Проще всего вначале вычислить не работу силы , действующей на газ со стороны внешнего тела (поршня), а работу, которую совершает сила давления газа, действуя на поршень с силой . согласно третьему закону ньютона . модуль силы, действующей со стороны газа на поршень, равен , где p - давление газа, а s - площадь поверхности поршня. пусть газ расширяется изобарно и поршень смещается в направлении силы на малое расстояние . так как давление газа постоянно, то работа газа равна: эту работу можно выразить через изменение объема газа. начальный его объем v1=sh1, а конечныйv2=sh2. поэтому где - изменение объема газа. при расширении газ совершает положительную работу, так как направление силы и направление перемещения поршня .
Коэффициент полезного действия η равен отношению полезной работы Aп к затраченной работе Aз.
η=AпAз(1)Полезная работа Aп заключается в том, что сила тяги F совершит некоторую работу, определяемую формулой:
Aп=NtПоскольку автомобиль двигался равномерно, то время движения легко найти по формуле:
t=SυAп=NSυ(2)Фактически двигатель совершит работу Aз, равную теплоте, выделяемой при сгорании бензина.
Aз=λm(3)Здесь λ — удельная теплота сгорания бензина, равная 46 МДж/кг. Подставим выражения (2) и (3) в формулу (1):
η=NSυλmЗначит расход бензина на 1 км можно определить по формуле:
m=NSηυλПеред тем, как подставлять данные задачи в полученную формулу, необходимо перевести скорость автомобиля, путь и КПД в систему СИ.
72км/ч=72⋅10001⋅3600м/с=20м/с1км=1000м30%=0,3m=60⋅103⋅10000,3⋅20⋅46⋅106=0,2174кг=217,4гответ217,4 г.