Przykładowe pytania teoretyczne do kolokwium 2 z fizyki I

Przykładowe pytania teoretyczne do kolokwium 2 z fizyki I- studia inŜynierskie
na kierunku Biogospodarka:
1) Jaki ruch nazywamy ruchem okresowym? Czym jest okres drgań T? Jaki jest jego związek
z częstotliwością drgań? Czemu równy jest okres drgań, którego częstotliwość jest równa
f=2Hz? Jakie drgania nazywamy drganiami harmonicznymi prostymi nietłumionymi?
2) Omówić drgania harmoniczne proste nietłumione. Jak zaleŜy od czasu wychylenie
ciała z połoŜenia równowagi, prędkość i przyspieszenie ciała wykonującego takie
drgania? Jaka siła wypadkowa musi działać na ciało aby wykonywało takie drgania?
Co moŜna powiedzieć o energii kinetycznej, potencjalnej i całkowitej ciała? Niektóre
odpowiedzi moŜna zilustrować odpowiednimi wykresami)
3) ZaleŜność wychylenia od połoŜenia równowagi ciała o masie m poruszającego się ruchem
harmonicznym prostym dana jest wzorem:
 2π 
x = x(t ) = A cos
t
 T 
Sporządzić wykres obrazujący powyŜszą zaleŜność oraz zaznaczyć na nim wielkości A i T
występujące w powyŜszym równaniu. Sporządzić wykresy określające zaleŜność od czasu
dx
dV
prędkości V =
i przyspieszenia ciała a =
. Kiedy ciało porusza się prędkością o
dt
dt
największej wartości? Kiedy przyspieszenie ciała spada do zera?
4) Jaki obiekt nazywamy wahadłem matematycznym? Od czego zaleŜy okres drgań wahadła
matematycznego? Dla jakich wychyleń z połoŜenia równowagi moŜna przyjąć iŜ wahadło
porusza się ruchem harmonicznym? Czym róŜni się wahadło fizyczne od
matematycznego?
5) Jakie drgania nazywamy drganiami harmonicznymi tłumionymi? Jak zmienia się z
czasem amplituda takich drgań? Określić wypadkowa siłę działająca na ciało wykonujące
takie drgania
6) Kiedy mamy do czynienia z drganiami harmonicznymi wymuszonymi? Na czym polega
zjawisko rezonansu w przypadku rozpatrywania tego typu drgań?
7) Na czym polega zasada superpozycji przy rozwaŜeniu złoŜenia dwóch drgań. Od czego
zaleŜy amplituda drgań wywołanych na skutek złoŜenia dwóch drgań zachodzących w
tym samym kierunku. Kiedy jest ona maksymalna, a kiedy jest ona minimalna?
8) Czym jest fala? Określić jakie typy fal moŜemy wyróŜnić (biorąc pod uwagę róŜne
kryteria).
9) Czym róŜni się fala poprzeczna od podłuŜnej? Podać przykłady obu rodzajów fal.
Jaką falę harmoniczną nazywamy płaską? Określić relacje wiąŜące ze sobą
następujące wielkości opisujące falę harmoniczną: prędkość (fazową) rozchodzenia
się fali V, długość fali λ , liczbę falową k oraz częstość kołową drgań ω . Sformułować
równanie pozwalające określić zaleŜność od połoŜenia x oraz czasu t wychylenia z
połoŜenia równowagi D ( x, t ) cząsteczki ośrodka w którym przemieszcza się w
kierunku równoległym do osi Ox układu współrzędnych harmoniczna fala płaska o
częstości kołowej drgań ω oraz liczbie falowej k. Wyjaśnić co oznaczają pozostałe
symbole pojawiające się w tym równaniu.
10) Jaką falę nazywamy falą stojącą? Jak moŜna ją wytworzyć? Jakie punkty nazywamy
węzłami i strzałkami fali stojącej? W jakiej odległości od siebie znajdują się najbliŜej od
siebie połoŜone węzeł i strzałka fali stojącej? Jaki warunek musi być spełniony aby na
strunie sztywno umocowanej na obu jej końcach mogła powstać fala stojąca?
11) Na czym polega efekt Dopplera dla fal akustycznych?
12) W jaki sposób moŜe następować wymiana energii pomiędzy układem termodynamicznym
i otoczeniem? Czy wielkości wprowadzone do opisu energii wymienianej z otoczeniem są
funkcjami stanu układu. Czym musi się charakteryzować wielkość wprowadzona do opisu
układu w termodynamice aby moŜna ją było traktować jako funkcje stanu układu. Podać
przykład takiej wielkości.
13) Sformułować 1 zasadę termodynamiki. Kiedy wielkości występujące w tej zasadzie
przyjmują wartości dodatnie a kiedy ujemne?
14) Sformułować równanie stanu gazu doskonałego i określić co oznaczają symbole
występujące w tym wzorze. Kiedy moŜna gaz traktować w przybliŜeniu jako gaz
dokonały? Jakie załoŜenia przyjmuje się przy formułowaniu podstaw teorii gazu
doskonałego.
15) Określić podstawowe typy przemian jakim moŜe podlegać gaz dokonały. Czym
kaŜda z nich się charakteryzuje? Jak moŜna wyznaczyć zmianę energii wewnętrznej,
pracę wykonaną na układem oraz ciepło pobrane (oddane) przez układ gazowy w
trakcie kaŜdej z tych przemian.
16) Podać równanie odwracalnej przemiany izotermicznej gazu doskonałego. Które z
poniŜszych wielkości są stałe w trakcie tej przemiany
a) ciśnienie gazu
b) objętość gazu
c) temperatura gazu
Które z poniŜszych wielkości są równe zeru w trakcie takiej przemiany
a) ciepło pobrane przez gaz z otoczenia
b) praca wykonana nad układem gazowym przez siłę zewnętrzną
c) zmiana energii wewnętrznej gazu
17) Podać równanie odwracalnej przemiany izochorycznej gazu doskonałego. Które z
poniŜszych wielkości są stałe w trakcie tej przemiany
a) ciśnienie gazu
b) objętość gazu
c) temperatura gazu
Które z poniŜszych wielkości są równe zeru w trakcie takiej przemiany
a) ciepło pobrane przez gaz z otoczenia
b) praca wykonana nad układem gazowym przez siłę zewnętrzną
c) zmiana energii wewnętrznej gazu
18) Podać równanie odwracalnej przemiany izobarycznej gazu doskonałego. Które z
poniŜszych wielkości są stałe w trakcie tej przemiany
a) ciśnienie gazu
b) objętość gazu
c) temperatura gazu
19) Podać równanie odwracalnej przemiany adiabatycznej gazu doskonałego. Które z
poniŜszych wielkości są równe zeru w trakcie takiej przemiany
a) ciepło pobrane przez gaz z otoczenia
b) praca wykonana nad układem gazowym przez siłę zewnętrzną
c) zmiana energii wewnętrznej gazu
20) Jak definiujemy ciepło molowe przy stałym ciśnieniu i ciepło molowe przy stałej
objętości? Jaki jest związek miedzy tymi wielkościami?
21) Pole elektryczne wytworzone przez spoczywające ładunki elektryczne. Jakie
wielkości wprowadzamy do opisu tego pola? Jak moŜna je wyznaczyć? Czy są to
wielkości skalarne czy wektorowe? Jakie związki występują miedzy tymi
wielkościami? Jak moŜna powiązać z tymi wielkościami siłę działającą na ładunek q
umieszczony w takim polu i jego energie potencjalną? Czym charakteryzuje się pole
wytworzone przez ładunek punktowy.
22) Sformułować Prawo Coulomba (wzór Coulomba) wprowadzone do opisu oddziaływań
między ładunkami elektrycznymi
23) Pole elektrostatyczne jest wytworzone w próŜni przez ładunek punktowy q>0. Określić
wartość natęŜenia pola w punkcie w którego połoŜenie względem miejsca znajdowania się
r
ładunku q jest dane wektorem r oraz naszkicować kształt linii sił pola wokół tego
ładunku. Określić potencjał pola w odległości r od tego ładunku oraz określić kształt
powierzchni ekwipotencjalnych dla tego pola. Znana jest przenikalność elektryczna próŜni
ε0 .
24) Wiadomo iŜ wewnątrz przewodnika przez który nie płynie prąd natęŜenie pola
elektrycznego jest równe zeru? Co moŜna na powiedzieć o potencjale pola elektrycznego
wewnątrz przewodnika? Co moŜna powiedzieć o natęŜeniu pola na zewnątrz przewodnika
tuŜ przy jego powierzchni (jaki ma ono kierunek, czy zaleŜy ona od gęstości ładunku na
powierzchni przewodnika, w których punktach osiąga maksymalną wartość?)
25) Jaki obiekt nazywamy dipolem elektrycznym? Jak zmienia się wartość natęŜenia pola
wytworzonego przez dipol w funkcji odległości od dipola w dalekiej odległości od
połoŜenia dipola? Co moŜna powiedzieć o polu wytworzonym przez płaszczyznę
nieskończoną równomiernie naładowaną ładunkiem elektrycznym?
26) Na czym polega zasada superpozycji w odniesieniu do pół elektrycznych? Określić
natęŜenie pola elektrycznego w wytworzonego przez dwie nieskończone płaszczyzny
ustawione równolegle do siebie naładowane ładunkami o przeciwnym znaku ze stałą
gęstością powierzchniową lądunku w obszarze pomiędzy płaszczyznami oraz w
pozostałych obszarach przestrzeni
27) Sformułować Prawo Gaussa i określić przy pomocy prawa Gaussa natęŜenie pola
elektrycznego wytworzonego w próŜni przez sferę o promieniu R naładowaną ze stałą
gęstością powierzchniową ładunkiem elektrycznym o wartości q>0 w punktach
połoŜonych w odległości r>R oraz r<R od środka sfery. Znana jest przenikalność
elektryczna próŜni ε 0 .
28) Sformułować Prawo Gaussa i określić przy pomocy prawa Gaussa natęŜenie pola
elektrycznego wytworzonego przez nieskończoną płaszczyznę naładowaną ładunkiem
elektrycznym ze stałą gęstością ładunku σ 0 . Znana jest przenikalność elektryczna próŜni
ε0 .
29) Jakie pole nazywamy jednorodnym? Jaki kształt maja linie sil pola oraz powierzchnie
ekwipotencjalne dla tego pola? Czemu równa jest róŜnica potencjałów pola
elektrostatycznego w punktach połoŜonych na powierzchniach ekwipotencjalnych
odległych od siebie o d w polu jednorodnym o natęŜeniu pola o wartości równej E?
30) Od czego i w jaki sposób zaleŜy pojemność kondensatora płaskiego, pomiędzy okładkami
którego znajduje się próŜnia? Jak zmieni się pojemność takiego kondensatora po
wypełnieniu przestrzeni pomiędzy jego okładkami dielektrykiem o względnej
przenikalności elektrycznej ε r ? Jaki ładunek zgromadzony jest na okładkach
kondensatora płaskiego o pojemności C, jeŜeli pomiędzy okładkami oddalonymi od siebie
o d występuje jednorodne pole elektryczne o natęŜeniu E?
31) Dwa kondensatory o pojemnościach C1 i C2 ( C 2 ≠ C1 ) łączymy szeregowo. Które z
poniŜszych wielkości są jednakowe dla obu kondensatorów:
C1
C2
a) ładunek zgromadzony na okładkach
kondensatorów naładowanych ładunkiem
o tym samym znaku
b) napięcie między okładkami?
Określić pojemność zastępczą dla podanego układu kondensatorów oraz napięcie
pomiędzy okładkami kondensatora o pojemności C1, jeŜeli ładunek zgromadzony na
kaŜdej z okładek tego kondensatora jest równy co do modułu Q1 .
32) Dwa kondensatory o pojemnościach C1 i C2 ( C 2 ≠ C1 ) łączymy równolegle. Które z
poniŜszych wielkości są jednakowe dla obu kondensatorów
a) ładunek zgromadzony na okładkach
C1
kondensatorów naładowanych ładunkiem
o tym samym znaku
b) napięcie między okładkami?
Określić pojemność zastępczą dla podanego układu kondensatorów oraz ładunek
zgromadzony na okładkach kondensatora o pojemności C1, jeŜeli napięcie między jego
okładkami jest równe U1.
33) Określić energie pola elektrostatycznego występującego pomiędzy okładkami
kondensatora płaskiego próŜniowego o pojemności C naładowanego ładunkiem Q oraz
zaleŜność gęstości energii pola elektrycznego w próŜni od natęŜenia tego pola.
C2