Расположенный горизонтально цилиндрический сосуд объемом v=1м^3 , заполненный 1 молем азота (n2) , разделен поршнем площадью s= 100 см^2 и массой m=2 кг, который может двигаться без трения . в равновесии поршень находится посередине цилиндра. при малых смещениях из положения равновесия поршень совершает колебания. найти частоту колебаний при температуре t=300°k , считая процесс изотермическим.
Дано:
s = 16 см² = 16*10^(-4) = м²
h1 = 364 мм = 0,364 м
ρ = 800 кг/м3
g = 9,8 H/кг
F - ?
Пробка, получается, находится внизу, сбоку (в стенке сосуда). На пробку керосин давит снизу, сбоку и сверху. Надо выразить среднее давление на неё, а потом уже и силу. Среднее гидростатическое давление получается из среднего арифметического давления верхней границы и давления нижней. Получается, что сверху на пробку давление равно:
р1 = ρgh1
А снизу оно равно:
р2 = ρgh2
Высота h2 складывается из высоты h1 и высоты пробки h'. Найдём её из площади сечения пробки. Возьмём квадратную форму сечения вместо круглой - так удобнее считать, к тому же сторона квадрата будет не слишком сильно отличаться от диаметра круга при условии, что они одной и той же площади.
s(квадрата) = h'² =>
=> h' = √s
Выходит, что:
p2 = ρgh2 = ρg(h1 + h')
Тогда среднее давление на пробку:
р(ср.) = (р1 + р2)/2 = (ρgh1 + ρgh2)/2 = ρg(h1 + h2)/2 = ρg(h1 + h1 + h')/2 = ρg(2h1 + √s)/2
Теперь выражаем силу давления из формулы давления и находим значение:
p = F/s => F = p*s = ρg(2h1 + √s)/2 * s = ρgs(2h1 + √s)/2 = (800*9,8*16*10^(-4)*(2*0,364 + √(16*10^(-4/2 = (800*9,8*16*10^(-4)*(0,728 + 4*10^(-2)))/2 = (800*9,8*0,0016*(0,728 + 0,04))/2 = (800*9,8*0,0016*0,768)/2 = 400*9,8*0,0016*0,768 = 4,816... = 4,8 H
ответ: 4,8 Н.
Вариант 1: вторая стрела вылетает из арбалета с той же скоростью, что и первая.
Дано:
V = 90 м/с
m₂ = 2m₁
g ≈ 10 м/с²
Найти: h₂ - ?
По закону сохранения энергии:
2m₁V²/2 = 2m₁gh₂
V²/2 = gh₂
h₂ = V²/2g
h₂ = (3600 м²/с²)/(2×10 м/с²) = 180 м
Вариант 2: энергия арбалета постоянна.
Дано:
V₁ = 90 м/с
m₂ = 2m₁
g ≈ 10 м/с²
Найти: h₂ - ?
Т.к. энергия арбалета неизменна, то Ек₁ = Ек₂
m₁V₁²/2 = 2m₁V₂²/2
m₁V₁²/2 = m₁V₂²
V₂ = √(m₁V₁²/2m₁) = √(V₁²/2)
V₂ = √(3600 м²/с²/2) = √1800 ≈ 42,4 м/с
По закону сохранения энергии:
2m₁V₂²/2 = 2m₁gh₂
V₂²/2 = gh₂
h₂ = V₂²/2g
h₂ = (42,4 м/с)²/(2×10 м/с²) ≈ 90 м
Объяснение: