Физика - готовые работы

1. Под действием какой силы при прямолинейном движении тела изменение его координаты со временем происходит по закону X=10+5t-10t2? Масса тела 2кг.

Согласно второму закону Ньютона:

Ускорение:

Скорость:

ВВЕДЕНИЕ
Быстрое развитие информационных технологий на предприятиях, обусловлено необходимостью повышения конкурентоспособности производимой продукции, как на внутреннем, так и на мировом рынке. Снижение трудоемкости в производственных цехах, технологических операциях достигается за счет внедрения современных способов ведения и управления производственными процессами.
Ручное управление производственными процессами не приносит ожидаемого эффекта. Поэтому требуется автоматизация производства, особенно на крупных предприятиях, имеющих длинные и сложные производственные цепочки. Можно дополнительно отметить, что повышение производительности при конвейерном производстве, так же как и в любом другом производстве, является одним из действенных способов увеличения прибыли предприятия. Другим способом уменьшения себестоимости продукции и, как следствие, повышение конкурентоспособности продукции, а так же прибыли от продукции, является уменьшение затрат. В век информационных технологий, механический труд заменяется электронно-механическими системами. В данной дипломной работе представлена основная часть разработки такой системы управления.
На предприятии ОАО «Екатеринбургский виншампанкомбинат» производство шампанского, как и других видов алкогольной промышленности, происходит на автоматизированном конвейере. Уровень автоматизации в настоящий момент недостаточно высокий, так как для работы конвейера требуется обслуживающий персонал для постоянного управления и регулирования процесса работы и, так как этим управлением занимается человек, то в этой ситуации появляется «человеческий фактор», который ухудшает качество работы, уменьшает производительность и повышает брак. На сегодняшний момент количество брака по требованиям и нормам составляет: брак при производстве 1.3% и брак готовой продукции 1.7%, т.е. всего 3%, а практически на предприятии происходит в среднем 4.3% брака от всей продукции, т.е. нормы не соблюдается. Для уменьшения количества брака, увеличения производительности конвейера, было предложено создать автоматизированную систему управления и регулирования, которая так же еще и уменьшит затраты на производство и сократит штат обслуживающего персонала.

Рассчитать h – параметры биполярного транзистора, его входное и выходное сопротивления, коэффициент передачи по току, пользуясь входными и выходными характеристиками транзистора. Тип транзистора – МП21Д. Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ).
Провести графоаналитический расчет усилительного каскада, включенного по схеме с ОЭ, с одним источником питания EК и с температурной стабилизацией рабочего режима.
Определить параметры элементов схемы усилительного каскада:
- коэффициенты усиления по току (Кi), напряжению (Кu), мощности (Kp); токи и напряжения в режиме покоя Iбо, Iко, Uбэо, Uкэо,; амплитудные значения входных и выходных переменных токов и напряжений в линейном режиме работы усилителя; полезную выходную мощность каскада и его КПД; верхнюю и нижнюю граничные частоты полосы пропускания.

1. Вращательное движение тел (физика твердого тела)
1.1 Угловая скорость и ускорение
Движение тела по окружности является частным случаем криволинейного движения. Наряду с вектором перемещения удобно рассматривать угловое перемещение Δφ (или угол поворота), измеряемое в радианах (рис. 1.6.1). Длина дуги связана с углом поворота соотношением
Δl = RΔφ.

При малых углах поворота Δl ≈ Δs.

Рисунок 1.6.1.
Линейное и угловое перемещения при движении тела по окружности.
Угловой скоростью ω тел в данной точке круговой траектории называют предел (при Δt → 0) отношения малого углового перемещения Δφ к малому промежутку времени Δt:


Угловая скорость измеряется в рад/с.
Связь между модулем линейной скорости υ и угловой скоростью ω:
υ = ωR.

При равномерном движении тела по окружности величины υ и ω остаются неизменными. В этом случае при движении изменяется только направление вектора
Равномерное движение тела по окружности является движением с ускорением. Ускорение

направлено по радиусу к центру окружности. Его называют нормальным, или центростремительным ускорением. Модуль центростремительного ускорения связан с линейной υ и угловой ω скоростями соотношениями:

Для доказательства этого выражения рассмотрим изменение вектора скорости за малый промежуток времени Δt. По определению ускорения

Векторы скоростей и в точках A и B направлены по касательным к окружности в этих точках. Модули скоростей одинаковы υA = υB = υ.
Из подобия треугольников OAB и BCD (рис. 1.6.2) следует:



Рисунок 1.6.2.
Центростремительное ускорение тела при равномерном движении по окружности.
При малых значениях угла Δφ = ωΔt расстояние |AB| =Δs ≈ υΔt. Так как |OA| = R и |CD| = Δυ, из подобия треугольников на рис. 1.6.2 получаем:


При малых углах Δφ направление вектора приближается к направлению на центр окружности. Следовательно, переходя к пределу при Δt → 0, получим:


При изменении положения тела на окружности изменяется направление на центр окружности. При равномерном движении тела по окружности модуль ускорения остается неизменным, но направление вектора ускорения изменяется со временем. Вектор ускорения в любой точке окружности направлен к ее центру. Поэтому ускорение при равномерном движении тела по окружности называется центростремительным.
В векторной форме центростремительное ускорение может быть записано в виде

где – радиус-вектор точки на окружности, начало которого находится в ее центре.
Если тело движется по окружности неравномерно, то появляется также касательная (или тангенциальная) составляющая ускорения.


В этой формуле Δυτ = υ2 – υ1 – изменение модуля скорости за промежуток времени Δt.
Направление вектора полного ускорения определяется в каждой точке круговой траектории величинами нормального и касательного ускорений (рис. 1.6.3).

Рисунок 1.6.3.
Составляющие ускорения и при неравномерном движении тела по окружности.
Движение тела по окружности можно описывать с помощью двух координат x и y (плоское движение). Скорость тела в каждый момент можно разложить на две составляющие υx и υy (рис. 1.6.4).
При равномерном вращении тела величины x, y, υx, υy будут периодически изменяться во времени по гармоническому закону с периодом



Рисунок 1.6.4.
Разложение вектора скорости по координатным осям.
1.2. Момент импульса
Момент импульса частицы. Моментом импульса L части¬цы А относительно точки О называется величина, равная век¬торному произведению радиус-вектора частицы r на ее им¬пульс р:
(9.23)
В общем случае произвольного движения частицы относи¬тельно точки О модуль вектора момента импульса равен:
(9.24)
где R - плечо импульса частицы относительно точки О (см. рис. 9.8).
Пусть частица массой m совершает вращательное движение вокруг некоторой произвольной оси Z с угловой скоростью w (см. рис. 9.9). Направление вектора момента импульса относи¬тельно произвольной точки О, расположенной на этой оси, как следует из рис. 9.9, составляет с ней угол (3 и не совпадает с на¬правлением вектора угловой скорости. Учитывая, что вектора г и v взаимно перпендикулярны, получим выражение для рас¬чета величины вектора момента импульса частицы относи¬тельно точки О:
(9.25) Моментом импульса частицы относительно произвольной
оси Z называется проекция вектора L на эту ось. Как видно из рис. 9.9,
(9.26)
Как следует из (9.26), момент импульса частицы относительно закрепленной оси не зависит от выбора точки О на этой оси.
Момент импульса твердого тела. Рассмотрим твердое те¬ло, совершающее вращательное движение вокруг некоторой закрепленной оси с угловой скоростью со. Моментом импуль¬са тела называется величина, равная векторной сумме момен¬тов импульса его частей:
(9.27)
Очевидно, что, как и для случая с частицей, проекция момен¬та импульса i-й части тела на ось Z в соответствии с рис. 9.10 равна:
(9.28)
Произведя суммирование по всему телу и исходя из определе¬ния момента инерции, получим выражение для расчета проек¬ции момента импульса тела на ось Z:
(9.29)
При суммировании мы учли, что проекции векторов моментов импульса каждой части тела на ось Z имеют одинаковые зна¬ ки, т. к. для них (как следует из геометрических соображений) углы между вектором угловой скорости и моментами импуль¬сов всегда острые. Заметим, что выражение (9.29) не зависит от выбора точки О на оси вращения.
1.3. Момент силы
Момент силы относительно произвольной точки.
Пусть частица А движется относительно точки О под действи¬ем произвольной силы F (см. рис. 9.2).
Моментом силы М относительно произвольной точки О называется векторное произведение радиус-вектора ча¬стицы г, проведенного из точки О в точку приложения си¬лы F, на вектор этой силы:
(9.4)
Вектор момента силы перпендикулярен плоскости, в которой находятся r и F. Направление вектора M задается в соответ¬ствии с правилом нахождения результата векторного произведения. Вектора r и F изображают исходящими из одной точки и мысленно связывают с ними правый винт (см. рис. 9.3). За¬тем головку винта поворачивают по кратчайшему пути от r к F. Направление вектора M совпадает с направлением поступа¬тельного движения винта.
Величина вектора момента сил рассчитывается как
(9.5)
где - плечо силы, равное кратчайшему расстоянию от оси вращения до продолжения линии действия силы (см. рис. 9.2).
Момент силы относительно закрепленной оси. Момен¬том силы относительно закрепленной оси Z называется вели¬чина, равная проекции вектора момента сил М на данную ось, взятого относительно произвольной точки О, расположенной на этой оси (см. рис. 9.4).
(9.6)
Найдем значение вектора М для твердого тела, вращающегося вокруг закрепленной оси Z под действием силы F. Разложим эту силу на три составляющие (см. рис. 9.4):
где - составляющая силы, параллельная оси вращения;
-тангенциальная составляющая силы, расположенная в плоскости вращения;
-нормальная составляющая силы, расположенная в пло¬скости вращения.

Оптичний кабель (ОК) призначений для передачі інформації, що міс-титься в модульованих електромагнітних коливаннях оптичного діапазону. В даний час використовується діапазон довжин хвиль від 0.8 до 1.6 мкм, що відповідає ближнім інфрачервоним хвилям. У майбутньому можливе розши-рення робочого діапазону в область далеких інфрачервоних хвиль з довжи-нами хвиль від 5 до 10 мкм. Оптичний кабель містить один або декілька світ-ловодів. Світловод - це направляюча система для електромагнітних хвиль оп-тичного діапазону. Практичне значення мають тільки волоконні світловоди, виготовлені з високо прозорого діелектрика: скла або полімеру. Для концен-трації поля хвилі поблизу осі світловоду використовується явище перелом-лення і повного відбиття у волокні з показником переломлення, що зменшу-ється від осі до периферії плавно або стрибками. Світловод складається з оп-тичного волокна і покриття. Оптичне волокно (ОВ) зі скла виготовляється звичайно з зовнішнім діаметром 100 – 150 мкм. Конструкція ОВ показана на рис.2.2. Оптичне волокно складається із сердечника з показником перелом-лення n1 і оболонки з показником переломлення n2, причому n1>n2. Специ-фікою ОВ є їхня висока чутливість до зовнішніх механічних впливів. Квар-цове оптичне волокно має малий температурний коефіцієнт розширення, ви-сокий модуль пружності і низьку межу пружного розтягання; при відносному подовженні 0.5 – 1.5% воно ламається. Обрив волокна відбувається в перети-ні, найбільш ослабленими мікротріщинами, що виникають на його поверхні. Мікротріщини розвиваються при влученні на поверхню вологи, тому міц-ність непокритого волокна швидко зменшується, особливо у вологій атмос-фері. Механічні характеристики оптичного волокна, що надходить на кабе-льне виробництво, настільки ж важливі і підлягають такій же ретельній пере-вірці, як і оптичні його параметри.

Один из творцов нового анализа, Исаак Ньютон, в своём основном произведении «Математические начала натуральной философии» пользуется им только в неявной форме. И лишь спустя пятьдесят лет появляется первое крупное произведение, в котором к механической науке, систематически изложенной, систематически применяется анализ. Это была «Механика» Эйлера, вышедшая из печати в Петербурге в 1736 г. В показе того, как механические вопросы переводятся на математический язык, как решаются до конца получающиеся при этом уравнения, в развитии с этой целью самого анализа и заключается главная заслуга «Механики» Эйлера. Если же учесть позднейшие работы Эйлера, то ему принадлежат крупнейшие заслуги в деле создания теории движения твердых тел.
В механике Эйлеру принадлежит первое планомерно проведённое применение аналитических методов и бесчисленные открытия, вошедшие в современную механику под его именем, а во многих случаях и без упоминания автора.

2. Примеры квантовых осцилляторов
Первым примером может служить математический маятник. Математический маятник включает материальную точку, подвешенную с помощью длинной нерастяжимой и невесомой нити к неподвижной точке в однородном гравитационном поле [2, 396].
Аналогичным образом можно рассматривать и так называемый физический маятник. Физическим маятником называется тело, подвешенное в поле силы тяжести в точке, не совпадающей с центром инерции [2, 398].
Рассмотрим пример из области электромагнетизма, а именно – идеальный колебательный контур, состоящий из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L.
Если зарядить конденсатор и предоставить систему самой себе, то в ней начнется процесс разряда конденсатора через катушку индуктивности. Ток разряда при этом будет изменяться со временем, что приведет к возникновению ЭДС самоиндукции в катушке и, как следствие, к перезарядке конденсатора. Затем снова последует разряд конденсатора и так далее. Таким образом, в контуре возникнут незатухающие колебания заряда q, тока I и напряжения Uc. Уравнение, которому будут подчиняться эти колебания, легко получить, используя второе правило Кирхгофа. Если обозначить напряжение на конденсаторе через Uс, а ЭДС самоиндукции через , то из указанного закона следует:
(2.1)
Напряжение Uс на конденсаторе выражается через его заряд и емкость в виде
(2.2)

4. Водородные бомбы
Еще в годы второй мировой войны в самых неожиданных местах на территории США падали бомбы, раздавались взрывы, пылали пожары. Но об этих таинственных налетах, без сигналов тревоги и вражеских самолетов в воздухе, хранила молчание даже американская печать. Лишь несколько лет назад было сообщено, что эти таинственные бомбардировки осуществлялись воздушными шарами, запущенными с японских островов. Таких шаров было запущено более тысячи.
Успехи атомной физики и химии открыли путь к возможности использования в практических целях изотопов водорода. К сожалению, эти возможности в первую очередь были использованы для целей военного характера, для создания водородной бомбы.
В водородной бомбе используется энергия термоядерной реакции (между дейтерием и тритием), ведущей к образованию гелия и выделению нейтронов. Чтобы между изотопами водорода началась реакция, надо нагреть их до сверхвысоких температур порядка не менее 10 млн. градусов. Такая температура возникает при взрыве атомной бомбы, которая играет роль запала в водородной бомбе [1].
Водородная бомба превосходит по своей силе атомную. Дело в том, что в атомной бомбе количество атомного взрывчатого материала ограничено и не может превышать определенной так называемой критической массы; в водородной бомбе количество взрывчатого вещества (смесь изотопов водорода) не ограничено. Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба – сулит смерть...

1. Понятие момента силы и момента импульса
При описании вращательного движения важнейшими динамическими характеристиками являются момент силы М и момент импульса L. Момент силы характеризует в динамике ее способность вызывать вращение тел и изменять угловую скорость. Различают момент силы относительно центра (точки) и относительно оси.
Подводя итоги нашей работы, можно сделать следующие заключения.
Момент импульса системы частиц, также как и импульс системы, является аддитивной величиной.
Для замкнутой системы справедлив закон сохранения момента импульса: суммарный момент импульса замкнутой системы тел сохраняется.
Можно также отметить следующее. Момент импульса системы, определенный относительно центра инерции, называется собственным моментом импульса системы. Это понятие, соответствующим образом видоизмененное, имеет большое значение в области микромира.

В 1926 г. австрийский физик Э. Шредингер нашел математическое уравнение, определяющее поведение волн материи, так называемое уравнение Шредингера. Английский физик П. Дирак обобщил его.
Смелая мысль Л.де-Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.
Волны материи, которые первоначально представлялись как наглядно-реальные волновые процессы потипу волн акустики, приняли абстрактно-математический облик и получили благодаря немецкому физику М. Борну символическое значение как «волны вероятности».
Однако гипотеза де-Бройля нуждалась в опытном подтверждении. Наиболее убедительным свидетельством существования волновых свойств материи стало обнаружение в 1927 г. дифракции электронов американскими физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером. После экспериментов по рассеянию медленных электронов (с энергиями