Многим из нас приходилось в школе или ВУЗе решать задачи по физике, которые бывают как простыми так и сложными. Решая различные задачи по физике мы понимаем, какую важную роль они играют при изучении курса физики. Поэтому ни один курс физики не обходится без них. И именно задачи по физике представлены на этой странице в небольшом количестве со своими решениями.
Задачи по физике из раздела Кинематика
№ 1
Камень подбрасывают вертикально вверх со скоростью 20 м/c. Через какое время он упадёт на Землю? Какая наибольшая высота, достигнутая камнем?
Решение
Высота на которой окажется камень через время \(t\) определяется формулой:
$$h=V_0t-0,5gt^2.$$ При падении на Землю высота равна нулю. Таким образом, для определения времени падения камня получаем уравнение $$V_0t-0,5gt^2=0,$$или$$(V_0-0,5gt)t=0.$$Отсюда, так как \(t\neq0,\) то получаем \(V_0=0,5gt=0\) или $$t=\frac{2V_0}g=\frac{2\cdot20 м/с}{9,81 м/с^2}=4,077 c.$$ Для определения максимальной высоты подъёма, заметим, что в наивысшей точке скорость камня равна нулю, то есть \(V=V_0-gt=0.\) Следовательно, \(t=V_0/g.\) Тогда наибольшая высота$$h_{max}=\frac{V_0^2}g-\frac{V_0^2}{2g}=\frac{V_0^2}{2g}=\frac{(20 м/с)^2}{2\cdot9,81 м/с^2}=81,549 м.$$
№ 2
Колесо вращается вокруг своей оси, делая при этом 20 оборотов в секунду. Радиус колеса составляет 75 сантиметров. Какая линейная скорость точек на ободе колеса и точек, находящихся на расстоянии равном половине радиуса от центра колеса?
Решение
Линейная \(V\) и угловая \(\omega\) скорости связаны соотношением \(V=\omega R.\) Здесь \(R\) — расстояние от точки до оси вращения.
Угловая скорость равна \(\omega=2\pi n.\) Подставим это выражение в уравнение для линейной скорости.
Получаем \(V=2\pi nR.\) Подставляя в последнее равенство данные из условия задачи,
получим линейную скорость: для точек, лежащих на ободе колеса \(V=2\pi\cdot20 c^{-1}\cdot0,75 м=94,2 м/c,\) а для точек, лежащих на середине радиуса \(V=2\pi\cdot20 c^{-1}\cdot0,375 м=47,1 м/c.\)
Как видим, у последней задачи по физике довольно простенькое решение.
№ 3
Автомобиль проезжает мимо мотоциклиста со скоростью 108 километров в час в то самое время, когда мотоциклист начинает трогаться с места и двигаться с ускорением 1 м/с2 в направлении движения автомобиля. Через какое время мотоциклист нагонит автомобиль и на каком расстоянии от места своего старта? Какая при этом будет скорость у мотоциклиста?
Решение
Перемещение автомобиля при равномерном движении определяется формулой \(S=Vt.\) Мотоциклист движется равноускоренно и его перемещения определяется формулой$$S=\frac{at^2}2.$$ В тот момент, когда мотоциклист нагонит автомобиль, их перемещения будут одинаковыми. Следовательно,$$S=\frac{at^2}2=Vt.$$Отсюда время, в течении которого мотоциклист догонит автомобиль равно \(t = 2V/a.\) Скорость автомобиля \(V=30 м/c.\) Поэтому$$t=\frac{2\cdot30м/с}{1 м/c^2}=60 с=1 минута.$$ Расстояние от точки старта, в предположении, что автомобиль и мотоцикл двигались по прямому участку дороги, равно перемещению мотоциклиста, как впрочем и автомобилиста, за найденное время, а именно$$S=Vt=30 м/c\cdot60 с=1800 м=1,8 км.$$ При этом скорость мотоциклиста достигнет значения$$V=at=1 м/c^2\cdot60 c=60 м/с=216 км/ч.$$
Задачи по физике из раздела Динамика
№ 4
Два пластилиновых шарика, имеющие массы 10 грамм и 16 грамм, движутся в вакууме с огромными скоростями 200 м/c и 250 м/c навстречу друг другу и сталкиваются слепляясь воедино. С какой скоростью будет двигаться слипшийся пластилиновый шарик?
Решение
Импульсы шариков до столкновения$$\vec P_1=m_1\vec V_1, \qquad \vec P_2=m_2\vec V_2.$$ Импульс слипшегося шарика после столкновения$$\vec P=(m_1+m_2)\vec V.$$Здесь \(V\) — скорость слипшегося шарика после столкновения.
Так как второй шарик больше первого и движется с большей скоростью, то разумно сделать предположение, неограничивающее общности решения, о том, что слипшийся единый пластилиновый шарик будет двигаться в направлении первоначального движения второго шарика. По закону сохранения количества движения (импульса)$$\vec P_1+\vec P_2=\vec P.$$ В проекции на направление движения второго шарика, с учётом направления первого шарика и справедливого предположения о направлении движения единого слипшегося шарика, получим$$m_2V_2-m_1V_1=(m_1+m_2)V.$$ Из полученного уравнения находим скорость слипшегося шарика $$V=\frac{m_2V_2-m_1V_1}{m_1+m_2}=\frac{0,016 кг\cdot250 м/c-0,01 кг\cdot200 м/c}{0,016 кг+0,01 кг}=76,923 м/c.$$
Представленные выше и решённые задачи по физике, могли быть оформлены в части своего решения с рисунками, но как мы видим для правильного их решения рисунки не обязательны. Рисунки служат для того, чтобы лучше осмыслить ход решения.
№ 5
Какую жёсткость имеет вертикальная пружина, если груз массой 600 кг сжимает её на 2 см?
Решение
На пружину действует сила тяжести груза \(G = mg,\) которая уравновешивается силой упругости сжатой пружины \(F=kx.\) Исходя из этого приравняем эти силы \(F=G\) или \(kx=mg.\) Отсюда получаем$$k=\frac{mg}x=\frac{600 кг\cdot9,81 м/c^2}{0,02 м}=294300 Н/м.$$
Термодинамика. Газовые законы.
№ 6
Найти массу одного кубического метра воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре таяния льда. Молярная масса воздуха равна 0,029 кг/моль.
Решение
Не секрет, что температура таяния льда составляет \(T=273 К\) или \(0^oC,\) а нормальное атмосферное давление равно \(p=10^5 Па.\)
По закону Менделеева-Клапейрона$$pV\frac{mRT}\mu.$$ Из этого уравнения получаем$$m=\frac{pV\mu}{RT}.$$Здесь \(R= 8,31 Дж/К\cdot моль\) — универсальная
газовая постоянная.
Подставляя численные данные, получаем$$m=\frac{10^5 Па\cdot1 м^3\cdot0,029 кг/моль}{8,31 Дж/К\cdot моль\cdot273 К}=1,278 кг.$$
№ 7
Иделаьный газ при давлении
Решение
Процесс является изотермическим. Следовательно, мы можем применить закон Бойля-Мариотта, согласно которому$$p_1V_1=p_2V_2,$$из которого получаем$$p_2=\frac{p_1V_1}{p_2}=\frac{80 кПа\cdot320 л}{260 л}=98,46 кПа.$$
Мы рассмотрели некоторые очень простые задачи по физике. На нашем сайте найдутся решения из различных разделов и задачников по физике и математике. Если вам не удалось найте решение своей задачи по физике по данной ссылке, то её можно просто заказать.
