Бутылку, заполненную газом, плотно закрыли пробкой площадью поперечного сечения 2,5 см2. Чтобы удерживать пробку, нужно прикладывать силу 12 Н. До какой температуры нужно нагреть газ, чтобы пробка вылетела из бутылки? Начальная температура -3⁰С, атмосферное давление 105 Па решение с "дано" и полным решением

Если расстояние, на которое сместился поршень, минимальное, то изменением температуры можно пренебречь. значит, для газа справедлив закон Бойля-Мариотта

при движении поршня на него действуют силы со стороны газов по обе стороны от поршня и сила инерции со стороны тележки

допустим, тележка движется вправо, тогда сила инерции приложена к поршню горизонтально влево и равна Fин = ma. пусть в правой части сосуда газ обладает давлением P2, а в левой - P1

в момент, когда сила, вызванная разностью давлений, скомпенсировала силу инерции и поршень остановился, справедливо уравнение:

P1S - P2S - Fин = 0

S (P1 - P2) = ma

найдем связь между давлениями P1 и P2 через закон Менделеева-Клапейрона, считая, что массы газов по обе стороны от поршня одинаковы:

P1/P2 = V2/V1

V1 = S ((L/2) - x)
V2 = S ((L/2) + x)

P1/P2 = ((L/2) + x)/((L/2) - x)

P1 = P2 ((L/2) + x)/((L/2) - x)

тогда уравнение динамики примет вид:

P2 S (((L/2) + x)/((L/2) - x) - 1) = ma

P2 S (2x)/((L/2) - x) = ma

P2 = (ma ((L/2) - x))/(2xS)

напишем закон Бойля-Мариотта для газа, находящегося в правой части сосуда:

P S (L/2) = P2 S ((L/2) + x)

P L = P2 L + 2 P2 x

PL = (m a L ((L/2) - x))/(2xS) + (ma ((L/2) - x))/S

PL = ((maL²)/2 - maLx + maLx - 2max²)/(2xS)

2 x S P L = (maL²)/2 - 2 m a x²

x² + x * (SPL)/(ma) - L²/4 = 0

из соображений, что x не может быть отрицательной величиной, получаем:

x = (1/2) * (√( ((SPL)/(ma))² + L² ) - (SPL)/(ma))

x = (1/2) * (sqrt( (8/5)^(2) + 0.8^(2) ) - (8/5)) ≈ 0.0944 м или 9.44 см


Задача 1
Дано:                                               Решение:
m=0,89 кг                                        Fа=p жидкости * V погруженного тела*g
p (плотность) меди = 8900 кг/м³   Vпогруженного тела=m/p
p (плотность) воды = 1000 кг/м³   Fa=p воды* m меди/p меди * g
g=10 H/кг                                        Fa= 1000* 8900/890*10=100 000 H

Fа-?

Задача 2  
Дано:                              Решение:
p воды = 1000 кг/м³       Нужно сравнить плотности, если плотность 
m ящика = 5 кг               ящика будет больше плотности воды, то утонет
V ящика = 0,2 м³            p ящика = m ящика/V ящика
                                       p ящика = 5 / 0,2 = 25 кг/м³
Утонет ли ящик?           плотность воды > плотность ящика, значит ящик  
                                                             не утонет