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
Маленький свинцовый шарик объёмом 0,02 см3 равномерно падал по вертикали в воде. На какой глубине оказался шарик, если в процессе его движения выделилось количество теплоты, равное 12,42 мДж?
Решение
Решение.
Дано:
V=0,02 см3=0,02⋅10−6 м3=2⋅10−8 м3
Q=12,42 мДж=12,42⋅10−3 Дж
ρсв=11300 кг/м3 (плотность свинца)
ρв=1000 кг/м3 (плотность воды)
g=10 м/с2
v=const (движение равномерное)
Найти:
h−?
Анализ и формулы:
1. При равномерном движении шарика вниз его кинетическая энергия не меняется (Ek=const). Согласно закону сохранения и превращения энергии, изменение полной механической энергии системы равно работе сил неконсервативных сил (в данном случае — силы сопротивления воды). Выделившееся количество теплоты Q равно работе силы сопротивления Aсопр, которая, в свою очередь, равна убыли потенциальной энергии шарика в поле тяжести с учётом действия выталкивающей силы (силы Архимеда).
2. На шарик при движении в воде действуют три силы: сила тяжести Fт=mg, направленная вниз; выталкивающая сила FА=ρвgV, направленная вверх; и сила сопротивления среды Fсопр, направленная вверх.
3. Так как шарик движется равномерно, сумма сил, действующих на него, равна нулю (первый закон Ньютона):
Fт−FА−Fсопр=0, откуда Fсопр=Fт−FА.
4. Работа силы сопротивления по модулю равна количеству теплоты:
Q=Fсопр⋅h.
Подставим выражение для силы сопротивления:
Q=(Fт−FА)⋅h.
5. Распишем силу тяжести через плотность свинца и объём: Fт=ρсвVg.
Тогда формула примет вид:
Q=(ρсвVg−ρвVg)⋅h=Vgh(ρсв−ρв).
6. Выразим искомую глубину h:
h=Vg(ρсв−ρв)Q.
Вычисления:
Подставим числовые значения в СИ:
h=2⋅10−8⋅10⋅(11300−1000)12,42⋅10−3
h=2⋅10−7⋅1030012,42⋅10−3
h=2,06⋅10−312,42⋅10−3
h=2,0612,42≈6,029...≈6 м.
Проверим размерность:
[h]=м3⋅с2м⋅м3кгДж=кг⋅с2мН⋅м=НН⋅м=м.
Ответ: h=6 м.
Источник: ФИПИ