Задание 22

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

Задание №22 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Найдите силу тяги, которую развивает при скорости 12 $\frac{м}{с}$ электровоз, работающий при напряжении 3 кВ и потребляющий ток 1,6 кА. КПД двигателя электровоза равен 85%.

Ваше решениедо 3 баллов

Запишите решение задачи...

Решение

Решение.

Для решения задачи запишем условие и переведём все величины в систему СИ.

Дано:
$v = 12$ м/с
$U = 3$ кВ $= 3000$ В
$I = 1,6$ кА $= 1600$ А
$\eta = 85\%$ $= 0,85$
________________
$F_{тяг} - ?$

Анализ и формулы:

1. Коэффициент полезного действия (КПД) электровоза определяется как отношение полезной мощности к полной (затраченной) мощности:
$\eta = \frac{P_{пол}}{P_{затр}}$

2. Затраченная мощность $P_{затр}$ — это электрическая мощность, которую потребляет двигатель электровоза из сети. Она вычисляется по формуле:
$P_{затр} = U \cdot I$

3. Полезная мощность $P_{пол}$ — это механическая мощность, которая расходуется на движение состава. При равномерном движении она связана с силой тяги и скоростью формулой:
$P_{пол} = F_{тяг} \cdot v$

4. Подставим выражения для мощностей в формулу КПД:
$\eta = \frac{F_{тяг} \cdot v}{U \cdot I}$

5. Из полученного уравнения выразим искомую силу тяги $F_{тяг}$ :
$F_{тяг} = \frac{\eta \cdot U \cdot I}{v}$

Вычисления:

Подставим числовые значения в рабочую формулу:
$F_{тяг} = \frac{0,85 \cdot 3000 \text{ В} \cdot 1600 \text{ А}}{12 \text{ м/с}}$

Проведём расчёт по частям:
$0,85 \cdot 3000 \cdot 1600 = 4 \: 080 \: 000$ Вт (это полезная мощность двигателя)
$F_{тяг} = \frac{4 \: 080 \: 000}{12} = 340 \: 000$ Н

Переведём результат в килоньютоны:
$340 \: 000 \text{ Н} = 340$ кН

Проверка размерности:
$[F] = \frac{1 \cdot \text{В} \cdot \text{А}}{\text{м/с}} = \frac{\text{Вт}}{\text{м/с}} = \frac{\text{Дж/с}}{\text{м/с}} = \frac{\text{Н} \cdot \text{м}}{\text{м}} = \text{Н}$

Ответ: $F_{тяг} = 340$ кН

Источник: ФИПИ