Fizika fakultáció feladatai

OPTIKA, HŐTAN (4HÉT); ugrás a MECHANIKA feladatokhoz

• Geometriai optika
• Fizikai optika
• Hőmérséklet, hőtágulás, hőközlés
• Gáztörvények
• Halmazállapot-változások, kalorimetria
• Hőterjedés

11. hét:

1. (DRS101) Két síktükröt egymással szembefordítva úgy helyezünk el, hogy síkjaik 45°-os szöget alkossanak. Az a fénysugár, mely egymás után mind a két tükörről egyszer visszaverődik, hogyan halad tovább eredeti irányához képest?
2. (DRS102)8 cm görbületi sugarú homorú tükör előtt 12 cm-re 1 cm magas tárgy van.
   a, Határozzuk meg a képtávolságot!
   b, Számítsuk ki a kép nagyságát!
   c, Szerkesszük meg a képet!
3. (DRS103)Domború gömbtükör görbületi sugara 8 cm. Szerkesszük meg a tükör előtt 3 cm-re levő tárgy képét! Az eredményt számítással is ellenőrizzük!
4. (DRS104) Mekkora annak az anyagnak a törésmutatója, amelyre 60°-os beesési szög alatt ejtve a fényt, a visszavert és megtört fénysugár merőleges lesz egymásra?
5. (DRS106) Fénysugár esik 30°-os beesési szöggel egy planparalel üveglemezre (n=1,5). Milyen vastag az üveglemez, ha a fénysugár a lemezből kilépve, haladási irányára merőlegesen 1,94 cm-t tolódott el?
6. (DRS107) Prizma egyik oldallapjára merőlegesen beeső fénysugár a másik oldallapon kilépve az utóbbi síkjával 25°-os szöget zár be. A prizma anyagának törésmutatója 1,7. Mekkora a törőszög?
7. (DRS110) A visszaverődés törvényét felhasználva pontosan szerkesszük meg a homorú tükörről visszaver sugarat, ha a beeső sugár az optikai tengellyel párhuzamos, és attól R/2 távolságra halad.
   a, Hol metszi el ez a sugár az optikai tengelyt?
   b, Mit nevezünk fókuszpontnak?
   c, Hogyan kell eljárni a szerkesztés közben?

12. hét:

1. (26o) Számítsuk ki a lencse fókusztávolságát, ha r1=-10cm, r2= 5cm, a lencse levegőből készült (nagyon vékony óraüvegek közt levegő van), és vízben használjuk. A víznek a levegőre vonatkozó törésmutatója: n=4/3.
2. (34o) Hol van az a tárgy, amelyről egy 10 cm gyújtótávolságú gyűjtőlencse a lencse után 6 cm távolságban ernyőn felfogható képet ad? Mekkora a nagyítás és a tárgy, ha a kép 2 cm-es?
3. (53o1) Legalább mekkora legyen a falitükör, hogy egy 176 cm magas ember teljes egészében láthassa magát?
4. (53o2) Mekkora szögben látja a búvár a víz alól a teljes horizontot? A víznek a levegőre vonatkozó törésmutatója 4/3.
5. (53o3) Vízzel telt medence fenekén 1 m magas, függőleges oszlop áll, teljesen víz alatt. Mekkora az oszlop árnyéka a medence vízszintes fenekén a napsugarak 30°-os beesési szöge esetén?
6. (53o4) Az 1,52 törésmutatójú üvegből 2 dioptriás sík-domború lencsét készítünk. Mekkora legyen a görbületi sugara?
7. (53o5) Egy gyűjtőlencse a tőle 20 cm távolságban lévő valódi tárgyról háromszor akkora látszólagos képet ad. Mekkora a fókusztávolsága?

13. hét:

1. Fény hullámhossza levegőben 4·10^-7 m. Az üveg erre a fényre megadott törésmutatója 1,5. Mekkora a fény terjedési sebessége és hullámhossza az üvegben?
2. 650 nm hullámhosszúságú monokromatikus fénynyaláb lép be 1,6 törésmutatójú üvegbe. Mekkora a fény hullámhossza az üvegben? Megváltozik-e a fény színe?
3. Egy ibolya és egy vörös színű fény keverékéből álló fénysugár merőlegesen lép be egy 10 cm vastagságú üveglemezbe. Mekkora időkülönbséggel lép ki a két fénysugár a másik lapon, ha , az ibolya hullámhossza 396 nm, törésmutatója 1,81, a vörösé 560 nm, 1,739?
4. Üvegbe érkező 760 nm hullámhosszúságú fény beesési szöge 60°, törési szöge 30°. Mekkora a fény hullámhosszúsága üvegben?
5. Egy rés szélessége 5·10^-5 m. A rést lézerfénnyel világítjuk meg. Mekkora a lézerfény frekvenciája, ha a réstől 2 m-re elhelyezett ernyőn az elsőrendű maximumok egymástól mért távolsága 6 cm?
6. A levegőben 600 nm hullámhosszúságú monokromatikus fényt optikai rácsra irányítottunk. 0,5 m-es rács ernyő távolság esetén a nulladrendű és az elsőrendű erősítési helyek távolságát 9,6 cm-nek mértük. Mekkora a rácsállandó?
7. (71o10) Mennyi a terjedési sebessége az 5,19*10^-14 1/s frekvenciájú zöld színű fénynek az üvegben, ha hullámhossza 310 nm?

14. hét:

1. 15.1 Egy alumíniumból készült, 100 km hosszú távvezeték 0 °C hőmérsékleten szereltek fel. Mekkora lesz a hossza nyáron 40 °C hőmérsékleten, télen -30 °C hőmérsékleten? (α=2,4*10^-5 1/°C)
2. Autókerék tömlőjében 10 °C hőmérsékleten, 1,616*10⁵ Pa nyomás mellett 18 liter levegő van. 35 °C-ra felmelegítve a tömlő térfogata 19 liter. Mennyi benne a levegő nyomása?
3. A 15 °C-os és a 25 °C-os izoterma közül a (p-V) diagramon melyik helyezkedik el feljebb?
4. Rézlemezbe kicsiny lyukat fúrunk. Ezután a rézlemezt egyenletesen lehűtjük. Mi történik a lyukkal? Nagyobb lesz, kisebb lesz, vagy ugyanakkora marad? Miért?
5. Változik-e az anyag sűrűsége hő hatására?
6. Miért nem reped el a kvarcedény elég nagy hőmérséklet-változás esetén sem?
7. 50 cm hosszú és 4 mm átmérőjű kör keresztmetszetű vasrúd mindkét végét rögzítjük. Szobahőmérsékleten nincs feszültség a vízszintes rúdban. Mekkora feszültség lép fel a rúdban, ha a hőmérsékletét 30 °C-kal növeljük? Mekkora vízszintes erővel nyomja a rúd a rögzítési pontokat? A Young-modulus értéke 2*10¹¹ N/m². A hőtágulási együttható 12*10^-6 1/°C.

15. hét:

1. Mi az elvi akadálya annak, hogy a vizet 0 °C és 100 °C közötti tartományban hőmérő-folyadékként használjuk?
2. Milyen gázt nevezünk ideális gáznak?
3. Az állandó térfogatú gázhőmérő nyomása 100 °C-on 3,25*10⁴ Pa. Mekkora hőmérsékletet jelez a gázhőmérő akkor, amikor a gáz nyomása 4,75*10⁴ Pa?
4. Higannyal telt edénybe mindkét végén nyitott üvegcsövet süllyesztünk úgy, hogy a cső 60 cm hosszú része kint legyen a higanyból. Ezután a cső felső részét lezárjuk, és még 30 cm-rel beljebb nyomjuk a higanyba. Milyen hosszú ekkor a csőben lévő levegőoszlop, ha a külső légnyomás 760 mm magas Hg-oszlop nyomásával tart egyensúlyt?
5. Ábrázoljuk az ideális gáz izobár, izochor, izoterm folyamatait a nyomás - hőmérséklet diagramon!
6. Mennyi a normál állapotú hélium sűrűsége?
7. Gázpalackban 4*10⁶ Pa nyomású, 27 °C hőmérsékletű gáz van. Mekkora lesz a palackban a gáz nyomása, ha a gáz 25 %-át kiengedve, a hőmérséklet 7 °C-ra csökken?

16. hét:

1. 79.o: Egy ács 10 m hosszú acél mérőszalagját 20 °C hőmérsékleten hitelesítették. Mekkora a szalag hossza egy forró nyári napon, ha a hőmérséklet 35 °C?
2. 82.o: Egy 200 cm³-es üveget teljesen megtöltünk higannyal 20 °C-on. Mennyi higany folyik ki, ha az üveget egy 100 °C-os kemencébe tesszük? Az üveg lineáris hőtágulási együtthatója 4*10^-6 1/°C.
3. Csiszolópapír segítségével fényesre polírozzuk egy rézből készült 0,2 kg tömegű téglatest egyik lapját. A téglatest 50 N erővel szorítjuk a csiszolópapír felületére, ahol a súrlódási együttható 0,5. A munkadarabot 100x egymás után 10 cm-t előre, majd hátra mozgatjuk. Milyen hőmérsékletű lesz a kezdetben 20 °C-os réztest, ha a súrlódási munka 60%-a fordítódik a test melegítésére? (A réz fajhője: 390 J/kg*°C)
4. Egy függőleges helyzetű Melde-csőben, melynek felső vége nyitott, 20 cm hosszú higanyszál alatt 30 cm hosszúságban levegő van. Milyen hosszú lesz a Melde-csőben lévő levegő, ha a csövet vízszintes helyzetig döntjük?
5. Az előző példában szereplő Melde-cső hossza 55 cm, a szobahőmérséklet 20 °C. Most nem döntjük meg a csövet, hanem a cső levegőt tartalmazó alját meleg vízzel telt főzőpohárba merítjük. Legfeljebb mekkora leheta víz hőmérséklete, hogy ne folyjon ki a higany a függőlegesen tartott Melde-csőből?
6. 123.o: Egy gépkocsi kerekében reggel a túlnyomás 2 atmoszféra, a hőmérséklet 17 °C, a keréktömlő térfogata 30 dm³ Hány mól levegő van a kerékben? Mekkora lesz a kerékben a túlnyomás, ha a déli napsütésben a kerék hőmérséklete 40 °C-ra emelkedik, azonban a szelep szivárgása miatt a tömlőben levő levegő 20 %-a kiáramlott? (A tömlő térfogata állandó!)
7. Két mól mennyiségű gázzal körfolyamatot végzünk. Kezdetben a gáz nyomása 3*10⁵ Pa, hőmérséklete 300 K. Először a gáz nyomását állandó térfogat mellett 2*10⁵ Pa-ra csökkentjük, majd a térfogatát állandó nyomás mellett megduplázzuk, majd újra állandó térfogat mellett az eredeti értékre növeljük a nyomást, végül állandó nyomás mellett visszatérünk a kiindulási állapotba. Ábrázoljuk a körfolyamatot, a nyomás-térfogat, a térfogat-hőmérséklet és a nyomás-hőmérséklet állapotsíkokon! Az állapotsíkokon jelöljük be a jellemző mennyiségek számértékét is!