Масса гирьки, подвешенной к пружине, равна 200 г. После того, как гирьку оттянули вниз на 5 см и отпустили, она начала колебаться с частотой 5 Гц. Определите кинетическую, потенциальную и полную энергию гирьки при смещении, равным 2 см.

1)

Энергия, которую даёт спирт массой m = 20 г = 0.02 кг:

Q = Lm, где L - удельная теплота сгорания спирта = 3 * 10^6 Дж/кг.

Вся энергия уходит на нагрев воды массой M:

Lm = cM(t - t₀), где c - удельная теплоёмкость воды = 4200 Дж/(кг * °С).

Отсюда M:

M = Lm / c(T - T₀)

M = (3 * 10^6 Дж/кг * 0.02 кг) / (4200 Дж/(кг * °С) * (100 °С - 20 °С)) ≈ 0,17857 кг = 178,57 г

2)

Энергия, которая потребовалась на нагревание воды:

Q = cm(T - T₀), где m - масса воды = 2 кг.

Формула энергии, которую выделяет электрическая сеть с некоторым напряжением U и силой тока I:

Q = UIt

Отсюда сила тока в цепи:

I = Q / Ut = cm(T - T₀) / Ut

I = (4200 Дж/(кг * °С) * 2 кг * (100 °С - 20 °С)) / (220 В * 1800 с) ≈ 1,7 А

Расчет шара с нагретым воздухом:

Fтяж = 17.85 Н

Fпод = 2.604 Н

Расчет шара с гелием:

Fпод = 11.1 Н

Объяснение:

Расчет шара с нагретым воздухом:

F(архимеда) = F(тяжести оболочки шара) + F(тяжести нагретого воздуха) + Fпод

Fпод = F(архимеда) - F(тяжести оболочки шара) - F(тяжести нагретого воздуха)

F(архимеда) = ро(плотность воздуха)*g*V

F(тяжести оболочки шара) = m*g

F(тяжести нагретого воздуха) = m*g

m = ро(плотность нагретого воздуха)*V

Fпод = ро(плотность нагретого воздуха)*g*V - m*g - ро(плоность нагретого воздуха)*V*g

Fпод = 1.29 кг/м^3 * 10 Н/кг * 1.76 м^3 - 0.25 кг * 10 Н/кг - 1 кг/м^3 * 1.76 м^3 * 10 Н/кг = 2.604 Н

F(тяжести) = F(тяжести оболочки шара) + F(тяжести нагретого воздуха)

F(тяжести) = m*g + ро(плотность нагретого воздуха)*g*V

F(тяжести) = 0.25 кг + 1 кг/м^3 * 10 Н/кг * 1.76 м^3 = 17.85 Н

Расчет шара с гелием:

F(архимеда) = F(тяжести гелия) + Fпод

Fпод = F(архимеда) - F(тяжести нагретого воздуха)

F(архимеда) = ро(плотность воздуха)*g*V

F(тяжести гелия) = ро(плотность гелия)*g*V

Fпод = ро(плотность воздуха)*g*V - ро(плотность гелия)*g*V

Fпод = g*V(ро(плотность воздуха) - ро(плотность гелия))

Fпод = 1 м^3 * 10 Н/кг((1.29 - 0.18)кг/м^3) = 11.1 Н