1. Яка кількість речовини і скільки молекул міститься в 2см3 води? Оцінити масу молекули води та її діаметр.
2. Тиск розрядженого газу р=5·104Па, його густина =4.1·10-2кг/м3. Визначити середню квадратичну швидкість хаотичного руху молекул газу.
3. Хімічна сполука СnН2n+2 з масою m=16г при тискові р=105Па займає у газоподібному стані об`єм V=24,93 л. Що це за сполука? Температура газу 300К.
4. Балон місткістю V=20.5м3 містить суміш водню і гелію. Маса суміші m=13г, температура t=270С, тиск р=5,4 ·105Па. Визначити маси водню і гелію в суміші.
5. У двох посудинах місткістю V1=10л і V2=30л знаходиться однаковий газ під тиском Р1=105Па і Р2=1.6·105Па відповідно. Який тиск установиться в посудинах, якщо їх з`єднати тонкою короткою трубкою?
6. У посудині місткістю V=18дм3 знаходиться газ під тиском Р=8·106Па; його температура t=200С. Який об`єм V0 займатиме газ за нормальних умов?

ПЕРВЫЙ

Рассмотрим обычную гуковскую пружину длины        и жёсткостью        деформацию которой обозначим, как        Тогда возникающая сила упругости при её деформации будет выражаться обычным законом Гука:



Рассмотрим некоторое состояние [1] :    
и некоторое состояние [2] :    

При вычитании этих уравнений получим, что для двух любых состояний верно, что:





Т.е. изменение силы действующей со стороны любой гуковской пружины пропорционально изменению её деформации с противоположным знаком, через её собственную жёсткость.

В нашем случае, в состоянии равновесия        – все силы, действующие на груз, взаимно скомпенсированы. При изменении положения груза на        (т.е. вверх), растяжение нижней пружины (down) увеличится, а значит её сила, действующая на груз вниз – тоже увеличится по модулю. В проективном виде это изменение выразится, как:

   – это символизирует увеличение отрицательной (направленной вниз) величины силы нижней пружины.

В то же время, при изменении положения груза на        (вверх), растяжение верхней пружины (up) уменьшится, а значит её сила, действующая на груз вверх – тоже уменьшится по модулю. В проективном виде это изменение выразится, как:

   – это символизирует уменьшение  положительной (направленной вверх) величины силы верхней пружины.

Общее изменение силы составит (сила тяжести не изменится):



При этом, поскольку в начальном состоянии действие всех сил было скомпенсировано, т.е. равнодействующая была равна нулю, то, стало быть, при смещении груза на        общая сила, действующая со стороны системы пружин – будет как раз и равна изменению действующих сил:


(рассуждения для отрицательного смещения производятся аналогично)

А такая зависимость силы от смещения – эквивалентна системе груза и одной пружины с жёсткостью, равной сумме исходных жёсткостей. Стало быть:

   где        –  масса шарика.



ВТОРОЙ

Пусть начальные растяжения пружин:       (нижней), и       (верхней). При этом положим вертикальное положение груза        Ось        направлена вверх.

Запишем закон сохранения энергии для произвольного положения груза:



Продифференцируем уравнение по времени:







Заметим, что в начальном положении, действие всех сил скомпенсировано:


(сила только верхней пружины положительна, т.к. направлена вверх)

Итак:



А такая зависимость силы от смещения – эквивалентна системе груза и одной пружины с жёсткостью, равной сумме исходных жёсткостей. Стало быть:

   где        –  масса шарика.



ТРЕТИЙ

Зафиксируем груз. Демонтируем нижнюю пружину. Прикрепим нижнюю пружину тоже свреху (!) груза, закрепив её на таком вертикальном расстоянии от груза, чтобы при отпускании груза – он остался бы в равновесии.

Сборка окажется эквивалентной, поскольку изначально верхняя пружина будет работать, как прежде. А перемещённая пружина при поднятии груза будет толкать груз вниз с таким же коэффициентом упругости, с которым она тянула бы его вниз, будучи снизу. С противоположным смещением – то же самое.

Обе пружины при такой эквивалентной сборке будут работать в параллельном режиме, как хорошо известно, с суммарной жёсткостью:

Итак:



   где        –  масса шарика.



ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЁТ :::

  Н/см     Н     см     Н     м     Н/м ;

  Н/см     Н     см     Н     м     Н/м ;

Допустим, масса шарика равна 1 кг. Тогда:

  сек ;

   Гц .

При сложении относительной скорости ветра со скоростью баржи получается собственная скорость ветра. Это показано на иллюстрации к решению задачи векторами        и    

Легко понять, что множество таких возможных векторов скорости ветра        ограниченно окружностью радиуса        с центром в конце вектора    

Аналогично можно понять, что множество тех же возможных векторов скорости ветра        ограниченно окружностью радиуса        с центром в конце вектора    

Откуда видно, что максимальная скорость ветра        определяется условиями, наложенными на множество точек возможных векторов. И её значение можно найти геометрически из прямоугольных треугольников.

Гипотенуза        прямоугольного треугольника с катетами        и        равна пяти.



Двойная площадь этого треугольника равна:



С другой стороны двойная площадь этого треугольника равна произведению гипотенузы на половину искомого вектора максимальной скорости ветра (являющуюся высотой к гипотенузе):



   –  средне-квадратично-гармоническое.

Угол между баржей и максимальным ветром найдём из того же прямоугольного треугольника, через угол между красным катетом и высотой, который из подобия равен углу между векторами        и гипотенузой        



1)       м/с

2)