Для начала узнаем сопротивление нагревательной цепи чайника:
R = U^2/P = 220^/2000 = 24.2 Ом
1. Нагрев (увеличение температуры) будет продолжаться, пока количество поступающей теплоты не сравнится с количеством отдаваемой в окружающую среду теплоты. Теоретически, она может достигнуть температуры кипения воды. ответ: да.
2. Чтобы вскипятить воду, нужно нагреть ее до 100 градусов по шкале Цельсия. Начальная температура воды не дана. Для начала узнаем ток через нагревательный элемент:
I = U/R = 36/24.2 = 1.49 A
Выделяющееся количество теплоты можно узнать с закона Джоуля-Ленца:
Q = I^2*R*t
Необходимое количество теплоты узнаем с учетом теплоемкости воды:
Q = c*m*(t2-t1)
где c – теплоемкость воды (4200)
m – масса воды (0.5 кг)
t2 и t1 – конечная и начальная температуры воды соответственно, °C
Приравняем правые части и выразим t:
t = c*m*(t2-t1)/(I^2*R)
или
t = 4200*0.5*(t2-t1)/(1.49^2*24.2) = 39.09*(100-t1)
3. Сопротивление и силу тока мы уже определяли ранее, мощность:
P = U*I = 36*1.49 = 53.64 Вт
Движение равноускоренное
Начало отсчёта на поверхности, положительное направление оси высоты - вверх
h(t) = h₀ + v₀t + at²/2
h₀ = 10 м
v₀ = 3 м/с - неясно, в каком направлении, вверх или вниз. Если вверх - то v₀ положительно. Или даже вдоль горизонта... Считаем, что вверх!
a = -g = -9,8 м/с²
h(t) = 10 + 3t - 9,8t²/2
В момент соударения с поверхностью h = 0
h(t₁) = 10 + 3t₁ - 9,8t₁²/2 = 0
10 + 3t₁ - 9,8t₁²/2 = 0
9,8t₁² - 6t₁ - 20 = 0
Дискриминант
D = 36 + 4*9,8*20 = 820
t₁ = (6 - √820)/(2*9,8) ≈ - 1,15 c - отрицательное время - отбрасываем
t₁ = (6 + √820)/(2*9,8) ≈ 1,77 c - уже лучше
Скорость можно найти из уравнения
v(t) = v₀ + at = 3 - 9,8*1,77 = -14,35 м/с
