Logo
Logo

Флюидин

A1  0.40 Запишите уравнение связи между $z_1$, $z_2$ и $z_3$.

Ответ: \[z_1 + z_2 + z_3 = 0\]
A2  0.40 Запишите выражение для силы тяжести, действующей на воду внутри первой трубки.

Ответ выразите через $\rho$, $g$, $A$, $z_1$ и $L$.

Ответ: \[F_g = \rho g A(L-z_1)\]
A3  0.40 Запишите выражение для разности сил давления, действующей на воду внутри первой трубки.

Ответ выразите через $\rho$, $g$, $L$, $A$, $\Delta p$ и $\Delta p_w$.

Ответ: \[F_p = (\Delta p - \Delta p_w) A - \rho g L A\]
A4  1.50 Запишите выражение для силы вязкого трения, действующей со стороны стенок первой трубки на воду внутри первой трубки.

Ответ выразите через $\eta$, $L$ и $\dot{z}_1$

\[Q = A v = \frac{\Delta P \pi \left( \frac{A}{\pi} \right)^2}{8 \eta l} \quad \Rightarrow \quad \Delta P A = 8 \pi \eta l v\]

Ответ: \[F_v = - 8 \pi \eta L \dot{z}_1\]
A5  1.20 Запишите второй закон Ньютона для воды внутри каждой из трубок (всего три уравнения). Получите выражения типа
\[ a \ddot{z} + b \dot{z} + c z = \dots\]

\[\rho A L \ddot{z}_1 + 8 \pi \eta L \dot{z}_1 +\rho g A z_1 = \Delta p A - \Delta p_w A\]\[\rho A L \ddot{z}_2 + 8 \pi \eta L \dot{z}_2 +\rho g A z_2 = \Delta p A - \Delta p_w A\]\[\rho A L \ddot{z}_3 + 8 \pi \eta L \dot{z}_3 +\rho g A z_3 = - \Delta p_w A\]

A6  0.30 Получите выражение типа
\[
a(\ddot{z}_1 - \ddot{z}_2) + b (\dot{z}_1 - \dot{z}_2) + c (z_1 - z_2) = \dots
\]

Ответ: \[\rho gAL (\ddot{z}_1-\ddot{z}_2) + 8 \pi \eta L (\dot{z}_1-\dot{z}_2) +\rho g A (z_1-z_2) = 0\]
A7  0.30 Получите выражение типа
\[
a(\ddot{z}_1 - \ddot{z}_3) + b (\dot{z}_1 - \dot{z}_3) + c (z_1 - z_3) = \dots
\]

Ответ: \[\rho A L (\ddot{z}_1-\ddot{z}_3) + 8 \pi \eta L (\dot{z}_1-\dot{z}_3) +\rho g A (z_1-z_3) = \Delta p A\]
A8  0.60 Пользуясь пунктом А1, исключите $z_3$ из выражения написанного в пункте А7. Другими словами, перепишите выражение через $z_1$, $z_2$ и их производные.

Ответ: \[\rho A L (2 \ddot{z}_1 + \ddot{z}_2) + 8 \pi \eta L (2 \dot{z}_1+\dot{z}_2) +\rho g A (2 z_1+z_2) = \Delta p A\]
A9  0.60 Подставьте экспоненциальный закон в выражения из пунктов А6 и А8. Получите систему алгебраических уравнений, связывающих $z_{1,0}$, $z_{2,0}$, $\Delta p_0$ и $\lambda$.

Ответ: \[
\begin{cases}
(z_{1,0}-z_{2,0}) \left[ \rho A L \lambda^2+ 8 \pi \eta L \lambda + \rho g A \right] = 0 \\
(2z_{1,0}+z_{2,0}) \left[ \rho A L \lambda^2+ 8 \pi \eta L \lambda + \rho g A \right] = \Delta p_0 A
\end{cases}
\]
B1  1.80 Получите среднюю мощность тепловой машины $W$.

Ответ выразите через $\Delta p_0$, $\Delta V_0$, $\omega$ и $\varphi$.

Работа, совершенная в цикле, не зависит от параллельного переноса этого цикла на $pV$-диаграмме, поэтому для вычисления можно положить $p_0=V_0=0$
\[\mathrm{d}A = p \, \mathrm{d}V = \Delta p_0 \cos (\omega t) \Delta V_0 \, \mathrm{d}( \cos (\omega t + \varphi) ) \]Обозначим $\omega t = u$, за один оборот $u$ проходит от $0$ до $2 \pi$. Тогда
\[ A = -\Delta p_0 \Delta V_0 \int\limits_0^{2 \pi} \cos u \sin(u+\varphi) \, \mathrm{d} u = -\Delta p_0 \Delta V_0 \int\limits_0^{2\pi} (\cos u \sin u \cos \varphi - \cos^2 u \sin \varphi) \, \mathrm{d} u = -\pi \Delta p_0 \Delta V_0 \sin \varphi \]

Ответ: \[W = \frac{A \omega}{2 \pi} = -\frac{\sin \varphi}{2}\omega \Delta p_0 \Delta V_0\]
B2  0.40 Пользуясь выражениями из пункта А9, получите уравнение вида
\[ (z_{1,0} + z_{2,0}) \cdot \left( a \lambda^2 + b \lambda + c \right) = -iK (z_{1,0}+z_{2,0}) \]

\[
\begin{cases}
(z_{1,0}-z_{2,0}) \left[ \rho A L \lambda^2+ 8 \pi \eta L \lambda + \rho g A \right] = 0 \\
(2z_{1,0}+z_{2,0}) \left[ \rho A L \lambda^2+ 8 \pi \eta L \lambda + \rho g A \right] = -i \frac{p_0}{2 L} (z_{1,0} + z_{2,0}) \cdot K A
\end{cases}
\]

Вычтем из второго уравнения половину первого
\[ \frac{3}{2} (z_{1,0}+z_{2,0}) \left[ \rho A L \lambda^2+ 8 \pi \eta L \lambda + \rho g A \right] = -i \frac{p_0 A}{2 L} (z_{1,0} + z_{2,0}) \cdot K \]

B3  0.40 Запишите квадратное уравнение на $x$ в виде
\[ ax^2 + bx + c + i K = 0.\]

Ответ: \[\frac{3 \rho g L}{p_0} x ^2 + 24 \frac{\pi \eta L^2}{p_0 A} \sqrt{\frac{g}{L}} x + \frac{3 \rho g L}{p_0} + i K = 0 \]
B4  1.70 При каком минимальном положительном значении $K$ флюидин начинает работать?

\[K=0.00075\]