1
Karta pisemnego zdalnego egz. (10.02.2021) do kursu Fizyka 1.3a dla studentów WPPT kier. Inż. Biom.
INSTRUKCJA: Proszę o czytelnie wpisanie na wstępie pracy egzaminacyjnej imienia i nazwiska ………. nr albumu:………….………..
Wszystkie wyprowadzenia/zastosowane wzory należy uzupełnić stosownymi komentarzami/wyjaśnieniami dotyczącymi znaczenia użytych symboli, wielkości fizycznych oraz jednostek miar. Podobnie odpowiedzi liczbo- we/wyprowadzone wzory należy koniecznie opatrzyć stosownymi komentarzami/wyjaśnieniami, których brak zdyskwalifikuje odpowiedź. W zadaniach obliczeniowych wystarczy podać wzór z poprawnie podstawionymi da- nymi wraz z jednostkami miary bez konieczności wyznaczania wartości. Teksty zamieszczone w pracach egzamina- cyjnych pochodzące ze stron internetowych nie będą oceniane i traktowane jako plagiaty. Proszę wykonywać ostre zdjęcia o orientacji pionowej. Początek egzaminu o godz. 12:00. Tekst egzaminu będzie dostępny pod adresem www.if.pwr.wroc.pl/~wsalejda/egz2.pdf. Prac egzaminacyjnych oczekuję do godz. 14.00 w dniu 10 lutego 2021.
1. (24 pkt.) Pole grawitacyjne
Źródłem pola grawitacyjnego jest orbitująca wokół Słońca kulista planeta o masie M, promieniu R. Proszę opisać pole grawitacyjne uwzględniając następujące zagadnienia: definicja pojęcia pola wielkości fizycznej, wielkości wektorowe i skalarne pola grawitacyjnego, definicja pola siły zachowawczej, prawo powszechnego ciążenia, wielkości fizyczne, które są stałe w ruchu planety po orbicie, zasada zachowania energii mechanicznej ciała w polu grawitacyjnym + uzasadnienie dlaczego może być stosowana, satelita geostacjonarny. (20 pkt.)
B) Proszę wyprowadzić wzór 2GM R będący oszacowaniem prędkości z jaką uderzają o powierzchnię wyżej opisanej planety meteoryty spadające na nią z bardzo dużej odległości ( =
∞), gdzie ich energia mechaniczna jest praktycznie równa zeru. (4 pkt.) 2. (30 pkt.) Statyka i dynamika płynów
A) Proszę przedstawić/opisać/zdefiniować: definicję płynu idealny, prawa hydrostatyki, wyprowadzenie prawa Archimedesa, napięcie powierzchniowe, włoskowatość, rodzaje przepływów, równania: ciągłości i Bernoullego, płyn rzeczywisty: lepkość, ruch obiektu w płynie rzeczywistym. (21 pkt.)
B) Rys. po lewej stronie przedstawia piłkę tenisową wirującą wokół poziomej osi z prędkością kątową poruszającej się w płynie rzeczywistym z prędkością liniową V. Proszę podać nazwę efektu, który ilustruje rys.
i wyjaśnić dlaczego na piłkę działa siła F. (3 pkt.) C) Schemat urządzenie do rozpylania w
powietrzu perfum ilustruje rys. po prawej stronie. Proszę wyjaśnić, dlaczego działa skutecznie? (3 pkt.) D)Fotografia po lewej stronie pokazuje zmianę średnicy A strumienia wody wy- pływającej z otwartego kranu. Proszę wyjaśnić dlaczego tak się dzieje? (3 pkt.)
2 3. (30 pkt.) Pole elektrostatyczne
A) Proszę przedstawić/opisać fizykę (fizyczne właściwości) pola elektrostatycznego uwzględniając następujące zagadnienia/zjawiska: metody elektryzowania, wielkości wektorowe i skalarne pola, linie pola, którego źródłem jest punktowy ujemny ładunek, potencjalność pola, związek pracy siły elektrostatycznej z energią potencjalną, zasada superpozycji, definicja pojemności elektrycznej, zastosowania elektrostatyki. (24 pkt.) B) Proszę opisać wspólne i odmienne właściwości pól: grawitacyjnego i elektrostatycznego. (6 pkt.)
4. (30 pkt.) Termodynamika fenomenologiczna i teoria kinetyczna gazu doskonałego
A) Proszę przedstawić/opisać: mechanizmy przekazu ciepła, definicję gazu doskonałego, przemianę izochoryczną pokazując, że energia wewnętrzna n moli gazu idealnego wynosi ) = + , gdzie – ciepło molowe gazu przy V=const, twierdzenia Carnot, efektywność procesu odwrotnego Carnot, zjawisko osmozy, interpretację funkcji rozkładu: Boltzmanna, Maxwella-Boltzmanna. (16 pkt.)
B) Proszę: wyprowadzić równanie gazu doskonałego, przedstawić statystyczną interpretację entropii Boltzmanna-Plancka, podać zasadę ekwipartycji energii cieplnej. (14 pkt.)
5. (38 pkt.) Dynamika bryły sztywnej
A) Proszę przedstawić: a) definicję bryły sztywnej, momentów: bezwładności i siły, zasady dynamiki ruchu obrotowego bryły sztywnej wirującej wokół nieruchomej osi symetrii tej bryły wykorzystując także jej moment pędu r
L, b) zasadę zachowania momentu pędu bryły sztywnej, c) zasadę zachowania energii kinetycznej w ruchu obrotowym. (16 pkt.).
B) Rys. poniżej przedstawia wirującą z prędkością kątową tarczę o momencie pędu 0
r
L osadzoną na pręcie AB, który jest podparty w punkcie O. Do pręta AB przyłożona jest pionowa siła F.
Jakie zjawisko ilustruje rys.? Proszę sporządzić własny rys. zaznaczyć na nim kierunek i zwrot momentu siły F, opisać jak oraz dlaczego położenie pręta AB zmienia się w czasie. (4 pkt.)
C) Szpulka (rys. po prawej stronie) o całkowitej masie M, momencie bezwładności J=3MR2/4 i r=R/2, porusza się bez poślizgu po poziomej szorstkiej powierzchni pod działaniem stałej siły F (rys.
po prawej stronie). Proszę sporządzić własny rys., zaznaczyć na nim dodatkowe siły przyłożone do szpulki, wyznaczyć ujemne/dodatnie momenty sił działających na nią i pokazać, że przyspieszenie środka masy szpulki wynosi 6F/7M. (4 pkt.)
D) Dynamika skoku z wieży do wody. Skok zaczyna się od pozycji A (rys. po lewej stronie). Zawodnik stoi pionowo na rękach tuż przy krawędzi wieży o wysokości H, następnie jego wyprostowane ciało obraca się do pozycji poziomej (B) i w tym momencie odrywa się od wieży. Skoczek wykonuje salto (obrót o 360o) w pozycjach łamanych (C i D), po czym wyprostowany wpada do wody głową w dół (E). Czas skoku wynosi T. Proszę sporządzić wykres(y) ilustrujące jakościowo zależności od czasu (nie należy obliczać wartości, a na wykresach przedstawić tendencje zmian wartości, które maleją lub rosną albo pozostają stałe) dla 0 ≤ ≤ w pozycjach od A do E: a) momentu pędu zawodnika, b) prędkości kątowej ciała skoczka, c) momentu bezwładności ciała zawodnika. (14 pkt.) W. Salejda Wrocław, 10.02.2021
