Резервуар с водой находится в состоянии равновесия (см. рисунок).
Нарушится ли равновесие, если в резервуар аккуратно опустить
игрушечный кораблик, который будет плавать на поверхности воды?
Нарушится ли равновесие, если кораблик потонет? ответ поясните.
Плот плавает на поверхности воды, тогда запишем условие плавания тела:
Fа = Fт, то есть сила Архимеда равна силе тяжести.
Распишем каждую из этих сил:
ρ*g*Vпч = m*g, где
ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды (среды, которая выталкивает тело);
g ≈ 10 м/с² – ускорение свободного падения;
Vпч – объём погруженной части плота (погруженный объём), м³;
m – масса плота вместе с грузом, кг.
Сократим на g:
ρ*Vпч = m
Это уравнение верно как для случая без девочки (случай 1), так и для случая с девочкой (случай 2):
ρ*Vпч1 = m1
ρ*Vпч2 = m2
Вычтем из второго уравнения первое:
ρ*Vпч2 - ρ*Vпч1 = m2 - m1
В правой части уравнения разность масс плота вместе с грузом. Ясно, что эта разность равна массе девочки (m2 - m1 = mд):
ρ*Vпч2 - ρ*Vпч1 = mд
Выразим объём погружения через площадь плота S и глубину погружения h:
ρ*S*h2 - ρ*S*h1 = mд
ρ*S*(h2 - h1) = mд
(h2 - h1) = mд/(ρ*S)
Глубина погружения увеличилась на величину Δh = h2 - h1:
Δh = mд/(ρ*S)
Площадь плота S = 4 м * 2 м = 8 м². Тогда:
Δh = 50 кг / ( 1000 кг/м³ * 8 м²) = 0,00625 м = 6,25 мм.
Сначала воду нужно нагреть до кипения ( t2=100град) . Q1=c*m*(t2 - t1). ( c -удельная теплоемкость воды=4200Дж/кг*град, m - масса=0,2кг, t1- начальная темпратура воды=50град, t2 -конечная температура воды, Q1 -количество теплоты, затраченное на нагревание) . Q1=4200*0,2*(100 - 50)=42000Дж. Теперь рассчитаем количество теплоты, затраченное на испарение (Q2). Q2=r*m. ( r - удельная теплота парообразования воды=2300000Дж/кг) . Q2=2300000*0,2=460000Дж. Общее затраченное тепло= сумме: Q=Q1+Q2. Q=42000 +460000=502000Дж. (502кДж