Раскалённую стальную деталь опускают для охлаждения в сосуд с холодной водой, в результате чего m=2г воды тут же превращается в пар. какая температура установится в сосуде, если первоначальная масса воды равна m=700г, а масса детали m=250г? ответ выразить в c , округлив до десятых. первоначальные температуры воды и детали равны t1=22 c и t2=360 c соответственно. теплообменом с окружающей средой и теплоёмкостью сосуда пренебречь. удельная теплоёмкость воды в 4200дж/( кг c ) удельная теплоёмкость стали ст c=500дж/( кг c ) удельная теплота парообразования воды l=2,3мдж/кг, температура кипения воды tкип = 100 c

Что представляет собой понятие «энергия», которое мы так часто используем? «Энергия» (греч. ενεργια – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи. По большому счету понятие энергии, идея энергии искусственны и созданы специально для того, чтобы быть результатом наших размышлений об окружающем мире. В отличие от материи, о которой мы можем сказать, что она существует, энергия – это плод мысли человека, его «изобретение», построенное так, чтобы была возможность описать различные изменения в окружающем мире и в то же время говорить о постоянстве, сохранении чего-то, что было названо энергией. Для этой физической величины долгое время употреблялся термин «живая сила», введенный И. Ньютоном. Впервые в истории в понятие «живая сила» смысл «энергия», не произнося ещё этого слова, вкладывает Роберт Майер в статье «Замечания о силах неживой природы», опубликованной в 1842 году. Специальный термин «энергия» был введен в 1807 г. английским физиком Томасом Юнгом и обозначал величину, пропорциональную массе и квадрату скорости движущегося тела. В науку термин «энергия» в современном его смысле ввел Уильям Томсон (лорд Кельвин) в 1860 году.

Объяснение:

Задание. Исследовать скатывание цилиндров и шара по наклонной плоскости.

Примечание: если цилиндр или шар скатывается по наклонной плоскости, расположенной под небольшим углом к горизонту, то скатывание происходит без проскальзывания. Если угол наклона плоскости превысит некоторое предельное значение, то скатывание будет происходить с проскальзыванием.

При выполнении задания необходимо определить тот предельный угол, при котором скатывание тел начнет происходить с проскальзыванием. По результатам исследования составить отчет, в котором отразить методику исследования, предоставить таблицу результатов наблюдений и дать объяснение, почему при угле, превышающем некоторое значение, скатывание тел происходит с проскальзыванием.

Кроме того, в задачу входит определение момента инерции цилиндров и шара no результатам наблюдений скатывания их с наклонной плоскости.

Краткая теория

Положим, цилиндр катится по наклонной плоскости без скольжения. На цилиндр действуют внешние силы: сила тяжести  , сила трения  , и сила реакции со стороны плоскости  . Движение рассматриваем как поступательное со скоростью, равной скорости центра масс, и вращательное относительно оси, проходящей через центр масс.

Уравнение для движения центра масс шара (цилиндра)

или в скалярном виде в проекциях:

на ось OX:  .

на ось ОУ:  

Уравнение моментов относительно оси  

.

При отсутствии проскальзывания

.

Найдем ускорение, которое приобретает цилиндр под действием указанных сил. Оно может быть найдено путем использования выражения для кинетической энергии катящегося тела

, (1)

где  - масса шара (цилиндра),  - скорость поступательного движения центра масс,  - момент инерции шара, относительно оси вращения,  - угловая скорость вращения, относительно оси вращения.

Изменение кинетической энергии тела равно работе внешних сил, действующих на тело. Элементарная работа силы трения  и реакции, плоскости  равна нулю, т.к. линии действия их проходят через мгновенную ось вращения (  ). Следовательно, изменение кинетической энергии тела происходит только за счёт работы силы тяжести  

(2)

или проинтегрировав выражение (2) в пределах от  до  , получим,

где  - кинетическая энергия тела в конце наклонной плоскости,  - начальная энергия (кинетическая) тела,  ;  - длина наклонной плоскости, тогда энергия тела

, (3)

откуда

. (4)

Поступательное движение тела по наклонной плоскости происходит равноускоренно, поэтому можно записать

, (5)

где  - конечная скорость центра масс в конце наклонной плоскости,  - начальная скорость, она равна нулю, поэтому

, (6)

так как

(7)

Выражение (4) с учетом (6) и (7) может быть записано

, (8)

где  – ускорение поступательного движения тела при скатывании по наклонной плоскости.

Так как это равноускоренное движение с начальной скоростью  , то можно записать  или  , подставляя значение а в (8) окончательно получим

, (9)

где  - время скатывания тела по наклонной плоскости,  - радиус шара (цилиндра),  - масса шара (цилиндра),  - угол наклона плоскости к горизонту,  - длина наклонной плоскости.

Измерив указанные выше величины, можно вычислить момент инерции скатывающегося цилиндра. Он может быть сплошным, пустотелым, с канавками на его образующей поверхности и т.д. Формула (9): справедлива и для цилиндров и для шара.

Эксперимент с каждым из тел проводить не менее трех раз. Результаты наблюдений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п Форма скатывающегося тела Масса  , кг Радиус  , м Длина наклонной плоскости  (м) Время скатывания, с Момент инерции  , кг·м2