Для решения задачи нужно воспользоваться законом всемирного тяготения для случая взаимодействия тело - Земля F = G mM/r^2, где G - постоянная всемирного тяготения, m - масса тела, M - масса Земли, r - расстояние центра тела от центра Земли.
Пусть размеры тела будут малы по сравнению с размерами Земли. Тогда, когда тело находится на поверхности Земли, его расстояние до центра Земли будет равен радиусу Земли R.
На тело, находящееся на поверхности Земли, сила тяжести (она же - сила всемирного тяготения для системы тело - Земля) равна F = mg.
Отсюда следует, что ускорение свободного падения на поверхности Земли равно g1 = GM/R^2.
На искомой высоте r g2 = GM/r^2.
По условию задачи g2 = 1/2 *g1; GM/r^2 = 1/2 * GM/R^2
Отсюда r^2 = 2 * R^2. Следовательно r = R*SQR(2).
Так как изначально тело находилось на расстоянии R от центра Земли, а для уменьшения ускорения свободного падения в 2 раза его нужно поднять на расстояние R*SQR(2) от центра Земли, то его расстояние от поверхности Земли будет равно R*SQR(2)-R, что составляет примерно 0,41R.
M₁ = 1.5 кг - масса расплавленного свинца λ₁ = 23 000 Дж на кг - удельная теплота плавления свинца ΔT₁ = 327 - 27 = 300 C снижение температуры свинца С₁ = 130 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость свинца Тепло, выделившееся при отвердевании и остывании свинца
Q₁ = m₁(λ₁ + С₁ΔT₁)
m₂ = 100 г = 0.1 кг - масса льда С₂ = 2100 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость льда С₃ = 4200 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость воды λ₂ = 330 000 Дж на кг - удельная теплота плавления льда ΔT₂ = 0 - (-10) = 10 С - нагрев льда до температуры плавления ΔT₃ = 27 - 0 = 27 С - нагрев воды до равновесной температуры ΔT₄ = 100 - 0 = 100 С - нагрев воды до точки кипения λ₃ = 2 256 000 Дж на кг - удельная теплота испарения воды x - доля выкипевшей воды
Тепло, поглощенное при нагреве и расплаве льда а также при нагреве талой воды частью до равновесной температуры, частью - до температуры кипения плюс тепло, затраченное на выкипание части воды равно:
Из 100 граммов льда при начальной температуре -10 С выкипело 18 граммов воды при отвердевании свинца, налитого при температуре плавления и остывании его (свинца) до 27 градусов
Пусть размеры тела будут малы по сравнению с размерами Земли. Тогда, когда тело находится на поверхности Земли, его расстояние до центра Земли будет равен радиусу Земли R.
На тело, находящееся на поверхности Земли, сила тяжести (она же - сила всемирного тяготения для системы тело - Земля) равна F = mg.
Отсюда следует, что ускорение свободного падения на поверхности Земли равно g1 = GM/R^2.
На искомой высоте r g2 = GM/r^2.
По условию задачи g2 = 1/2 *g1; GM/r^2 = 1/2 * GM/R^2
Отсюда r^2 = 2 * R^2. Следовательно r = R*SQR(2).
Так как изначально тело находилось на расстоянии R от центра Земли, а для уменьшения ускорения свободного падения в 2 раза его нужно поднять на расстояние R*SQR(2) от центра Земли, то его расстояние от поверхности Земли будет равно R*SQR(2)-R, что составляет примерно 0,41R.
λ₁ = 23 000 Дж на кг - удельная теплота плавления свинца
ΔT₁ = 327 - 27 = 300 C снижение температуры свинца
С₁ = 130 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость свинца
Тепло, выделившееся при отвердевании и остывании свинца
Q₁ = m₁(λ₁ + С₁ΔT₁)
m₂ = 100 г = 0.1 кг - масса льда
С₂ = 2100 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость льда
С₃ = 4200 Дж на кг на град - удельная теплоёмкость воды
λ₂ = 330 000 Дж на кг - удельная теплота плавления льда
ΔT₂ = 0 - (-10) = 10 С - нагрев льда до температуры плавления
ΔT₃ = 27 - 0 = 27 С - нагрев воды до равновесной температуры
ΔT₄ = 100 - 0 = 100 С - нагрев воды до точки кипения
λ₃ = 2 256 000 Дж на кг - удельная теплота испарения воды
x - доля выкипевшей воды
Тепло, поглощенное при нагреве и расплаве льда а также при нагреве талой воды частью до равновесной температуры, частью - до температуры кипения плюс тепло, затраченное на выкипание части воды равно:
Q₂ = m₂(λ₂ + C₂ΔT₂ + C₃(1-x)ΔT₃ + C₃xΔT₄ + xλ₃)
Уравнение баланса получается из условия Q₁ = Q₂
m₁(λ₁ + С₁ΔT₁) = m₂(λ₂ + C₂ΔT₂ + C₃(1-x)ΔT₃ + C₃xΔT₄ + xλ₃)
Выделив xm₂ из этого уравнения, получим:
xm₂ = (m₁(λ₁ + С₁ΔT₁) - m₂(λ₂ + C₂ΔT₂ + C₃ΔT₃))/(λ₃ + C₃(ΔT₄ - ΔT₃))
xm₂ = (1.5*(23 000 + 130*300) - 0.1*(330 000 + 2100*10 + 4200*27)/(2 256 000 + 4200*(100 - 27)) = (93 000 - 46 440)/2 562 600 = 0.018 кг
Из 100 граммов льда при начальной температуре -10 С выкипело 18 граммов воды при отвердевании свинца, налитого при температуре плавления и остывании его (свинца) до 27 градусов