1
Karta pisemnego egz. (13.02.2018) do kursu Fizyka 1.3a dla studentów WPPT kier. Inż. Biom.
Imię i nazwisko ………. Nr albumu:………….………..
INSTRUKCJA: Proszę o czytelnie wpisanie w nagłówku swoich danych i udzielanie CZYTELNYCH odpowiedzi na każde zagadnienie na oddzielnej kartce formatu A-4, którą należy podpisać imieniem i nazwiskiem oraz dopisać nr zagadnienia. Wyprowadzenia/zastosowane wzory (z tabeli wzorów) należy uzupełnić stosownymi komen- tarzami/wyjaśnieniami dotyczącymi znaczenia użytych symboli, wielkości fizycznych oraz jednostek miar. Podobnie odpowiedzi liczbowe/wyprowadzone wzory należy koniecznie opatrzyć stosownymi komentarzami/wyjaśnieniami wyżej opisanymi, których brak zdyskwalifikuje odpowiedź. W zadaniach obliczeniowych wystarczy podać wzór z poprawnie podstawionymi danymi wraz z jednostkami miary bez konieczności wyznaczania wartości.
1. Dynamika ruchu prosto- i krzywoliniowego (30 pkt.). Proszę:
a) przedstawić drugą zasadę dynamiki ruchu postępowego ciała o masie m podając: warunki jej stosowalności, opisy znaczenia użytych we wzorach symboli wielkości fizycznych oraz ich jednostki miar w SI (8 pkt.),
b) przedstawić drugą zasadę dynamiki ruchu obrotowego bryły sztywnej, podając: warunki jej stosowalności, opisy znaczenia użytych we wzorach symboli wielkości fizycznych oraz ich jednostki miar w SI (8 pkt.),
c) opisać kinematykę i dynamikę ruchu ciała o masie m poruszającego się po okręgu o promieniu R ze stałą wartością prędkości v (ruch jednostajny po okręgu) (10 pkt.); przedstawić warunki, w których ruch ten odbywa się, interpretację fizyczną przyspieszenia dośrodkowego (4 pkt.); należy przedstawić m.in. kątowe i liniowe wielkości kinematyczne wraz z jednostkami miar w SI.
2. Fizyka płynów (34 pkt.). Proszę:
a) podać definicję płynu idealnego (6 pkt.),
b) przedstawić prawa hydrostatyki (4 pkt.) i hydrodynamiki (6 pkt.),
c) opisać zjawiska napięcia powierzchniowego (4 pkt.) i włoskowatości (4 pkt.), d) rys. obok przedstawia schemat skrzydła samolotu, gdzie v 1 i v 2 oraz p 1 i p 2 to wartości prędkości i ciśnień powietrza.; proszę uzasadnić, że wzór
1 2 2 2 2
F S v v zadaje wartość siły nośnej skrzydła samolotu o powierzchni S, jeśli jest gęstością powietrza, przyjmując założenia, że powierzchnie górna i dolna skrzydła są jednakowe i zaniedbując efekty związane z różnymi wysokościami strug (6 pkt.),
e) pasażer, siedzący obok kierowcy, w poruszającym się samochodzie, położył na kolanach chusteczkę higieniczną, która wyfrunęła natychmiast z pojazdu, gdy tylko otworzył okno w drzwiach bocznych, przy których siedział; jaka była tego przyczyna? (4 pkt.).
3. Termodynamika (34 pkt).
a) Proszę przytoczyć postacie matematyczne i przedstawić sens fizyczny: I (3 pkt.), II zasady termodynamiki (3 pkt.), b) proszę przedstawić w zmiennych (S,T) prosty cykl Carnota oraz wyprowadzić wzór na
sprawność silnika cieplnego Carnota (6 pkt.),
c) na diagramie obok przedstawiony jest cykl zamknięty gazu idealnego; znane są wartości p A , p B = 4p A , V A , V C = 2V A ; proszę wyznaczyć wartości wykonanej pracy W i ciepła Q wymienionego w jednym cyklu (8 pkt.),
d) energia wewnętrzna n moli helu (gazu idealnego) wynosi U T inRT 2 , gdzie i – liczba stopni swobody; proszę podać wartość i dla helu (2 pkt.), oraz pokazać, że w przemianie adiabatycznej od p V T 1 , , 1 1 p V T 2 , 2 , 2 , praca wykonana przez gaz wyraża się wzorem W inR T 1 T 2 2. (8 pkt.),
e) proszę podać interpretację wyrażenia N f M-B v d v , gdzie f M-B v jest funkcją rozkładu Maxwella-Boltzmanna,
N oznacza całkowitą liczbę cząsteczek gazu idealnego zamkniętych w danym zbiorniku (4 pkt.).
2 4. Zasady zachowania (24 pkt.). Proszę przedstawić:
a) omówione na wykładach zasady zachowania przytaczając ich postacie matematyczne (8 pkt.),
b) warunki stosowania tych zasad zachowania zamieszczając wyjaśnienia użytych do zapisu matematycznego symboli wielkości fizycznych wraz z jednostkami miar w SI (16 pkt.).
5. Elektrostatyka (36 pkt.). Rys. obok przedstawia dwie elektrycznie neutralne, stykające się ze sobą metalowe kule osadzone na dielektrycznych podstawach postawione na poziomej powierzchni, po której można je przemieszczać. Proszę:
a) opisać metodę różnoimiennego naelektryzowania obu kul bez doprowadzenia na nie ładunków elektrycznych z zewnętrznych źródeł (10 pkt.),
b) podać definicje pola wielkości fizycznej ( 2 pkt.) oraz wielkości wektorowych i skalarnych pola elektrostatycznego, wytwarzanego przez ładunek dodatni Q umieszczony w próżni (6 pkt.),
c) podać treść prawa Gaussa (6 pkt.) i za jego pomocą wyznaczyć natężenie pola elektrostatycznego w odległości r od dodatniego ładunku Q umieszczonego w próżni (4 pkt.),
d) proszę podać definicję pojemności elektrycznej (4 pkt.) i udowodnić, że pojemność zastępczą C baterii baterii kondensatorów złożonej z n identycznych kondensatorów połączonych równolegle (patrz rys.) wyraża się wzorem C baterii nC (4 pkt.).
--- 6. Kopalnia punktów (77 pkt.).
Stały prąd elektryczny. Proszę:
a) przedstawić klasyfikację materiałów oraz prądów elektrycznych (6 pkt.), b) podać definicję natężenia prądu i wektora gęstości prądu (6 pkt.), c) przedstawić prawo Ohma w postaci całkowej i różniczkowej (6 pkt.),
d) podać prawa Kirchhoffa (4 pkt.) i użyć je do oczka ADCBA układu z rys. (4 pkt.),
e) prędkość dryfu elektronów w przewodniku wynosi około 10 -3 m/s; naciśnięcie kontaktu lampy oświetleniowej powoduje, że świeci ona natychmiast; proszę podać wyjaśnienie tego zjawiska (4 pkt.),
Drgania, fale, dźwięki. Ciało o masie m połączono ze sprężyną o współczynniku sprężystości k i wychylono o A=0,005 m z położenia równowagi, jak na rysunku obok. Zaniedbując tarcie, e) proszę opisać rodzaj ruchu i podać jawną postać równania ruchu tego ciała korzystając z II zasady dynamiki:
2 2 zew
