Комбинированная расчётная задача (высокий уровень) · 90 заданий
- Задание №22№22
Сжигая 40 г керосина, воду массой 2,5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании к…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Сжигая 80 г бензина, воду массой 5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании бенз…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока, равной 40 А. Полезная мощность двигателя равна 6,5 кВт. Чему равен КПД эл…
Работа и мощность электрического тока
- Задание №22№22
Определите напряжение на концах реостата, если мощность, потребляемая реостатом, равна 30 Вт. Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 6 м и…
Электрическое сопротивление
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику тока напряжением 15 В. За какое…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 м/с и откатывается на 40 с…
Сила трения
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. За какое время калориметр с водой нагреет…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Металлический шар массой m 1 = 2 кг упал на свинцовую пластину массой m 2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. С какой высоты…
Закон сохранения энергии
- Задание №22№22
Гиря падает на землю, ударяется о препятствие и нагревается от 30 °С до 100 °С. Чему была равна скорость гири перед ударом? Считать, что всё количеств…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой равна 10 ° С. Сила тока в нагревателе равна 7 А, КПД…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Высота плотины гидроэлектростанции (ГЭС) составляет 20 м, КПД ГЭС равен 90%. Сколько часов может светить лампа мощностью 40 Вт при прохождении через п…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. Сколько воды можно нагреть на 30 °С за 14 мин., если нагреватели включены по…
Количество теплоты. Теплоёмкость
Летящая пуля пробивает тонкую деревянную стенку. В момент удара
о стенку скорость пули была равна 400см, в момент вылета из стенки – 300см. На сколько градусов нагреется пуля, если считать, что всё количество теплоты, выделяемое при торможении в стенке, поглощается пулей? Удельная теплоёмкость вещества, из которого изготовлена пуля, равна 140кг⋅∘СДж.
Решение
Решение.
Для решения задачи воспользуемся законом сохранения и превращения энергии. При прохождении пули сквозь стенку её кинетическая энергия уменьшается. Согласно условию, вся энергия, потерянная пулей из-за трения о стенку, превращается во внутреннюю энергию пули (идёт на её нагрев).
Дано:
v1=400 м/с — начальная скорость пули
v2=300 м/с — конечная скорость пули
c=140 Дж/(кг ⋅ °С) — удельная теплоёмкость вещества пули
Q=∣ΔEk∣ — условие задачи (всё тепло поглощается пулей)
_________________
Δt−?
Математическое описание и расчёты:
1. Изменение кинетической энергии пули ΔEk равно разности её конечной и начальной кинетических энергий:
ΔEk=2m⋅v22−2m⋅v12, где m — масса пули.
2. Количество теплоты Q, выделившееся при торможении и пошедшее на нагрев, равно модулю изменения кинетической энергии:
Q=2m⋅v12−2m⋅v22=2m⋅(v12−v22).
3. С другой стороны, количество теплоты, необходимое для нагрева тела массой m на Δt градусов, вычисляется по формуле:
Q=c⋅m⋅Δt.
4. Приравняем правые части выражений для Q:
c⋅m⋅Δt=2m⋅(v12−v22).
5. Заметим, что масса m входит в обе части уравнения, поэтому мы можем на неё сократить:
c⋅Δt=2v12−v22.
6. Выразим искомую величину Δt:
Δt=2⋅cv12−v22.
7. Подставим числовые значения в полученную формулу:
Δt=2⋅1404002−3002=280160000−90000=28070000=287000=250 °С.
Проверим размерность:
[Δt]=Дж/(кг⋅°С)(м/с)2=(кг⋅м2/с2)/(кг⋅°С)м2/с2=м2/(с2⋅°С)м2/с2=°С.
Размерность совпадает.
Ответ: пуля нагреется на 250 °С.
Источник: ФИПИ