Выполненные решения заданий и задач. 11

485
2022г Вариант 1 - ДЗ №3 + ДЗ №4 - Колебания + Волны Зачтено на максимальный баллВариант 1 - ДЗ №3 - Колебания Для механических систем (МС), расположенных на горизонтальной плоскости и представленных на рис. 22 – 25, определить круговую частоту и период собственных незатухающих колебаний. Значения масс шариков, жёсткость соединяющих их пружин, а также другие исходные данные приведены в табл. 8. Трением шариков при их движении о контактную горизонтальную плоскость пренебречь. Для конкретной колебательной системы (КС), представленной на соответствующем рисунке, необходимо: 1. Вывести дифференциальное уравнение малых свободных затухающих колебаний, если сила сопротивления движению тела КС пропорциональна скорости, т.е., где r - коэффициент сопротивления. 2. Определить круговую частоту  и период T0 свободных незатухающих колебаний. 3. Найти круговую частоту  и период T свободных затухающих колебаний. 4. Вычислить логарифмический декремент затухания. 5. Определить, используя начальные условия задачи и исходные данные, начальные амплитуду A0 и фазу  колебаний. 6. Написать с учетом найденных значений уравнение колебаний. Другие исходные данные и начальные условия задачи для каждого варианта задания приведены в табл. 8 – 15. 2022г Вариант 1 - ДЗ №4 - Волны  Зачтено на максимальный балл В среде на расстоянии d друг от друга находятся одинаковые излучатели плоских продольных, акустических, монохроматических волн (S1 и S2, рис.34). Оба излучателя колеблются по закону  , где  - смещение излучателя из положения равновесия при колебаниях, A - амплитуда, ω - круговая частота при колебаниях излучателя. Исходные данные для каждого варианта задания представлены в таблице № 16 № варЧастота υ кГцАмплитуда А, ммd, мl, мСредаСкорость волны в среде с, м/с110,81,3630воздух340 Необходимо: - Вывести уравнение колебаний частиц среды в точке М, находящейся на расстоянии l от второго излучателя. Считать, что направления колебаний частиц среды в точке М совпадают с осью x; - Определить отношение амплитуды смещений частиц среды к длине волны l; - Вывести уравнение колебаний скорости частиц среды в точке М. Найти амплитуду скорости частиц среды и её отношение к скорости распространения волны; - Вывести уравнение колебаний деформаций частиц среды в точке М. Найти связь амплитуды деформаций с амплитудой скорости частиц среды. ​
487
2022г Вариант 1 - ДЗ №3 - Колебания Зачтено на максимальный баллВариант 1 - ДЗ №3 - КолебанияДля механических систем (МС), расположенных на горизонтальной плоскости и представленных на рис. 22 – 25, определить круговую частоту и период собственных незатухающих колебаний. Значения масс шариков, жёсткость соединяющих их пружин, а также другие исходные данные приведены в табл. 8. Трением шариков при их движении о контактную горизонтальную плоскость пренебречь.Для конкретной колебательной системы (КС), представленной на соответствующем рисунке, необходимо:1. Вывести дифференциальное уравнение малых свободных затухающих колебаний, если сила сопротивления движению тела КС пропорциональна скорости, т.е., где r - коэффициент сопротивления.2. Определить круговую частоту  и период T0 свободных незатухающих колебаний.3. Найти круговую частоту  и период T свободных затухающих колебаний.4. Вычислить логарифмический декремент затухания.5. Определить, используя начальные условия задачи и исходные данные, начальные амплитуду A0 и фазу  колебаний.6. Написать с учетом найденных значений уравнение колебаний.Другие исходные данные и начальные условия задачи для каждого варианта задания приведены в табл. 8 – 15.
489
2022г Вариант 1 - ДЗ №4 - Волны  Зачтено на максимальный балл В среде на расстоянии d друг от друга находятся одинаковые излучатели плоских продольных, акустических, монохроматических волн (S1 и S2, рис.34). Оба излучателя колеблются по закону  , где  - смещение излучателя из положения равновесия при колебаниях, A - амплитуда, ω - круговая частота при колебаниях излучателя.Исходные данные для каждого варианта задания представлены в таблице № 16№ варЧастота υкГцАмплитуда А,ммd, мl, мСредаСкорость волны в среде с, м/с110,81,3630воздух340 Необходимо:- Вывести уравнение колебаний частиц среды в точке М, находящейся на расстоянии l от второго излучателя. Считать, что направления колебаний частиц среды в точке М совпадают с осью x;- Определить отношение амплитуды смещений частиц среды к длине волны l;- Вывести уравнение колебаний скорости частиц среды в точке М. Найти амплитуду скорости частиц среды и её отношение к скорости распространения волны;- Вывести уравнение колебаний деформаций частиц среды в точке М. Найти связь амплитуды деформаций с амплитудой скорости частиц среды.​
492
2022г Вариант 1 - ДЗ №4 - Пространственная статикаЗачтено на максимальный балл ​Условия типовых задач. Задача первого типа. Определить: реакции сферического шарнира или подпятника A и подшипника В, дополнительно в задачах вариантов 4, 13, 16, 18, 25, 26, 27 - реакцию опоры, касающейся середины соответствующего отрезка в точке К; в задачах вариантов 9, 24 — реакцию стержня КС; в остальных задачах — необходимую для равновесия силу Q. При этом в вариантах задач, в которых сила Q приложена в точке D, принять точку D лежащей на середине соответствующего отрезка. Принять как заданные величины P и l, при этом l1 = 2l, R = 2r = l, М = 0,5Pl. В задачах вариантов 1, 2, 4, 6, 7, 8, 10, 12, 13, 16, 18, 20, 21, 23, 24, 25 принять AB = 2ВС = 2l. Во всех вариантах принять α = γ = 30°, β = φ = 60°, при этом углы α и β отсчитываются в вертикальных плоскостях, а углы γ и φ - в горизонтальных. Задача второго типа. Определить реакцию заделки, если заданы P и l , пара сил с моментом М = 3Рl, qo = 3P/l, АВ = ВС = CD = DE = l, γ = 30°, β = 60°. ​
493
2022г Вариант 1 - ДЗ №4 - Электромагнитные волны Зачтено на максимальный баллУсловие: Плоская гармоническая электромагнитная волна распространяется в вакууме в положительном направлении оси Ox. Вектор плотности потока электромагнитной энергии S имеет вид:  . Считая волновое число k и амплитудное значение   вектора известными действительными величинами, что допустимо для однородной изотропной среды без эффектов поглощения, найти:Вектор напряжённости электрического поля E этой волны как функцию времени t и координат точки наблюдения;Вектор напряжённости магнитного поля H этой волны как функцию времени t и координат точки наблюдения;Объёмную плотность энергии w;Средний вектор Пойнтинга áSñСреднее значение áSñ плотности потока энергии, переносимой этой волной;Вектор плотности тока смещения  Среднее за период колебаний значение модуля плотности тока смещения  Величину импульса Kед (в единице объёма).Записать волновое уравнение для магнитной и электрической                 компонент рассматриваемой электромагнитной волны и изобразить схематично мгновенную фотографию этой волны.Данно: 
495
2022г Вариант 20 - ДЗ №1 + ДЗ №2 - Динамика материальной точки - Динамика вращательного движения Защищено в сумме на 20 из 20 возможных баллов Условие: Гладкая частица сферической формы массой m, которую можно рассматривать как материальную точку, ударяется со скоростью  о гладкую массивную преграду, которая движется со скоростью  . Угол, образованный векторами  и  ,  равен . Массу преграды считать бесконечной. На рис. 5, 6 преграда имеет форму плоской стенки, на рис.7 – форму острого конуса с углом раствора γ, а на рис. 8 – форму конуса сферической головной частью радиусом R. Удар частицы о сферическую поверхность происходит в точке А, расположенной под углом γ относительно оси преграды. При этом АО = R. Виды взаимодействия: а) абсолютно упругий удар (АУУ); б) неупругий удар (НУУ); в) абсолютно неупругий удар (АНУУ). Обозначения:  - конечная скорость частицы после удара; αк - угол, образованный векторами  и  ;  - изменение вектора скорости частицы за время удара;  - изменение модуля импульса частицы за время удара; ΔE - изменение кинетической энергии частицы за время удара; F - модуль средней силы, с которой частица действует на стенку во время удара; F.Δt - модуль импульса силы, который за время удара Δt частица передаёт стенке;  - энергия деформирования частицы при ударе, выраженная через её начальную кинетическую энергию, где  - безразмерный коэффициент. Однородный жёсткий стержень длиной l=0,5 м и массой М=0,5 кг может свободно без трения вращаться вокруг горизонтальной оси О. При прохождении стержнем вертикального положения с угловой скоростью 0 , он своим нижним концом ударяет по маленькому кубику массой m=0,1 кг, который после удара движется в плоскости рисунка (рис. 1). При этом взаимодействие стержня с кубиком может происходить в виде: абсолютно упругого удара (АУУ); неупругого удара (НУУ); абсолютно неупругого удара (АНУУ). Другие обозначения: 0 – угловая скорость стержня сразу после взаимодействия с кубиком; 0m – минимальная угловая скорость 0, при которой стержень после удара совершит полный оборот вокруг оси O при заданном типе взаимодействия; 0m – угловая скорость стержня сразу после взаимодействия с кубиком, при условии, что начальная угловая скорость стержня была равна 0m; К - угловая скорость стержня в крайней верхней точке после удара; m - максимальный угол отклонения стержня от положения равновесия после удара; V0 – скорость кубика после удара; E – потери механической энергии при ударе стержня по кубику. Расчет следует начинать с определения минимальной угловой скорости стержня 0m.
496
2022г Вариант 20 - ДЗ №1 - Динамика материальной точкиЗачтено на максимальный баллУсловие: Гладкая частица сферической формы массой m, которую можно рассматривать как материальную точку, ударяется со скоростью  о гладкую массивную преграду, которая движется со скоростью  . Угол, образованный векторами  и  ,  равен . Массу преграды считать бесконечной. На рис. 5, 6 преграда имеет форму плоской стенки, на рис.7 – форму острого конуса с углом раствора γ, а на рис. 8 – форму конуса сферической головной частью радиусом R. Удар частицы о сферическую поверхность происходит в точке А, расположенной под углом γ относительно оси преграды. При этом АО = R. Виды взаимодействия: а) абсолютно упругий удар (АУУ); б) неупругий удар (НУУ); в) абсолютно неупругий удар (АНУУ). Обозначения:  - конечная скорость частицы после удара; αк - угол, образованный векторами  и  ;  - изменение вектора скорости частицы за время удара;  - изменение модуля импульса частицы за время удара; ΔE - изменение кинетической энергии частицы за время удара; F - модуль средней силы, с которой частица действует на стенку во время удара; F.Δt - модуль импульса силы, который за время удара Δt частица передаёт стенке;  - энергия деформирования частицы при ударе, выраженная через её начальную кинетическую энергию, где  - безразмерный коэффициент.
499
2022г Вариант 20 - ДЗ №2 - Динамика вращательного движенияЗачтено на максимальный баллОднородный жёсткий стержень длиной l=0,5 м и массой М=0,5 кг может свободно без трения вращаться вокруг горизонтальной оси О. При прохождении стержнем вертикального положения с угловой скоростью 0 , он своим нижним концом ударяет по маленькому кубику массой m=0,1 кг, который после удара движется в плоскости рисунка (рис. 1). При этом взаимодействие стержня с кубиком может происходить в виде: абсолютно упругого удара (АУУ); неупругого удара (НУУ); абсолютно неупругого удара (АНУУ). Другие обозначения: 0 – угловая скорость стержня сразу после взаимодействия с кубиком; 0m – минимальная угловая скорость 0, при которой стержень после удара совершит полный оборот вокруг оси O при заданном типе взаимодействия; 0m – угловая скорость стержня сразу после взаимодействия с кубиком, при условии, что начальная угловая скорость стержня была равна 0m; К - угловая скорость стержня в крайней верхней точке после удара; m - максимальный угол отклонения стержня от положения равновесия после удара; V0 – скорость кубика после удара; E – потери механической энергии при ударе стержня по кубику. Расчет следует начинать с определения минимальной угловой скорости стержня 0m.
503
2022г Вариант 20 - ДЗ №2 - Кривые и поверхности второго порядка Зачтено на максимальный баллВ задачах 1, 2, 3: Привести уравнение кривой второго порядка ортогональным преобразованием и параллельным переносом к каноническому виду, указав преобразования перехода от исходной прямоугольной системы координат Oxy к полученной системе O′x ′ y ′ . Начертить кривую на плоскости xOy, изобразив на чертеже систему O′x ′ y ′ . В задаче 4: Привести уравнение поверхности второго порядка ортогональным преобразованием и параллельным переносом к каноническому виду, указав преобразования перехода от исходной прямоугольной системы координат Oxyz к полученной системе O′x ′ y ′ z ′ . Построить поверхность в полученной системе координат O′x ′ y ′ z ′ , используя метод сечений. Во всех задачах собственные числа матрицы A квадратичной формы расположить в порядке возрастания, а матрицу ортогонального преобразования T построить так, чтобы detT = +1.
505
2022г Вариант 20 - ДЗ №3 + ДЗ №4 - Колебания + Волны  Зачтено на максимальный баллВариант 20 - ДЗ №3 - Колебания Каждая колебательная система (КС), представленная на рис. 28, 29, 30, 31, состоит из шайбы массой m и двух упругих пружин, имеющих жесткости k1 и k2 . Движение КС происходит в окружающей среде с малыми вязкими свойствами (малым коэффициентом сопротивления r). На рис. 28, 30 шайба колеблется под действием пружин, соединенных параллельно, а на рис. 29, 31 колебания происходят под действием пружин, соединенных последовательно. Массой пружин можно пренебречь. На рис. 28, 29 КС имеет горизонтальное расположение, а на рис. 30, 31 вертикальное расположение в поле силы тяжести. Длины 1-ой и 2-ой пружин в недеформированных состояниях равны l10 и l20. На рис.28, 30 L - длина каждой пружины в деформированном состоянии при t=0. На рис.29, 31 L - общая длина двух пружин в деформированном состоянии при t=0. Возможные векторы начальной скорости шайбы равны V1, V2. Шайбу, находящуюся в положении равновесия, смещают до расстояния L, а затем импульсом придают ей в начальный момент времени t=0 скорость V1 или V2 , в соответствии с заданием (см. таблицы №10 - 13). В результате КС приходит в колебательное движение. Варrk1k2ml10l20LV1V220r*1,8k*1,6k*m*4l*4l*7,8l*0U* Вариант 20 - ДЗ №4 - Волны  Зачтено на максимальный баллЗадача 4-3 для вариантов с 18 по 22 Для прямого вертикального волновода (трубы) длиной l , расположенного в среде (воздухе или воде), как указано на соответствующем рисунке, необходимо: - вывести формулу для возможных частот продольных волн, возбуждаемых в волноводе, при которых в нём образуется стоячая волна; - указать какая частота колебаний является основной, а какие частоты относятся к обертонам (к высшим гармоникам); - определить частоту и длину волны i -ой гармоники; - для этой гармоники нарисовать вдоль волновода качественную картину: a) стоячей волны амплитуд смещений; б) стоячей волны амплитуд давлений. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что в том месте, где расположен узел стоячей волны смещений, то в этом месте будет пучность стоячей волны давлений и наоборот. Исходные данные для каждого варианта задачи представлены в таблице № 18. Скорость звука в воде с1 =1500 м/c, а в воздухе с2=340 м/c. № варСхема волноводаСредаДлина волновода l, мОпределить i – ю гармоникуВнутриСнаружи20Рис.45водавода0,92
507
2022г Вариант 20 - ДЗ №3 - Колебания Зачтено на максимальный баллВариант 20 - ДЗ №3 - КолебанияКаждая колебательная система (КС), представленная на рис. 28, 29, 30, 31, состоит из шайбы массой m и двух упругих пружин, имеющих жесткости k1 и k2 . Движение КС происходит в окружающей среде с малыми вязкими свойствами (малым коэффициентом сопротивления r). На рис. 28, 30 шайба колеблется под действием пружин, соединенных параллельно, а на рис. 29, 31 колебания происходят под действием пружин, соединенных последовательно. Массой пружин можно пренебречь. На рис. 28, 29 КС имеет горизонтальное расположение, а на рис. 30, 31 вертикальное расположение в поле силы тяжести. Длины 1-ой и 2-ой пружин в недеформированных состояниях равны l10 и l20. На рис.28, 30 L - длина каждой пружины в деформированном состоянии при t=0. На рис.29, 31 L - общая длина двух пружин в деформированном состоянии при t=0. Возможные векторы начальной скорости шайбы равны V1, V2. Шайбу, находящуюся в положении равновесия, смещают до расстояния L, а затем импульсом придают ей в начальный момент времени t=0 скорость V1 или V2 , в соответствии с заданием (см. таблицы №10 - 13). В результате КС приходит в колебательное движение.Варrk1k2ml10l20LV1V220r*1,8k*1,6k*m*4l*4l*7,8l*0U*
508
2022г Вариант 20 - ДЗ №3 - Колебания Зачтено на максимальный баллВариант 20 - ДЗ №3 - Колебания Каждая колебательная система (КС), представленная на рис. 28, 29, 30, 31, состоит из шайбы массой m и двух упругих пружин, имеющих жесткости k1 и k2 . Движение КС происходит в окружающей среде с малыми вязкими свойствами (малым коэффициентом сопротивления r). На рис. 28, 30 шайба колеблется под действием пружин, соединенных параллельно, а на рис. 29, 31 колебания происходят под действием пружин, соединенных последовательно. Массой пружин можно пренебречь. На рис. 28, 29 КС имеет горизонтальное расположение, а на рис. 30, 31 вертикальное расположение в поле силы тяжести. Длины 1-ой и 2-ой пружин в недеформированных состояниях равны l10 и l20. На рис.28, 30 L - длина каждой пружины в деформированном состоянии при t=0. На рис.29, 31 L - общая длина двух пружин в деформированном состоянии при t=0. Возможные векторы начальной скорости шайбы равны V1, V2. Шайбу, находящуюся в положении равновесия, смещают до расстояния L, а затем импульсом придают ей в начальный момент времени t=0 скорость V1 или V2 , в соответствии с заданием (см. таблицы №10 - 13). В результате КС приходит в колебательное движение. Варrk1k2ml10l20LV1V220r*1,8k*1,6k*m*4l*4l*7,8l*0U*
509
2022г Вариант 20 - ДЗ №4 - Волны  Зачтено на максимальный баллЗадача 4-3 для вариантов с 18 по 22Для прямого вертикального волновода (трубы) длиной l , расположенного в среде (воздухе или воде), как указано на соответствующем рисунке, необходимо:- вывести формулу для возможных частот продольных волн, возбуждаемых в волноводе, при которых в нём образуется стоячая волна;- указать какая частота колебаний является основной, а какие частоты относятся к обертонам (к высшим гармоникам);- определить частоту и длину волны i -ой гармоники;- для этой гармоники нарисовать вдоль волновода качественную картину:a) стоячей волны амплитуд смещений;б) стоячей волны амплитуд давлений.При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что в том месте, где расположен узел стоячей волны смещений, то в этом месте будет пучность стоячей волны давлений и наоборот.Исходные данные для каждого варианта задачи представлены в таблице № 18.Скорость звука в воде с1 =1500 м/c, а в воздухе с2=340 м/c. № варСхема волноводаСредаДлина волноводаl, мОпределить i – ю гармоникуВнутриСнаружи20Рис.45водавода0,92 
513
2022г Вариант 21 - ДЗ №2 - Динамика вращательного движенияЗачтено на максимальный баллОднородный жёсткий стержень длиной l=0,5 м и массой М=0,5 кг может свободно без трения вращаться вокруг горизонтальной оси О. При прохождении стержнем вертикального положения с угловой скоростью 0 , он своим нижним концом ударяет по маленькому кубику массой m=0,1 кг, который после удара движется в плоскости рисунка (рис. 1). При этом взаимодействие стержня с кубиком может происходить в виде: абсолютно упругого удара (АУУ); неупругого удара (НУУ); абсолютно неупругого удара (АНУУ). Другие обозначения: 0 – угловая скорость стержня сразу после взаимодействия с кубиком; 0m – минимальная угловая скорость 0, при которой стержень после удара совершит полный оборот вокруг оси O при заданном типе взаимодействия; 0m – угловая скорость стержня сразу после взаимодействия с кубиком, при условии, что начальная угловая скорость стержня была равна 0m; К - угловая скорость стержня в крайней верхней точке после удара; m - максимальный угол отклонения стержня от положения равновесия после удара; V0 – скорость кубика после удара; E – потери механической энергии при ударе стержня по кубику. Расчет следует начинать с определения минимальной угловой скорости стержня 0m.