Решение.
Для решения задачи запишем условие, переведя все величины в Международную систему единиц (СИ).
Дано:
S=500 км=5⋅105 м
v=250чкм=3,6250≈69,44см (удобнее оставить в виде 3600250⋅1000=362500см)
P=2300 кВт=2,3⋅106 Вт
η=25%=0,25
q=4,6⋅107кгДж (удельная теплота сгорания керосина — табличное значение)
m−?
Анализ и формулы:
1. Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя определяется как отношение полезной работы Aпол к полному количеству теплоты Q, выделившемуся при сгорании топлива:
η=QAпол
2. Полезную работу двигателя можно выразить через его среднюю мощность P и время полета t:
Aпол=P⋅t
3. Время полета t при движении с постоянной средней скоростью v на расстояние S равно:
t=vS
Следовательно, Aпол=P⋅vS
4. Количество теплоты Q, выделяющееся при полном сгорании керосина массой m, равно:
Q=q⋅m
5. Подставим выражения для работы и теплоты в формулу КПД:
η=v⋅q⋅mP⋅S
6. Из полученного уравнения выразим искомую массу керосина m:
m=η⋅v⋅qP⋅S
Вычисления:
Подставим числовые значения в рабочую формулу. Для удобства расчетов переведем скорость v в см непосредственно в выражении:
m=0,25⋅3600 с250⋅103 м⋅4,6⋅107кгДж2,3⋅106 Вт⋅5⋅105 м
Сначала найдем время полета t:
t=250чкм500 км=2 ч=7200 с
Теперь вычислим полезную работу:
Aпол=2,3⋅106 Вт⋅7200 с=16560⋅106 Дж=1,656⋅1010 Дж
Найдем полное количество теплоты, которое должно выделиться:
Q=ηAпол=0,251,656⋅1010 Дж=6,624⋅1010 Дж
Вычислим массу топлива:
m=qQ=4,6⋅107кгДж6,624⋅1010 Дж=1,44⋅103 кг=1440 кг
Ответ: m=1440 кг
Источник: ФИПИ