Метод экстремума потенциальной энергии

Применяя этот метод можно решать задачи статики, гидростатики, динамики вращательного движения, молекулярной физики и электростатики.

Для решения задач на нахождение условия равновесия системы неободимо найти выражение для потенциальной энергии, продифференцировать его и, приравняв к нулю, решить относительно неизвестного.

Задача: однородная тонкая палочка шарнирно укреплена за верхний конец. Нижняя часть её погружена в воду, причем равновесие достигается тогда. когда она расположена наклонно к поверхности воды и в воде находится её половина. Какова плотность материала палочки.

рис.45

За нулевой уровень U выберем горизонталь через О (рис.45).

Потенциальная энергия надводной части палочки U1= - , а подводной U2= () . Условие равновесия палочки , откуда

Задача: На гладкое проволочное кольцо радиуса R надет маленький шарик массой m (рис.46) Кольцо вместе с шариком вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через диаметр кольца с угловой скоростью . Где находится шарик?

рис.46

За нулевой уровень u примем нижнюю точку кольца. Тогда потенциальная энергия шарика в поле тяжести u1=mgR (1-Cos), а потенциальная энергия в поле центробежных сил инерции u2=-. Но в положении равновесия шарика Поэтому при при .

Метод экспоненты

Метод экспоненты в некотором роде является комбинацией методов дифференцирования и интегрирования и операции аналогии.

Экспонента обладает следующим свойством: её производная повторяет саму функцию (

Задача: Найти зависимость давления атмосферы от высоты.

Пусть давление столба воздуха единичной площади на высоте h=0 равно Ро (начальные условия).

При увеличении высоты на dh давление уменьшается на dP: dP=. Плотность воздуха выразим из уравнения Менделеева - Клапейрона.

откуда dP=-P

Далее, разделив переменные с учетом начальных условий получим:

P=Po

Полученная формула называется барометрической (или формулой Больцмана).

Задача: В схеме, изображенной на рис.47 в момент t=0, когда заряд конденсатора равен q0, замыкают ключ. Найти зависимость q=q (t)

рис.47

За время dt заряд конденсатора уменьшиться на dq=-Idt. Но I=, а . Поэтому dq=- или q=q0

Информация по теме:

Воспитательный потенциал семьи
Каждая семья обладает большими или меньшими воспитательными возможностями. От этих возможностей и от того, насколько обоснованно и целенаправленно родители используют их, зависят результаты домашнего воспитания Под воспитательным потенциалом семьи современные ученые понимают характеристики, отражаю ...

Анализ программы развития городской системы образования
Новое качество образования – главная цель реформирования современной школы. Совершенствование или принципиальная перестройка содержания, форм и методов обучения и воспитания, организация образовательного процесса в соответствии с возрастающими традициями или переход в инновационный режим развития – ...

Компетентностно-деятельностный подход к обучению иностранным языкам в высшей школе
Отличительной чертой XXI века является то, что он назван ЮНЕСКО «веком полиглотов», т. е. знание не только одного, а нескольких иностранных языков становится необходимым условием образованности в информационном (постиндустриальном) обществе, Следовательно, важнейшим требованием к уровню и качеству ...