Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

физика практика

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
1.63 Mб
Скачать

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ФИЗИКА

чл. МЕХАНИКА

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

СанктПетербург

2009

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Кафедра физики

ФИЗИКА

Ч.l. МЕХАНИКА

Индивидуальные задания и методические указания для самостоятельной работы студентов

Санкт-Петербург

2009

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

УДК 53 (075.8)

Физика.Ч.1. Механика. Индивидуальные задания и методические указания для самостоятельной работы студентов/сост. доц. В.М. Максимов, доц.м.н.полянский, доц. С.А. Поржецкий, доц. В.О. Кабанов; под ред. проф. П.М.Валова, доц. В.М.Максимова/ГОУВПО СПБГТУ РП.- СПб.,2009. - 44 с.

Методические указания предназначены для студентов дневного и вечернего отделений всех специальностей, изучающих физику. Содержат 1О заданий по разделу «Механика». Каждая тема включает 100 вариантов заданий, что позволяет активизировать самостоятельную работу студентов.

Рецензент; доцент кафедры физики СПб ГТУ РП, канд. хим. наук Козырев В.К.

Подготовлены и рекомендованы к печати кафедрой физики

Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров (протокол NQ 3 от 6 ноября

2009 г.).

Утверждены к изданию учебно-методической комиссией по вечернему и заочному обучению СПб ГТУ РП(протокол NQ 3 от 16 ноября 2009 г.).

© ГОУВПО Санкт-Петербургский государственный технологический

университет растительных

полимеров, 2009

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Задание выполняется в отдельной тетради, каждая задача начинается с новой страницы. На обложке тетради указывается фамилия студента, номер учебной группы и номер варианта задания (дается преподавателем).

Студент выполняет по одной задаче из каждой темы. Вторая цифра варианта указывает номер задачи, а

первая цифра - номер условия данной задачи в таблице.

Текст условия задачи

должен быть отредактирован в

соответствии с конкретным вариантом и содержать все численные

данные.

В темах 3, 6, 7. 8 номер задачи указывает номер данных из

таблицы 1, номер условияиз таблицы 2.

В темах 3, и 6 по

указанию преподавателя выполняется вариант А или Б.

Если наименования величин не указаны, то они даны в системе СИ.

Все необходимые графики и чертежи выполняются точно в выбранном масштабе.

Решение должно быть полным. Задача должна быть, как правило, решена в общем виде с последующими числовыми расчетами. При защите задания студенту необходимо уметь объяснить решение любой задачи, знать и понимать физические законы, знать определения и свойства физических величин,

которыми он пользовался.

3

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ТЕМА 1. ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Кривая, описываемая телом при движении, называется траекторией. Если траектория прямая, то движение прямолинейное. Положение тела на прямой в момент времени t определяется координатой X(t). Пройденный путь L1 S легко найти, зная координаты тела в начальный и конечный моменты времени 11 и 12'

L1 S = Х2 -Х].

Скоростьэто путь, пройденный за единицу времени.

Средняя скорость равна:

~S

Х

- Х

V

=_=

2

1

ер

~I

12 - 11

Мгновенная скорость - это предел средней скорости при ~ 1 ~ О Она равна производной от пути или координаты по

времени:

А

d

V = liт

_L-l_S = ~

 

~ t

dt

~t ~ о

Ускорение - это изменение скорости за единицу времени.

Среднее ускорение равно:

~V V2-~

а=--=--=-~

ер

~t

t

- t

 

 

2

1

Мгновенное ускорение:

a=lim ~V = dV

~t dt

I1t ~ О

Задание 1.1 Движение тела вдоль прямой описывается уравнением

х я-нг-сг-о>. От момента времени 1] до 12 тело проходит

путь s. Средняя скорость и среднее ускорение на этом интервале

Vs и as V], а], V2 , а2 - скорость и ускорение в моменты

времени 1] и 12. Данные берутся из табл. 1 (номер задачи) и табл.

4

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

2 (номер варианта условия) . Найти путь s и все скорости и ускорения (кроме заданных).

Таблица 1

 

Физ.

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

велич.

О

1

 

2

 

3

 

4

 

5

б

7

 

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

 

0,7

 

0,5

 

1,5

 

2,0

 

1,2

 

О,б

1,7

2,2

 

1,0

1,4

 

 

 

А

2

 

1

 

0,5

 

2,5

 

3,0

 

1,5

,5

0,8

 

0,4

1,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

-

 

-

 

0,7

 

-

 

-

 

1,2

-

-

 

,5

1,0

 

 

 

V1

0,8

 

-

 

-

 

1,5

 

0,5

 

-

-

1,2

 

-

-

 

 

 

V2

0,2

 

,4

4,0

 

-

 

-

 

О,б

8,0

-

 

-

3,0

 

 

 

Vs

-

 

0,3

 

-

 

2,0

 

5,0

 

0,8

4,0

7,0

 

б,О

4,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

Физ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

велич.

 

О

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

б

7

 

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2

 

7.0

 

11.0

 

б.О

 

8.0

 

10.0

 

7.5

9.0

8.5

 

10.5

б.5

 

 

 

С

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

-

-

 

-

-

 

 

 

D

 

-

 

0,02

 

-

 

-

 

-

 

-

-

0,02

 

-

-

 

 

 

а1

 

-

 

-

 

-

 

0,2

 

-

 

,3

-

-

 

0.5

-

 

 

 

а2

 

-

 

-

 

0.8

 

-

 

1,2

 

-

-

-

 

-

0,5

 

 

 

Qs

 

-1,0

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

1,5

-

 

-

-

 

 

 

 

 

ТЕМА 2.

КРИВОЛИНЕЙНОЕДВИЖЕНИЕ

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Положение точки на плоскости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и в пространстве может быть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

задано радиус-вектором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r (1) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор, проведенный из начальной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точки

в

конечную,

называется

"""'----

 

 

 

 

 

 

 

х ......

вектором перемещения.

 

 

 

5

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Скорость - это производная от радиусвектора по времени.

V == dF

dt

Вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории и по величине равен пути, пройденному телом за единицу времени.

Движение точки можно описать,

задавая координаты точки X(t)

и Y(t) (проекции радиус вектора

 

на оси Х и

J). Тогда

проекции вектора скорости:

 

dx

dy

 

 

 

 

 

 

V==-,Vy

dt

 

 

 

Х

dt

Величина скорости:

 

 

 

 

 

 

v =~V2 +V 2

 

 

 

 

 

х

 

У

 

Ускорение - это изменение вектора скорости за единицу времени:

--+ dv

_ dvx

 

dv

й=-

ах - - ,

Q ==--у.

dt '

dt

у

dt

Изменение величины скорости даёт составляющую

ускорения, направленную

по касательной,

эта

составляющая

называется

ускорением

тангенциальным

dv

Q = -

r dt

Изменение направления скорости дает

составляющую ускорения, направленную

перпендикулярно к касательной, назы-

ваемую нормальным ускорением а.:

v2

аn ==-, где R - радиус кривизны R траектории. Полное

ускорение равно векторной сумме

нормального и тангенциального

ускорения:

6

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Для прямолинейного движения R = со , а; = О, а = аr • При нахождении тангенциального ускорения можно использовать

скалярное произведение векторов скорости и ускорения:

(v-G)==v-a r ==vxax +vyay.

При описании вращательного движения твердого тела

используют угол поворота ер, угловую скорость из=dep/dt и угловое ускорение c=dw/dt. Угловые величины одинаковы для

всех точек вращающегося тела. Зная расстояние r точки от оси вращения, можно найти линейные величины: S ер ·r, V=W ·r ,

аr = е -п , а; = из

2 ·r.

 

 

 

ЗАДАЧИ к ТЕМЕ 2

 

2.1. Твердое тело вращается

с угловым ускорением

е и

начальной угловой скоростью

0)0. Через время t после начала

вращения вектор полного ускорения точки тела, находящейся на

расстоянии R от оси, составляет угол а с направлением скорости.

~ и (J)t

 

- линейная и угловая скорость в этот момент времени. а,

а; , аr

- полное, нормальное и тангенциальное ускорения в этот

момент времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физ.

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

велич.

 

О

1

2

3

4

5

б

7

8

9

 

 

 

 

то

 

-

0,2

-

0,3

0,2

0,4

-

0,1

0,12

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

2

3

-

-

3

5

-

-

2

1,5

 

е

 

0,04

-

-

0,1

-

-

-

-

-

0,1

 

а

 

450

700

300

БОа

-

450

300

О

-

БОа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(J)t

 

-

-

-

-

0,5

-

-

0,8

0,2

-

 

R

 

-

-

5

-

-

-

2

-

-

-

 

аn

 

-

-

0,8

-

-

-

l,б

-

-

-

 

Найти

 

то

(J)t

е

t

а

(J)t

е

t

а

то

7

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

2.2. Точка движется по кривой так, что ее координаты на

плоскости описываются уравнениями: Х = А] + В ]t+ С] tЗ, У = А 2+ В2 (+ С2 (2

Найдите перемещение точки за время от О до t, а также скорость,

полное, нормальное и тангенциальное ускорения точки в момент

времени t.

Физ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

велич.

 

 

О

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

 

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

4,0

 

5,0

 

2,0

 

3,0

 

5,0

 

3,0

 

2,0

 

 

4,0

6,0

7,0

 

 

А]

 

2,0

 

1,0

 

3,0

 

3,0

 

2,0

 

1,0

 

2,0

 

 

5,0

4,0

3,5

 

 

В]

 

0,3

 

0,2

 

0,5

 

0,8

 

0,1

 

,2

 

1,5

 

 

2

 

,1

 

,1

 

 

С]

 

0,01

 

0,01

 

0,1

 

0,1

 

0,02

 

0,02

 

0,25

 

 

,1

0,01

0,02

 

 

А2

 

1

 

2

 

2

 

2

 

3

 

2

 

5

 

 

3

2,5

2

 

 

В2

 

0,2

 

0,4

 

0,3

 

,5

 

0,5

 

0,3

 

-2

0,75

0,3

 

,2

 

 

С2

 

0,02

 

0,4

 

0,8

 

1,0

 

 

,4

0,05

 

2

 

 

1,5

0,5

0,04

 

2.3. Точка движется по окружности радиуса R так, что величина

 

скорости точки изменяется по закону: V = At + Bt2

 

 

 

 

 

 

В момент времени

 

t полное ускорение равно

 

а,

нормальное и

 

тангенциальное а;

 

и

 

ат

соответственно.

а

-

угол между

 

векторами полного ускорения и скорости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

велич.

 

О

 

1

 

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

5

 

6

 

 

7

 

8

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

1,0

 

1,0

 

-

 

 

,1,0

 

 

0,5

 

 

-

 

0,5

 

 

2,0

 

0,4

 

2,0

 

 

В

 

0,2

 

0,5

 

-

 

 

2

 

 

0,25

 

-

 

1

 

 

 

1

 

0,2

 

0,5

 

 

t

 

-

 

 

2,0

 

2,0

 

1,0

 

-

 

 

1,0

 

-

 

 

4,0

 

-

 

2,0

 

 

а

 

3,5

 

5

 

 

5

 

 

6

 

 

-

 

 

10

 

8

 

 

 

-

 

10

 

-

 

 

ат

 

3

 

 

-

 

 

4

 

 

-

 

 

3

 

 

-

 

-

 

 

 

-

 

-

 

-

 

 

а

 

-

 

 

-

 

 

-

 

 

-

 

 

-

 

 

30 о

45u

 

 

 

-

 

60u

 

-

 

 

R

 

-

 

 

4

 

 

10

 

 

-

 

 

10

 

 

5

 

-

 

 

50

 

-

 

10

 

 

Найти

(, R

 

а.а;

 

А,В

 

a,R

 

а, t

 

А,В

(, R

 

 

а,

а

 

(, R

 

а.;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

2.4. Точка вращается по окружности радиуса

R

с

угловой

скоростью:

т

=

то + А·

r . в момент времени t

угловое

ускорение точки

е , линейная скорость V,

полное,

нормальное

и

тангенциальное

ускорение а,

а.;

а,. угол между

ускорением

и скоростью равен

а.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вел.

 

О

 

 

 

1

2

 

3

 

 

4

5

 

 

6

 

 

7

 

 

 

8

 

 

9

 

 

 

 

 

 

то

-

 

 

 

-

-

 

-

 

 

0,2

-

 

 

-

 

 

-

 

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

 

 

А

0,02

 

0,03

0,04

 

0,02

 

0,01

-

 

 

0,05

0,03

 

-

 

 

0,05

 

 

 

 

 

 

t

-

 

 

 

4

5

 

10

 

5

6

 

 

-

 

 

4

 

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

I

R

2

 

 

 

-

5

 

-

 

 

3

2

 

 

2

 

 

-

 

 

 

2

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

-

 

 

 

-

-

 

6

 

 

-

-

 

 

-

 

 

4

 

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

 

 

а

1

 

 

 

2

3

 

-

 

 

-

1,5

 

4

 

-

 

 

 

5

 

 

4

 

 

 

 

 

 

аn

-

 

1,5

-

 

-

 

 

-

-

 

 

-

 

-

 

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

 

 

а,

-

 

 

 

-

-

 

0,8

 

-

-

 

 

-

 

-

 

 

 

-

 

 

3

 

 

 

 

 

 

а

60

 

 

 

-

-

 

-

 

 

-

60

 

 

30

 

45

 

 

60

 

 

-

 

 

 

 

 

 

Найти

 

т,

 

 

R,

~

 

OJо,

 

 

 

а,

OJо,

 

 

[,

 

 

а,

 

 

~

 

 

[,

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

е

а

 

R

 

 

 

а

А

 

 

OJо

 

R

 

 

&

 

 

R

 

 

 

2.5. Угловая скорость маховика зависит от времени t

согласно

уравнению: m=A·t + В·r.

Для точки маховика, находящейся на

расстоянии R от оси , найти

скорость, полное, тангенциальное и

нормальное ускорение в момент времени

[.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

велич.

 

О

 

 

 

1

 

2

 

 

 

3

 

 

4

 

 

5

 

6

 

 

 

7

 

 

8

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

0,5

 

 

 

0,6

 

0,7

 

 

0,2

 

0,8

 

1,0

 

1,2

 

0,6

 

 

0,4

 

 

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

0,1

 

 

 

,1

 

0,2

 

 

0,1

 

0,2

,2

 

0,5

 

0,4

 

 

0,1

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

0,2

 

 

 

0,1

 

0,15

 

0,3

 

0,2

 

0,1

 

0,12

 

0,14

 

 

0,25

 

 

0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

2,0

 

 

 

2,5

 

1,4

 

3,0

 

2,0

 

0,7

 

0,8

 

1,0

 

 

2,0

 

 

4,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9