Тематика лабораторного практикума

 

1. Определение линейных размеров.

2. Изменение удельного сопротивления резистивного провода.

3. Изучение физических принципов работы осциллографа.

4. Изучение статистических закономерностей естественного радиоактивного фона.

5. Исследование движения тел в поле тяжести на машине Атвуда.

6. Определение коэффициентов трения качения методом исследования колебаний наклонного маятника.

7. Определение реактивной силы и скорости истечения газовой струи.

8. Исследование столкновения шаров.

9. Определение скорости пули с помощью баллистического маятника.

10. Определение момента инерции твердого тела с помощью крутильного маятника.

11. Изучение законов вращательного движения с помощью маятника Обербека.

12. Изучение движения маятника Максвелла.

13. Изучение регулярной прецессии гироскопа.

14. Изучение стоячих волн в струне.

15. Изучение колебаний и измерение земного ускорения с помощью математического и оборотного маятников.

16. Изучение резонанса в механических колебаниях

17. Изучение связанных колебаний с двумя степенями свободы

18. Изучение гармонических колебаний на осциллографе.

 

Распределение лекционных, практических и самостоятельных занятий по часам

 

Наименование темы	Распределение часов
Лекции	Практика	Лаб. Раб.	Самост.   р
1 Кинематика материальной точки
2 Кинематика твердого тела
3 Преобразования Галилея
4 Постоянство скорости света
5 Преобразования Лоренца
6 Динамика материальной точки
7 Движение системы материальных точек
8 Законы сохранения
9 Неинерциальные системы отсчета
10 Динамика твердого тела
11 Движение при наличии трения
12 Динамика тел переменной массы
13 Столкновения
14 Движение в поле тяготения
15 Движение в электромагнитных полях
16 Колебательное движение
17 Деформации и напряжения в твердых телах
18 Механика жидкостей и газов
19 Элементы акустики     стикистики
Всего

 

Литература основная

1. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности Учебное пособие - М; Высшая школа, 1986.

2. Стрелков С.П. Механика. М.: Наука, 1975

3. Китель Ч., Найт У., Рудерман М. Механика. М.: Наука, 1983

4. Сборник задач по общему курсу физики. Механика. Под редакцией И.А.Яковлева. М.; Наука, 1977.

4. М.А.Никитин, С.В.Анферова. Физический практикум по механике. Калининград. Изд. Калининградского государственного университета, 2001.

5. М.А.Никитин, В.А.Бессонов, Ж.Ю.Нестерова. Обработка результатов физического эксперимента. Изд. Калининградского государственного университета, 2004.

 

Литература дополнительная

 

1.Савельев И.В. Курс общей физики Т1. Учебное пособие - М.; Наука, 1986.

2. Сивухин Д.В. Курс общей физики Т 1. Учебное пособие.- М.; Наука, 1989.

3. Общий физический практикум. Под редакцией А.Н.Матвеева и Д.В.Киселева. М.: Изд. Московского государственного университета, 1991.

4. Фейнман Р. и другие. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1977.

5. М.А.Никитин, Ж.Ю.Нестерова, Власова К.В.Власова. Основные понятия и тестовые задачи по механике. Практическое пособие. Изд. Российскогогосударственного университета им. И.Канта, 2006.

 

Вопросы к экзамену по курсу механика

I. Векторный и координатный способы описания движения мат. точки. Перемещение, скоростъ, ускорение.

2. Движение точки по окружности. Векторы угловой скорости и углового ускорения.

3. Описание произвольного криволинейного движения Радиус кривизны. Разложение вектора ускорения на нормальную и тангенциальную составляющие.

4. Силы и взаимодействия. Законы Ньютона

5. Моменты импульса и силы. Уравнение моментов для системы материальных точек.

6. Работа силы. Закон сохранения и взаимного превращения кинетической и потенциальной

энергии.

7. Потенциальная энергия гравитационного и кулоновского взаимодействия.

8. Движение планет, комет и искусственных спутников Земли.

9. Задача двух тел. Переход в систему центра масс.

10. Сила Лоренца. Движение заряда в постоянном во времени электрическом и магнитном поле. Магнитные зеркала.

11. Упругие и неупругие столкновения.

12. Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея и их инварианты.

13.Неинерциальные системы отсчета, движущиеся прямолинейно. Силы инерции. Невесомость.

14. Неинерциальная вращающаяся система координат. Кориолисово ускорение.

15. Системы материальных точек. Центр масс. Кинетическая энергия и момент импульса системы материальных точек.

16. Твердое тело. Уравнения, описывающие поступательное и вращательное движение твердого тела. Уравнения моментов.

17. Момент инерции твердого тела. Вычисление момента инерции относительно оси вращения для симметричных тел. Понятие о тензоре момента инерции.

18. Теорема Гюйгенса. Кинетическая энергия твердого тела, совершающего вращательное и поступательное движения.

19. Гироскопы. Регулярная прецессия.

20. Плоское движение твердого тела. Скатывание цилиндра с наклонной плоскости.

21. Анализ движения физического маятника и маятника Максвелла.

22. Движение тел переменной массы. Уравнение Мещерского и уравнение Циолковского.

23. Деформации в твердых телах.

24. Гармонические колебания Дифференциальное уравнение колебаний.

25. 3атухающие и вынужденные колебания Резонанс.

26. Продольные и поперечные волны. Волновое уравнение.

27. Энергия, переносимая волной в струне. Распределение смещений в бегущей волне. Стоячие волны

28. Природа звука. Высота, тембр и громкость звука. Эффект Доплера.

29. Постулаты Эйнштейна в специальной теории относительности.

30. Преобразования Лоренца в специальной теории относительности.

31. Закон сложения скоростей в теории относительности.

32. Эффекты замедления времени и сокращения длины.

32. Релятивистская масса. Релятивистские импульс и энергия.

33. Связь массы и энергии. Ядерные реакции.

34. Установившееся течение жидкости Закон Бернулли.

35. Вязкость жидкости. Формула Стокса и закон Пуазейля.

 

 

Вопросы для самопроверки знаний

 

В чем заключается трение?

Какие виды трения существуют?

Как объяснить появление силы трения качения?

Может ли сила трения скольжения быть меньше силы трения покоя?

Какую роль играют силы трения при катании на коньках?

Какая система называется замкнутой?

Что такое внутренняя энергия системы материальных точек?

Какое тело – меньшей или большей массы изменит свою кинетическую энергию при столкновении?

Зависит ли закон сохранения импульса от характера сил взаимодействующих тел?

 

Контрольные задачи

1. Шайбу массой m и радиусом г раскрутили до угловой скорости ω и опустили на шероховатую поверхность. Сколько оборотов сделает шайба до остановки, если коэффициент трения равен к?

 

2. Почему при увеличении угла прецессии волчка возрастает угловая скорость прецессии?

 

3. С какой скоростью влетит внутрь кольца частица массой m, если она начинает свое движение на бесконечности со скоростью V = 0? Масса кольца М. радиус R.

 

4. В Земле вблизи поверхности имеется большая каверна сферической формы радиуса R. Оценить на сколько понизится орбита спутника при пролете над каверной, если без учета каверны орбита круговая с радиусом г?.

 

5. Нейтрон замедляется благодаря столкновениям с атомами углерода. Оценить, через сколько столкновений энергия нейтрона уменьшится в n раз?

 

6. Планета массой M движется по круговой орбите радиуса г. В планету врезается астероид массой m. Как должен лететь в пространстве астероид, чтобы планета удалилась от солнца на максимальное (наименьшее) расстояние, если скорость астероида V?

 

7. Найти относительную скорость двух частиц, движущихся навстречу друг другу со скоростью V= C/2, где C – скорость света.

8. Предложить метод измерения коэффициента трения с помощью наклонной плоскости.

 

9. Зависит ли направление нити отвеса от географического положения подвеса и почему?

 

10. Если скорость автомобиля увеличится в три раза, то во сколько раз увеличится минимальный тормозной путь?

 

11. По наклонной плоскости скатываются шар, цилиндр и обруч, имеющие одинаковые радиусы. Какое тело придет к основанию наклонной плоскости первым? Какое последним?

 

12. Шест высотой 5.0 м удерживается в равновесии, стоя вертикально на одном из своих концов. Чему будет равна скорость верхнего конца шеста непосредственно перед тем, как он коснётся земли? Считайте, что нижний конец не скользит.

 

12. Электрон начинает ускоряться в однородном электрическом поле, напряженность которого направлена вдоль оси Х. Нарисовать графики зависимости от Х: полной энергии Е электрона; импульса и скорости Р и V электрона.

 

13. Почему вертолет должен иметь больше одного пропеллера? Укажите один пли более способов размещения второго пропеллера, функция которого состоит в сообщении вертолёту устойчивости.

 

14. Чему равен период малых колебаний системы, состоящей из двух грузов массами m и M, соединенных пружиной с коэффициентом жесткости k?

 

15. Что такое центр инерции (тяжести) твердого тела и какими свойствами он обладает? Как меняется положение центра тяжести игрушки Ванька-встанька при её качении?

 

16. Как изменяется частота звука, воспринимаемого неподвижным наблюдателем при приближении и удалении от него поезда?

 

17. Объяснить физические причины лобового сопротивления и подъёмной силы самолета. Сблизятся или разойдутся два параллельных листа бумаги, если между ними дунуть? Почему?

 

18. Почему при подъёме воздушного шара его размеры увеличиваются? Как распределено давление внутри воздушного шара?

 

19. Относительно К - системы отсчета летит куб со скоростью V вдоль оси X. Ребро куба равно а. Ось X параллельна одному из рёбер чуба. Чему равен объём куба в К - системе? Годится ли полученный ответ для тела произвольной! формы?

 

 

Почему при V = С преобразования Лоренца теряют смысл?

 

20. Может ли в результате аннигиляции электрона (q = - е) и позитрона (q = е) образоваться один гамма квант? Ответ обосновать с позиции законов сохранения энергии.

 

21. Как изменится интенсивность волны, если её частота увеличивается в два раза: а) при неизменной скорости волны: б) при неизменной длине волны?

 

22. Однородный шар радиусом г катится без проскальзывания по внутренней" поверхности сферической чашки радиуса R > г, совершая малые колебания. Определить частоту малых колебаний.

 

 

23. По наклонной плоскости соскальзывает без трения тело. При каком угле время соскальзывания минимально?

 

24. Скорость тела убывает в зависимости от пройденного пути по линейному закону:

V=V_o – ax.

Через какое время после начала такого движения тело достигнет пункта В, находящегося на расстоянии L от начала координат? Параметр L<V₀ /a.

 

25. Диск радиуса R катится по горизонтальной поверхности без проскальзывания. В некоторый момент времени известны скорости V и ускорение a в его центре. Чему равен модуль ускорения a в верхней точке колеса?

 

26. Тяжелый груз перемещают с помощью двух тракторов, движущихся со скоростями V₁ и V₂, составляющими угол . Чему равна скорость движения груза в тот момент, когда канаты параллельны скоростям тракторов?

 

 

 

27. Спортсмен движется за катером на водных лыжах. Скорость катера = , - скорость лыжника. Угол между тросом и вектором скорости катера равен , угол между тросом и скоростью спортсмена . Как функционально связаны друг с другом Параметры , , и ? Может ли спортсмен двигаться быстрее катера?

 

28. Тангенциальное ускорение частицы, движущейся по некоторой криволинейной траектории, изменяется с расстоянием S, отсчитанным вдоль траектории от начального положения по закону где - константа. Масса частицы m. Найти работу А силы, действующей на частицу, совершенной на пути S?

 

29. Шар массой m ₁ налетает со скоростью V на неподвижный шар массой m ₂, причем m ₁ > m ₂. Удар абсолютно упругий, но не центральный. Чему равен максимальный угол отклонения ударяющего шара от начального направления?

30. Спутник Земли переходит с круговой орбиты радиуса R₁, на круговую орбиту радиуса R₂. Какую работу надо совершить, чтобы осуществить такой переход? Возрастет или уменьшится кинетическая энергия при таком переходе?

31. Частица массы m движется с начальной скоростью V _o под действием силы сопротивления где - положительная постоянная. Найти зависимость скорости частицы от пройденного пути.

 

32. Мяч массой m, летящий горизонтально со скоростью V, упруго ударяется о задний борт грузовика, движущегося в туже сторону со скоростью U. Чему будет равна скорость мяча V₂ после удара?

33. Однородный тяжелый канат, подвешенный за один конец, не рвется, если длина каната не превышает значения l_o. Этот же канат соскальзывает со стола в отсутствии сил трения. Найти длину свисающей части каната при которой он порвется?

 

34. Ядерные силы взаимодействия между нейтронами в ядре приближенно описываются потенциалом Юкавы:

где П_o, r_o – постоянные, r- расстояние между нейтронами. Чему равна сила взаимодействия между нейтронами?

 

35. Потенциальная энергия взаимодействия в двухатомной молекуле можно записать в виде:

,

где r -расстояние между двумя атомами, a и b - положительные постоянные. Найти положение равновесия атомов молекулы.

 

36. Частица массой m рассеивается на неподвижном кулоновском центре, который помещен в точку 0, имея на бесконечности скорость V _o. Прицельный параметр траектории (длина перпендикуляра, опущенного из центра на направление V _o) равен b. Потенциальная энергия взаимодействия равна:

П=c/r,

где С - положительная постоянная, r - расстояние до центра. Найти скорость частицы и ее удаление от рассеивающего центра в момент наибольшего сближения.

37. Дано тонкое однородное кольцо радиуса R и массы M. На прямой, перпендикулярной к плоскости кольца и проходящей через его центр, находится на расстоянии x от центра частица массы m. Чему равна потенциальная энергия взаимодействия кольца и частицы?

 

38. Имеется тонкий однородный стержень длины l=2a массой M. На прямой перпендикулярной к оси стержня и проходящей через его центр на расстоянии b находится частица массы m. Чему равна сила взаимодействия стержня и частицы?

 

39. Тело падает на Землю с высоты H, большей радиуса Земли. Чему равна скорость V, с которой тело упадет на Землю?

 

40. Цилиндр радиуса R вкатывается без проскальзывания на наклонную поверхность. У основания наклонной поверхности центр масс цилиндра движется со скоростью V. Чему равна высота подъема цилиндра?

 

41. Кольцо массой m и радиусом R раскрутили до угловой скорости и положили на шероховатую поверхность с коэффициентом трения K. Через какое время прекратится вращение кольца?

 

42. Металлический стержень массы M и длины l может свободно вращаться вокруг перпендикулярной к нему оси проходящей через его центр. В конец стержня абсолютно упруго ударяется пуля массой m, летящая горизонтально и перпендикулярно к оси и к стержню со скоростью V. Чему равна угловая скорость вращения ω стержня после удара пули?

 

43. Звезда, имеющая период вращения радиус , взрывается. После взрыва она превращается в нейтронную звезду радиуса той же самой массы. Чему равен период вращения Т нейтронной звезды?

 

44. Автомобиль имеет следующие характеристики: расстояние между осями l, высота центра масс над дорогой h, центр масс расположен посередине колесной базы. Коэффициент сцепления (трения покоя) колес с дорогой k. Какое максимальное ускорение может развить автомобиль?

 

45. Карандаш массой М положили на край стола, так что 2/3 его длины оказались вне столешницы, и отпустили. Чему равна сила реакции стола N на действие карандаша в первый момент движения?

 

46. Определить характер зависимости от времени средней за период энергии Е системы, совершающей затухающие колебания. Коэффициент затухания β много меньше собственной частоты ω.