Основы механики: движение, силы, энергия и импульс
32 карточки по механике для старшей школы или вводного вузовского курса: движение, силы, энергия, импульс, движение по окружности и гравитация. В некоторых используются производные или интегралы.
- Level
- basic
- Languages
- ru → ru
- Cards
- 32
- Markdown
- Основы механики: движение, силы, энергия и импульс (.md)
Flashcards (32)
| # | Front (Term / Question) | Back (Definition / Answer) | Example | Multiple-Choice Options |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Чем отличаются упругие и неупругие столкновения при пренебрежимо малом внешнем импульсе силы? | В обоих сохраняется суммарный импульс. Упругое столкновение сохраняет и полную кинетическую энергию, неупругое — нет. Обычные диссипативные столкновения превращают часть кинетической энергии во внутреннюю. | ||
| 2 | Когда в обычной модели частиц с не зависящим от времени потенциалом сохраняется K + U? | Если работу совершают только консервативные силы, K + U постоянно. В общем случае Δ(K + U) = W_nc, поэтому достаточно нулевой суммарной неконсервативной работы. | ||
| 3 | Какие уравнения описывают одномерное движение с постоянным ускорением a? | v = v₀ + at; Δx = v₀t + ½at²; v² = v₀² + 2aΔx; Δx = ½(v₀ + v)t. t — прошедшее время, v₀ — начальная скорость. | ||
| 4 | Какова скорость убегания для пренебрежимо малой пробной массы с поверхности изолированного сферически симметричного тела массы M и радиуса R под действием одной гравитации? | v_esc = √(2GM/R), относительно центра тела. В этой модели это минимальный модуль скорости для достижения бесконечности с нулевой остаточной скоростью. | ||
| 5 | Как импульс равнодействующей силы связан с импульсом тела? | J = ∫F_net dt = F_avgΔt = Δp. При постоянной массе Δp = m(v_f − v_i). Это векторные соотношения. | ||
| 6 | Каковы компоненты движения тела, брошенного без сопротивления воздуха в однородном поле g, направленном вниз? | При положительном y вверх: aₓ = 0, vₓ = v₀cosθ, aᵧ = −g и vᵧ = v₀sinθ − gt. θ — угол броска над горизонтом. | ||
| 7 | Как вычислить мгновенную механическую мощность силы? | P = dW/dt = F·v = |F||v|cosθ. F·v — скалярное произведение векторов; θ — угол между силой и скоростью. 1 W = 1 J/s, то есть 1 Вт = 1 Дж/с. | ||
| 8 | Как при постоянном радиусе окружности связаны угловые величины, касательное движение и модуль полного ускорения? | Касательные компоненты со знаком: v_t = rω и a_t = rα. При модуле скорости v = |v_t| внутренняя радиальная компонента a_r = v²/r. Полный модуль |a| = √(a_t² + a_r²), поскольку компоненты перпендикулярны. | ||
| 9 | Когда брусок может покоиться на неподвижной плоскости под углом θ к горизонту, испытывая только тяжесть и контактные силы? | N = mg cosθ; трение покоя направлено вверх по плоскости и равно fₛ = mg sinθ, если fₛ ≤ μₛN. Иначе покой невозможен. В простой модели скольжения fₖ = μₖN противодействует относительному скольжению. | ||
| 10 | Каковы a и T в идеальной машине Атвуда с m₁ > m₂, натянутой невесомой нерастяжимой нитью, без трения и с пренебрежимой инерцией блока? | a = (m₁ − m₂)g/(m₁ + m₂); ускорение более тяжёлого груза направлено вниз. T = 2m₁m₂g/(m₁ + m₂). | ||
| 11 | Две частицы слипаются при столкновении с пренебрежимо малым внешним импульсом силы: какова общая конечная скорость? | v_f = (m₁v₁ + m₂v₂)/(m₁ + m₂), векторное соотношение. Столкновение абсолютно неупругое; кинетическая энергия поступательного движения обычно уменьшается. | ||
| 12 | Как через производные определяются мгновенная скорость и ускорение? | v = dr/dt и a = dv/dt = d²r/dt², где r — радиус-вектор, а производные существуют. | ||
| 13 | Чем отличаются центростремительная и центробежная силы? | Центростремительная — направленная внутрь составляющая равнодействующей, вызывающая круговое ускорение в инерциальной системе. Центробежная — направленный наружу инерционный член во вращающейся системе, а не новое физическое взаимодействие. | ||
| 14 | Чем отличаются инертная и пассивная гравитационная масса и что предсказывает слабый принцип эквивалентности? | Инертная масса связывает силу с ускорением; пассивная гравитационная определяет силу в заданном поле. Слабая эквивалентность предсказывает одинаковое свободное падение пробных тел в одном поле при одинаковых начальных условиях, если пренебречь негравитационными силами. | ||
| 15 | Какова ньютоновская формулировка третьего закона Кеплера для изолированной круговой орбиты двух тел? | T² = 4π²r³/[G(M + m)], где r — постоянное расстояние между телами, T — период. Если m ≪ M, знаменатель приблизительно равен GM. | ||
| 16 | Какую упругую потенциальную энергию запасает идеальная линейная пружина? | U = ½kx², с нулём при естественной длине. x — растяжение или сжатие относительно неё, k — жёсткость. | ||
| 17 | Какова формула Циолковского для идеального прямолинейного разгона ракеты и каковы её условия? | Δv = v_e ln(m₀/m_f), при постоянной эффективной скорости истечения v_e относительно ракеты и пренебрежимых внешних силах. m₀ и m_f — полные массы; m_f может включать оставшееся топливо и не обязана равняться сухой массе. | ||
| 18 | Чем различаются путь, перемещение, средняя путевая и средняя векторная скорость? | Путь — полная длина траектории; перемещение — векторное изменение положения. Средняя путевая скорость равна пути/времени, средняя векторная — перемещению/времени. | ||
| 19 | Почему равномерное движение по окружности ускоренное и каково ускорение? | Модуль скорости постоянен, но направление меняется. Ускорение направлено внутрь и имеет модуль a_c = v²/r = ω²r. | ||
| 20 | Какие силы ускоряют внутрь автомобиль без заноса на плоском повороте, спутник на круговой орбите и конический маятник? | Автомобиль: трение покоя. Спутник: гравитация. Конический маятник: горизонтальная составляющая натяжения T sinθ, где θ отсчитывается от вертикали. Центростремительная сила не является дополнительным взаимодействием. | ||
| 21 | Что такое импульс и когда сохраняется суммарный импульс фиксированной системы частиц? | p = mv — вектор. Для системы dP/dt = ΣF_ext; P постоянно при нулевой равнодействующей внешних сил. Нулевой суммарный внешний импульс силы обеспечивает равенство начального и конечного P. | ||
| 22 | Каковы закон тяготения Ньютона и поле сферического распределения массы? | Для точечных масс модуль притягивающей силы F = GMm/r². Вне сферически симметричного источника g = GM/r² внутрь. Внутри g = GM_enc(r)/r² при r > 0, где используется масса, заключённая внутри радиуса r. | ||
| 23 | Каков закон Гука для идеальной линейной пружины, если x отсчитывается от естественной длины? | Fₛ = −kx, где k — жёсткость. Минус означает, что сила противодействует растяжению или сжатию, возвращая к естественной длине. | ||
| 24 | Какова теорема о работе и энергии для ньютоновской частицы постоянной массы? | Суммарная работа равна изменению кинетической энергии: W_net = ΔK = ½m(v_f² − v_i²). | ||
| 25 | Какой угол даёт максимальную дальность при заданном модуле начальной скорости, одинаковых высотах старта и падения, однородном g и без сопротивления? | R = v₀²sin(2θ)/g, поэтому максимум при θ = 45°. Дополнительные до 90° углы θ и 90° − θ дают одинаковую дальность при этих условиях. | ||
| 26 | Какова нормальная сила N на весах в лифте, если aᵧ положительно вверх? | Пока сохраняется контакт, N = m(g + aᵧ). Ускорение вверх увеличивает N, вниз уменьшает. При постоянной скорости N = mg; в свободном падении aᵧ = −g и N = 0. | ||
| 27 | Какие формулы гравитационной потенциальной энергии действуют у поверхности Земли и для точечных масс? | В однородном поле у поверхности U = mgh с нулём при h = 0. Для точечных масс U = −GMm/r с нулём при бесконечном удалении. Формула верна и для неперекрывающихся сферически симметричных распределений массы, где r — расстояние между центрами. | ||
| 28 | Как найти положение и ускорение центра масс фиксированной ньютоновской системы частиц постоянной массы? | R_cm = Σmᵢrᵢ/M, где M = Σmᵢ. Если внутренние силы попарно компенсируются, M a_cm = ΣF_ext. | ||
| 29 | Чем отличается работа консервативных и неконсервативных сил? | Для не зависящей от времени консервативной силы работа зависит только от концов пути и равна −ΔU; на замкнутом пути она нулевая. Неконсервативная работа может увеличивать или уменьшать механическую энергию. | ||
| 30 | Какой баланс сил определяет установившуюся скорость падения в неподвижной жидкости или газе? | Скорость постоянна, равнодействующая нулевая: mg = выталкивающая сила + сопротивление. При пренебрежимо малой выталкивающей силе сопротивление = mg. Закон сопротивления зависит от режима течения. | ||
| 31 | Чем различаются скалярные и векторные величины? | Скаляр имеет числовое значение и единицу; вектор также имеет направление. Модуль скорости — скаляр, скорость как вектор — векторная величина. | ||
| 32 | Что дают наклоны и площади со знаком на графиках одномерного движения? | Наклон x–t даёт скорость, наклон v–t — ускорение. Площадь со знаком под v–t даёт перемещение, под a–t — изменение скорости. |