет определенного ответа.

Часть 2.

В1. Капля нефти растекается по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Какой может быть наименьшая толщина этой пленки?

В2. Одинаково ли натягивают провода линии электропередач при их подвешивании летом и зимой?

Часть 3.

С1. Почему трудно снять с ноги мокрый чулок или носок?

Ответы.

Контрольная работа по теме «Взаимодействие тел».

Вариант 1

Часть 1.

А1. Какое из перечисленных движений равномерное?

А. Движение Земли вокруг своей оси. Б. Движение маятника в часах.

В. Движение автомобиля при разгоне.

А2. Какова траектория лыжника, прыгающего с трамплина?

А. Прямая линия Б. Кривая линия В. Окружность

А3. Какое из приведенных ниже выражений позволяет рассчитать пройденный путь при равномерном движении?

А. s=v/t Б. s=vt В. s=t/v

А4. Мотоциклист движется со скоростью 72км/ч, а автобус со скоростью 20м/с. Какое из этих тел движется с большей скоростью?

А. Автобус Б. Мотоциклист В. Движутся одинаково.

А5. Изменится ли скорость движения тела, если действие других тел на него прекратится?

А. Не изменится. Б. Увеличится. В. Уменьшится.

А6. Плотность вещества показывает…

А. Чему равна масса вещества в объёме 1м 3 .

Б. Чему равен объём 1кг вещества.

В. Чему равна масса вещества в объёме 1л.

А7. Весы уравновесили, расположив на одной чаше весов тело, а на другой - весь набор гирь, изображенных на рисунке. Масса тела равна....

А. 10,99г Б. 11,09г В. 11,90г