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
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 считать равноускоренным.
Решение
Решение.
Для решения задачи воспользуемся законами кинематики и законом изменения механической энергии.
Дано:
H=100 м
m=2 кг
v0=0 м/с
t=5 с
g=10 м/с2
∣Aсопр∣−?
Анализ и формулы:
1. Мяч падает с высоты H. Если бы сопротивления воздуха не было, он падал бы с ускорением свободного падения g. Однако наличие силы сопротивления делает его ускорение a меньше, чем g.
2. Согласно условию, движение равноускоренное. Пройденный путь (высота H) при движении из состояния покоя вычисляется по формуле:
H=2a⋅t2
Отсюда мы можем найти реальное ускорение мяча a:
a=t22⋅H
3. На мяч действуют две силы: сила тяжести Fт=m⋅g, направленная вниз, и сила сопротивления Fсопр, направленная вверх. По второму закону Ньютона в проекции на ось, направленную вниз:
m⋅g−Fсопр=m⋅a
Отсюда выразим модуль силы сопротивления:
Fсопр=m⋅g−m⋅a=m⋅(g−a)
4. Работа силы сопротивления при перемещении мяча на расстояние H равна произведению модуля силы на пройденный путь и на косинус угла между силой и перемещением. Так как сила сопротивления направлена против движения, её работа отрицательна, а модуль работы равен:
∣Aсопр∣=Fсопр⋅H
Подставим выражение для силы:
∣Aсопр∣=m⋅(g−a)⋅H
Вычисления:
1. Найдем ускорение мяча:
a=(5 с)22⋅100 м=25200 м/с2=8 м/с2
2. Найдем модуль работы силы сопротивления:
∣Aсопр∣=2 кг⋅(10 м/с2−8 м/с2)⋅100 м
∣Aсопр∣=2⋅2⋅100=400 Дж
Проверка размерности:
[A]=кг⋅м/с2⋅м=Н⋅м=Дж
Ответ: 400 Дж
Источник: ФИПИ