Карусель Садикова (закон сохранения момента импульса)
Имеются два диска, которые могут вращаться внутри подвижной рамы. Зафиксируем раму и раскрутим диски в одном направлении. При соприкосновении дисков они тормозятся, а рама приходит во вращение в том же направлении. Если раскрутить диски в противоположных направлениях, то после остановки дисков рама останется в покое.
Прецессия гироскопа
Если гироскоп неподвижен, то перегрузок, подвешенный на рычаге, соединённом с гироскопом, под действием момента силы тяжести опускается вниз, а гироскоп поднимается вверх.
Если же гироскоп разогнать до скорости в несколько тысяч оборотов в минуту, то под действием момента силы тяжести перегрузка начинается прецессия гироскопа, причём скорость прецессии пропорциональна моменту силы тяжести перегрузка.
Прецессия гироскопа на подставке
Если неподвижный гироскоп разместить на подставке, то он падает вниз. Раскрутим гироскоп до некоторой угловой скорости и вновь поставим его на под-
ставку так, чтобы его ось вращения была вертикальна. Под действием момента сил тяжести гироскоп начинает прецессионное движение, не обнаруживая стремления упасть вниз. Скорость прецессии тем больше, чем больше момент силы тяжести.
Скамья Жуковского (закон сохранения момента импульса)
Скамья Жуковского представляет собой горизонтальную круглую платформу, свободно вращающуюся вокруг вертикальной оси. Эта установка служит для демонстрации закона сохранения момента импульса.
Человек стоит на скамье с широко разведёнными руками. Раскрутим его до некоторой угловой скорости. Если свести руки вместе, то момент инерции человека уменьша-
тележки. Под действием той же пружины тележка набирает гораздо меньшую скорость и проходит тот же путь S за гораздо большее время t'. Очевидно, что темп набора скорости, т. е. ускорение, обратно пропорционально инертности тела, т. е. его массе.
Сила – это мера взаимодействия тела с окружающими объектами (в т. ч. полями). Рассмотрим движение одной и той же тележки под действием разных пружин. Если упругость пружины мала, то ускорение тележки мало и путь S она проходит за достаточно большое время t. Под действием жёсткой пружины она набирает большую скорость и тот же путь проходит за меньшее время. Следовательно, ускорение тела про-
порционально силе, действующей на это тело.
Обрыв нити у висящего шара
Тяжёлый шар висит на нити. Если медленно тянуть за нить, привязанную снизу, то обрывается верхняя нить. Если резко дёрнуть за нижнюю нить, то оборвётся нижняя нить.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Сцепление свинцовых цилиндров
Между молекулами существует притяжение. Если торцы свинцовых цилиндров хорошо зачистить и быстро сжать, то благодаря молекулярному взаимодействию цилиндры слипаются. Причём силы взаимодействия столь велики, что разорвать цилиндры можно, только подвесив к ним достаточно большой груз.
Критические состояния эфира
В запаянной колбе находится некоторое количество эфира. Над поверхностью жидкого эфира находится насыщенный пар. При нагревании колбы плотность насыщенных паров возрастает, а плотность жидкости из-за её расширения уменьшается. При достижении критической температуры стирается грань между жидкой и газообразной фазой. При этом исчезает мениск, разделяющий жидкость и пар-газ. Так как это состояние неустойчивое, то происходит непрерывный процесс перехода из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Это сопровождается явлением опалесценции.
Внутреннее трение в воздухе
Над диском, укреплённом на центробежной машине, на расстоянии 2 см подвешивают ещё один картонный диск. С помощью мотора нижний диск приводят во вращение. Верхний диск также начинает вращаться.
Нагревание воздуха при адиабатном состоянии
Адиабатным называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. Любой быстро протекающий процесс приближённо можно считать адиабатным.
Если в цилиндр поместить кусочек ваты, смоченной эфиром, то при быстром сжатии пары эфира самовозгораются.
ВОПРОСЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ по курсу физики, I семестр ИЭЭ, группы Э6-10-07
1.Пространство и время. Свойства пространства-времени. Система отсчёта. Законы сохранения в механике.
2.Способы описания движения материальной точки. Системы координат.
3.Кинематика материальной точки. Кинематические параметры. Закон движения.
4.Кинематика криволинейного движения материальной точки. Нормальное и тангенциальное ускорения.
5.Абсолютно твёрдое тело. Виды движения абсолютно твёрдого тела. Угловые кинематические параметры, их связь с линейными.
6.Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Сила.
7.Центр масс механической системы. Теорема о движении центра масс.
8.Импульс материальной точки и механической системы. Закон сохранения импульса.
9.Основное уравнение динамики вращательного движения твёрдого тела относительно неподвижной оси. Момент силы.
10.Момент инерции тела относительно оси. Расчёт моментов инерции тел простейшей формы. Теорема Штейнера.
11.Момент импульса материальной точки, механической системы относительно точки, оси. Момент импульса твёрдого тела относительно оси. Закон сохранения момента импульса. Условия сохранения момента импульса механической системы относительно оси.
12.Закон сохранения импульса. Условия сохранения импульса механической системы.
13.Кинетическая энергия материальной точки, механической системы. Кинетическая энергия вращательного движения твёрдого тела относительно оси.
14.Кинетическая энергия сложного движения (теорема Кёнига). Теорема об изменении кинетической энергии.
15.Работа. Мощность. Работа при вращательном движении твёрдого тела. 16.Потенциальные поля и силы. Потенциальная энергия материальной
точки. Потенциальная энергия системы тел.
17.Закон сохранения и изменения механической энергии. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удар.
18.Свободные незатухающие колебания.
19.Математический и физический маятники.
20.Свободные затухающие колебания.
21.Вынужденные колебания. Резонанс.
22.Волны. Уравнение бегущей волны. Волновое уравнение. 23.Гармоническая волна. Параметры гармонической волны.
24.Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.
25.Следствия из преобразований Галилея: абсолютность одновременности, инвариантность длины отрезка, инвариантность интервала времени, классический закон сложения скоростей, инвариантность ускорения, инвариантность массы и силы.
26.Специальная теория относительности. 4-пространство. Преобразования Лоренца.
27.Инвариантность интервала. Релятивистский закон сложения скоростей. 28.Сокращение длины движущегося отрезка (лоренцево сокращение). За-
медление темпа хода движущихся часов. 29.Релятивистский импульс. Вектор энергии-импульса.
30.Кинетическая энергия в релятивистской механике. Взаимосвязь массы и энергии.
31.Термодинамическая система. Микро- и макросостояния. Статистический и термодинамический методы исследования.
32.Постулаты МКТ. Взаимодействие молекул. Молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры.
33.Термодинамические параметры. Термодинамическое равновесие. Термодинамические процессы: равновесные и неравновесные. Уравнение состояния.
34.Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. 35.Основное уравнение МКТ.
36.Внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа. Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы.
37.Работа в термодинамике. Количество теплоты. Теплоёмкость. Зависимость теплоёмкости газа от температуры.
38.I начало термодинамики. Применение I начала термодинамики к изопроцессам идеального газа.
39.Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.
40.Политропный процесс идеального газа.
41.Тепловая машина. КПД. Холодильная машина.
42.Цикл Карно. Теоремы Карно.
43.Неравенство Клаузиуса. Энтропия. Изменение энтропии в термодинамических процессах.
44.Фазовое пространство. Статистический вес. Статистический смысл энтропии.
45.Статистические распределения. Свойства функции распределения.
46.Распределение молекул идеального газа по скоростям и кинетическим энергиям (распределение Максвелла).
47.Распределение молекул идеального газа по потенциальным энергиям (распределение Больцмана). Барометрическая формула. Распределение Максвелла-Больцмана.
48.Реальный газ Ван-дер-Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса.