Füüsika teooriaeksami küsimused+vastused (4)

1.Mida uurib klassikaline füüsika ja millistest osadest ta koosneb? Mis on täiendusprintsiip? Mis on mudel füüsikas? Tooge kaks näidet kursusest.
Uurib aine ja välja kõige olulisemaid omadusi ja liikumise seadusi. Füüsikaline seos, katse, hüpotees, mudel. Klassikaline füüsika koosneb staatikast, kinemaatikast ja dünaamikast.
Niels Henrik David Bohr (1885 -1962, Taani, Nobeli preemia 1922): Ükski uus teooria ei saa tekkida täiesti tühjale kohale. Vana teooria on uue teooria piirjuhtum. Nii on omavahel seotud erinevad valdkonnad. Puudub kindel piir valdkondade vahel.
Mudel on keha või nähtuse kirjeldamise lihtsustatud vahend, mis on varustatud matemaatilise tõlgendusega. füüsikaline mudel võimaldab kirjeldada füüsikalise objekti või nähtuse antud hetkel vajalikke omadusi lihtsustatult. näited: punktmass , ideaalse gaasi mudel.
2.Mis on mateeria ja millised on tema osad? Mis on ruum ja aeg? Mida tähendab aja ja ruumi homogeensus ? Loetlege vastastikmõjud tugevuse kahanemise järjekorras.
Mateeria on kõik meid ümbritsev loodus. Mateeria esineb aine ja välja kujul. Ruum ja aeg on mateeria ja selle liikumise eksisteerimise ja iseloomustamise keskkond.
Ruumi homogeensus: iga punkt ruumis on füüsikaliselt samaväärne. Aatom on samaväärne samasorti aatomiga Marsil. Aja homogeensus: vabade objektide jaoks on kõik ajahetked samaväärsed.
10^40 Tugev – gluuon (π meson), 10^38 Elektromagnetiline – footon, 10^15 Nõrk - uikon, 10^0 Gravitatsiooniline – graviton.
3.Mis on vektori projektsioon teljel ja milleks seda on vaja? Kuidas konstrueeritakse ühikvektor ja miks see on vajalik?
Vektori projektsioon teljel on skalaar . Teades nurka vektori ja telje vahel ning projektsiooni pikkust, saame arvutada vektori tõelise pikkuse koosinusfunktsiooni kaudu.
Ühikvektor saadakse, kui võetakse vektoriga ühtiva suunaga vektor , mille moodul on võrdne ühega.
Ühikvektori konstrueerimine on tihti vajalik tegevus, et valmistada hetkel vaja mineva suunaga vektorit.
4. Mis on vektorite skalaarkorrutis? Tooge kursusest kaks näidet.
On kommutatiivne
Näiteks : A=F*s*cos=F*v*cos
5. Mis on vektorite vektorkorrutis? Joonis ja kaks näidet kursusest.
N: N=F*v ( peaasi et valemis oleks kaks vektoriaalset suurust), pöördliikumisel tangentsiaalkiirendus on nurkkiiruse ja raadiuse vektorite vektorkorrutis.
6. Mis on taustsüsteem? Joonisel on kujutatud üks keha kahel erineval ajahetkel. Joonistage taustsüsteem, kohavektorid ja nihkevektor koos tähistustega.
targalt valitud keha, millega on seotud koordinaadistik ja aja mõõtmise viis
7. Mis on hektkkiirus, keskmine kiirus? Kuidas arvutatakse teepikkust ühtlaselt kiireneval liikumisel? Mis on liikumisvõrrand? Mis on liikumiste sõltumatuse printsiip?
Hetkkiirus on kohavektori muutumine ajaühikus ehk kohavektori tuletis aja järgi ja on puutujasuunaline antud trajektoori punktis.
Keskmine kiirus nihke järgi
Üldjuhul teepikkus arvutatakse kui integraal kiirusest aja järgi:
8. Lähtudes kiirenduse ja kiiruse definitsioonist , tuletage liikumisvõrrand.
9. On antud Galilei teisendused. Joonistage nendele teisendustele vastavad taustsüsteemid ja leidke seos kiiruste vahel.
10. Kujutage joonisel, kus on kujutatud ringjooneline trajektoor järgmised suurused: kohavektor, joonkiiruse vektor, pöördenurk, pöördenurga vektor, nurkkiiruse vektor.
11. Andke nurkkiiruse ja nurkkiirenduse definitsioonvõrrandid. Milline on kiireneva pöördliikumise liikumisvõrrand. Kasutage kiireneva kulgliikumise liikumisvõrrandit eeskujuna.
kiiruskiirendus võrrand
12. Lähtudes seosest pöördliikumist iseloomustavate suuruste vahel, tuletage seos kiiruste vahel.
13. Lähtudes seosest kiiruste vahel, tuletage seos kiirenduste vahel, nimetage need ja tehke joonis vektorite kohta.
ehk kogukiirendus = tangentsiaalkiirendus + normaalkiirendus
14.Sõnastage Newtoni seadused ja andke ka valemid.
1.
2. Keha kiirendus on võrdeline talle mõjuva jõu ja pöördvõrdeline massiga.
a=F/m (m/s2)
Algselt formuleeris Newton impulsi abil: p=m*v (kg*m/s)
3.
15. Lähtudes kiiruste liitmise seadusest, tuletage seos kiirenduste vahel ja formuleerige relatiivsusprintsiip. Identifitseerge lähtevalemis olevad kiirused.
16. Lähtudes Newtoni II seadusest kiirenduse kaudu, andke see impulsi mõistet kasutades. Mis on jõuimpulss?
Jõuimpulss on mõjuva jõu ja mõjumise aja korrutis.
17. Tõestage, et isoleeritud süsteemis on impulss jääv.
18. Mis on töö ja võimsus? Andke valemid.
Töö on füüsikaline suurus, mis iseloomustab jõu efektiivsust keha mehhaanilise oleku muutmisel. (A=F*s*coskus  on vektorite F ja s vaheline nurk)
Võimsus on füüsikaline suurus, mis on võrdne ajaühikus tehtava tööga. (N=A/t)
19. Millised on konservatiivsed jõud ja dissipatiivsed jõud? Andke ka valemid.
Vaadatakse jõudusid töö seisukohalt kinnisel trajektooril. Konservatiivne jõud – töö on null. Dissipatiivne jõud – töö on nullist erinev.
20. Mis on energia? Lähtudes töö valemist , tuletage kineetilise energia valem.
Energia on füüsikaline suurus, mis iseloomustab keha võimet teha tööd.
21. Lähtudes raskusjõu väljast, tuletage potentsiaalse energia valem.
y=h => Ep=mgh
22. Tõestage, et isoleeritud süsteemi koguenergia on jääv, lähtudes alljärgnevast süsteemi määratlusest.
23. Tuletage jõu ja potentsiaalse energia vaheline seos, lähtudes töö valemist.
24. Mis on inertsjõud? Kuidas näeb välja Newtoni II seadus inertsjõu olemasolul ? Mis vahe on kaalul ja raskusjõul. Mis on kaaluta olek ja ülekoormus? Andke valemid.
Inertsijõud on jõud, mis põhjustab taustsüsteemi kiirendust:
Raskusjõud on kehale mõjuv jõud, mis on põhjustatud peamiselt gravitatsioonijõust ja tsentrifugaaljõust.
Keha kaal on jõud, millega keha mõjutab alust või riputusvahendit.
Kui keha kukub ilma toeta siis on ta kaaluta olekus. Fkaal=m(g±a) a=g =>
Fkaal=m(g-g)=0
Ülekoormus on see kui kaal ületab toereaktsiooni : Fkaal>T
25. Joonisel on keha paigal pöörleval karussellil. Vaadelge kehale mõjuvaid jõude mitteinertsiaalses taustsüsteemis. Kujutage kõik kiirused, kiirendused ja jõud ja andke jõudude arvutamise valemid.
26. Lähtudes isoleeritud süsteemi masskeskme võrrandist, tõestage see.
Eeldan et ainepunkt on samane masskeskmega, siis saab rakendada Newtoni II-st seadust ainepunkti kohta.
27. Lähtudes kulgliikumise kineetilisest energiast, tuletage pöördliikumise kineetilise energia valem. Mis on inertsmoment
28. Mis on jõumoment? Valem ja joonis vektorite kohta.
Jõumoment on suurus, mida kasutatakse jõu pöörava toime iseloomustamiseks
29. Mis on impulssmoment? Valem ja kujutage vektorid joonisel.
Impulssmoment on füüsikaline suurus, mis iseloomustab pöördliikumises olevat keha, so tema raadiuse ja impulsi vektorkorrutis.
30. Lähtudes impulssmomendi kahest definitsioonist tuletage pöördliikumise põhiseadus kahel kujul (Newtoni II seadus).
31. Lähtudes pöördliikumise põhiseaduse definitsioonist, tõestage impulssmomendi jäävuse seadus.
Olgu n ainepunktist koosnev isoleeritud ainepunktide süsteem. Seega välisjõudude summa on null või nad puuduvad. Samuti on välisjõudude momentide summa null või nad puuduvad. Seega on ainult sisejõudude momendid.
Summeerime:
Vastavalt Newtoni III seadusele on sisejõudude momentite summa null.
Praktikas kasulik.
32. Kasutades alljärgnevat joonist, tuletage harmooniliselt võnkuva keha võrrand so. liikumisvõrrand ja perioodi arvutamise valem.
Vaatleme vedru võnkumise näitel. Olgu 0 tasakaaluasend , venitame vedru välja ja laseme lahti. Kuidas liigub kuulike , kui hõõrdumist ei ole?
F=-k*x, „-„ tähistab asjaolu, et nihe ja jõud on vastassuunalised.
Newtoni II seadus:
See on teist järku homogeenne DV, mis omab standartset lahendit:
See on harmooniliselt võnkuva keha liikumisvõrrand.
x- hälve
x0- amplituud
w0- ringsagedus
wot+j- faas
j- algfaas
cos on perioodiline funktsioon perioodiga T
33. On antud sumbuva võnkumise võrrand. Ilmutage siit sumbuvustegur ja defineerige see. Mis on sumbuvuse logaritmiline dekrement? Graafikul on kaks resonantskõverat. Kumb sumbuvustegur on suurem? Mida tähendab A0? Mis on resonants ?
võtame x’, kus koosinus on üks:
Sumbuvustegur näitab amplituudi kahanemist ajaühikus.
> 1Neile on iseloomulik spontaanne magneetuvus . Nad on püsimagnetid.
Fe,Co, Ni,Gd Ja mõned sulamid . Ferromagnetism pole klassikalise füüsikaga põhjendatav. Curie punkt: temperatuur, mille juures ferromagneetik kaotab omadused.
101. Kasutades allolevat joonist tuletage Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadus.
102. Kasutades allolevat joonist, tuletage kontuuris tekkiva elektromotoorse jõu avaldis selle ühtlasel pöörlemisel.
103. Mis on kontuuri induktiivsus? Kasutades allolevat joonist, tuletage pika solenoidi induktiivsuse arvutamise valem.
Võib öelda, et kontuuri läbiv magnetvoog on võrdeline vooluga I, seda võrdetegurit L nimetatakse kontuuri induktiivsuseks
104. Mis on omainduktsiooni elektromotoorjõud? Andke selle avaldis kõige üldisemal kujul.
Olgu meil vooluga kontuur. Väline magnetväli puudub. Kui kontuuris muutub voolutugevus , siis muutub kontuuri asukohas ka magnetvoog. Vastaval Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadusele indutseeritakse ka sel juhul kontuuris elektromotoorjõud, mida nimetatakse mainduktsiooni elektromotoorjõuks.
105. Lähtudes allolevast seosest, tuletage solenoidi magnetvälja energia avaldis.
106. Kasutades allolevat solenoidi induktiivsuse valemit ja solenoidi magnetvälja energia valemit, tuletage magnetvälja energiatiheduse valem.
107. Mis on nihkevool ? Kasutades alltoodud lähtepunkte, tuletage nihkevoolu avaldis.
Maxwell’i II hüpotees. Eksisteerib I hüpoteesi pöördhüpotees.
Igasugune elektrivälja muutus kutsub esile pööriselise muutuva magnetvälja tekke.
Vaatame kondensaatorit vahelduvvoolu ahelas.
108. Tuletage laengu võnkumise võrrand võnkeringi jaoks.Lähtuge Ohm’i seadusest suletud ahela kohta.’
109. Lähtudes allolevast seosest, tuletage Poyntingi vektori valem. Mis on Poyntingi vektori ühik SI-s?
110. Mis on valguskiir , valguskimp ja nimetage nendega seotud seadused?
111. Formuleerige ja sõnastage valguse peegeldumis- ja murdumisseadus . Tehke joonised koos tähistega.
112. Mis on täielik peegeldus? Joonis, valem, seletus, rakendused.
Suurendades langemisnurka α, jõuame olukorrani, kus β=900 ja edasisel
langemisnurga suurendamisel kiir teise keskkonda ei levi. See on täielik
peegeldus. Langemisnurk , mille juures murdumisnurk on 900 on antud
keskkondade jaoks sisepeegeldumise piirnurk .
Detailsemal uurimisel selgub , et valguslaine sukeldub teise
keskkonda poole lainepikkuse ulatuses ja naaseb siis. See
efekt on energeetiliselt 100%-se kasuteguriga.
Kiudoptika, veekogu, kalade nägemine.
Ka siin kehtib kiire pööratavus.
113. Mis on Fermat ’ printsiip? Optiline teepikkus kui järeldus Fermat’ printsiibist.
Fermat’ printsiip.
Fakt: Homogeenses keskkonnas levib valgus sirgjooneliselt
ja mittehomogeenses keskkonnas kõverjooneliselt.
Fermat’ printsiip: valgus levib mööda sellist teed, mille
läbimiseks kuluv aeg on minimaalne.
Aeg t peab olema minimaalne. Kuna c= const , siis peab minimaalne olema:
Valgus levib mööda sellist teed, mille optiline teepikkus on minimaalne. Fermat’ printsiibist järelduvad valguse peegeldumis- ja Murdumiseadus
114.Kasutades allolevast joonist, tuletage Fermat’ printsiibist lähtudes valguse murdumisseadus.