Расчётная задача (высокий уровень) · 30 заданий
- Задание №21№21
Смешали 3 кг воды при 80 °С и 1,6 кг воды при 10 °С. Определите конечную температуру воды, если 20 % тепла, отданного горячей водой, пошло на нагреван…
Уравнение теплового баланса
- Задание №21№21
В сосуд с водой поместили кусок льда, масса которого в 2 раза больше массы воды. На рисунке изображён процесс теплообмена между водой и льдом. К оконч…
Уравнение теплового баланса
- Задание №21№21
Какую минимальную работу необходимо совершить для равномерного вертикального перемещения под водой на высоту 5 м сплошной мраморной плиты объёмом 1 м…
Работа и мощность
- Задание №21№21
В сосуд с водой поместили кусок льда, масса которого в 2 раза больше массы воды. На рисунке изображён процесс теплообмена между водой и льдом. К оконч…
Уравнение теплового баланса
- Задание №21№21
Сплошной металлический цилиндр, подвешенный к динамометру, поочередно полностью опускают сначала в воду, а затем в керосин. Показания динамометра в пе…
Закон Архимеда. Плавание тел
- Задание №21№21
В калориметр поместили 200 г мокрого снега и долили 200 г воды при температуре 100 °С. После этого снег растаял, и в калориметре установилась температ…
Уравнение теплового баланса
- Задание №21№21
Сплошной металлический цилиндр, подвешенный к динамометру, поочередно полностью опускают сначала в воду, а затем в спирт. Показания динамометра в перв…
Закон Архимеда. Плавание тел
- Задание №21№21
В калориметр поместили 200 г мокрого снега и долили 200 г воды при температуре 100 °С. После этого снег растаял, и в калориметре установилась температ…
Уравнение теплового баланса
- Задание №21№21
С высоты 100 м мяч массой 2 кг падает из состояния покоя. Определите модуль работы силы сопротивления за время падения, равное 5 с. Движение мяча счит…
Равноускоренное движение
- Задание №21№21
Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 1 л воды от 20 ºС до 100 ºС? Вода нагревается в алюминиевой кастрюле массой 200 г. Тепловыми потеря…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №21№21
Сплошной кубик плотностью 9 00 кгм^ 3 плавает на границе раздела воды и керосина, погрузившись в воду на глубину 4 см (см. рисунок). Слой керосина цел…
Закон Архимеда. Плавание тел
- Задание №21№21
Три лампы мощностью Р 1 = 50 Вт, Р 2 = 50 Вт, Р 3 = 25 Вт, рассчитанные на напряжение 110 В, соединены последовательно и подключены к источнику напряж…
Закон Ома
Какую минимальную работу необходимо совершить для равномерного вертикального перемещения под водой на высоту 5 м сплошной мраморной плиты объёмом 1 м3? Сопротивлением движению пренебречь.
Решение
Решение.
Для решения задачи проанализируем силы, действующие на плиту при её движении под водой. Чтобы поднимать плиту равномерно, приложенная сила F должна уравновешивать силу тяжести Fтяж и выталкивающую силу (силу Архимеда) FА.
Дано:
V=1 м3
h=5 м
ρм=2700 кг/м3 (плотность мрамора)
ρв=1000 кг/м3 (плотность воды)
g=10 Н/кг
--------------------
A−?
Физические законы и формулы:
1. Работа силы при перемещении тела вычисляется по формуле:
A=F⋅h, где F — сила, с которой мы тянем плиту вверх.
2. При равномерном подъёме сумма сил, действующих на тело, равна нулю (первый закон Ньютона в проекции на вертикальную ось):
F+FА−Fтяж=0, откуда F=Fтяж−FА.
3. Сила тяжести: Fтяж=m⋅g.
4. Масса плиты через её плотность и объём: m=ρм⋅V.
5. Выталкивающая сила (закон Архимеда): FА=ρв⋅g⋅V.
Вывод рабочей формулы:
Подставим выражения для сил в формулу работы:
A=(Fтяж−FА)⋅h
A=(ρм⋅g⋅V−ρв⋅g⋅V)⋅h
Вынесем общие множители за скобки:
A=(ρм−ρв)⋅g⋅V⋅h
Вычисления:
Подставим числовые значения из условия:
A=(2700 кг/м3−1000 кг/м3)⋅10 Н/кг⋅1 м3⋅5 м
A=1700⋅10⋅1⋅5=85000 Дж
Переведём в килоджоули: 85000 Дж=85 кДж.
Проверка размерности:
[A]=(кг/м3)⋅(Н/кг)⋅м3⋅м=Н⋅м=Дж.
Ответ: A=85000 Дж (или 85 кДж).
Источник: ФИПИ