Итак, что у нас происходит. Кусок льда, оказавшись в воде, сначала нагревается до температуры плавления, затем тает. При этом вода в сосуде охлаждается. Коль лед не весь растаял, есть основания полагать, что процесс завершился при температуре 0° С. Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁: (1) Тут: с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К) m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг) T₀ - начальная температура воды 10°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ : (2) Где: с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К) m₂ - начальная масса льда T₂ - начальная температура льда -20°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С m₃ - масса растаявшего льда. λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг При этом: кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂ (4) Теперь из 4 выражаем m₂:
При этом центр масс балки находится на 1/2 от конца, лежащего на столе.
2/3 – 1/2 = 1/6
Таким образом, между центром масс и краем стола 1/6 часть балки.
Плечо рычага силы тяжести, который она может создать во время приподнятия, составляет 1/6 длины.
Конец, выступающий за край стола – отстоит на 1/3 длины.
Таким образом, плечо рычага внешней силы вдвое больше плеча силы тяжести, поскольку 1/3 вдвое больше чем 1/6.
При одном и том же значении рычага силы: чем больше плечо рычага, тем меньше сила.
Во время начала приподнятия оказывается, что рычаг силы тяжести (на 1/6 длины) равен рычагу внешней силы (на 1/3 длины), а значит сила тяжести вдвое больше внешней силы.
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
(1)
Тут:
с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К)
m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг)
T₀ - начальная температура воды 10°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ :
(2)
Где:
с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К)
m₂ - начальная масса льда
T₂ - начальная температура льда -20°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
m₃ - масса растаявшего льда.
λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг
При этом:
кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
(4)
Теперь из 4 выражаем m₂:
(5)
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
кг
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.
При этом центр масс балки находится на 1/2 от конца, лежащего на столе.
2/3 – 1/2 = 1/6
Таким образом, между центром масс и краем стола 1/6 часть балки.
Плечо рычага силы тяжести, который она может создать во время приподнятия, составляет 1/6 длины.
Конец, выступающий за край стола – отстоит на 1/3 длины.
Таким образом, плечо рычага внешней силы вдвое больше плеча силы тяжести, поскольку 1/3 вдвое больше чем 1/6.
При одном и том же значении рычага силы: чем больше плечо рычага, тем меньше сила.
Во время начала приподнятия оказывается, что рычаг силы тяжести (на 1/6 длины) равен рычагу внешней силы (на 1/3 длины), а значит сила тяжести вдвое больше внешней силы.
Итак: сила тяжести равна Fт = 2F ≈ 60 Н .
Fт = mg = 2F ;
m = Fт/g = 2F/g ≈ 2*30/9.8 ≈ 300/49 кг.
ответ: m = 2F/g ≈ 6.12 кг.