Струю стоградусного пара с теплоизолированной трубки направляют на кусок льда массой 2 кг, взятого при темпер. -20°С. В результате пар конденсируется, полученная вода остывает, лед нагревается и тает, температура получившейся воды 0°С. Сколько воды при этом оказывается с сосуде? Какова масса сконденсированного пара? Начертить графики зависимости температуры от времени для льда и пара на одной координатной сетке. Теплообменом пара с окружающей средой пренебречь.
• если длина плоскости L и тело скатывается без начальной скорости, то справедливо уравнение:
○ поэтому время скатывания равно:
• по определению cosα = b/L. значит, L = b/cosα (1)
• так как трение отсутствует, то ускорение телу сообщается только горизонтальной компонентой силы тяжести, то есть a = g sinα (2)
○ используя выражения (1) и (2), получаем для времени скатывания:
• возьмем производную от t(α) и приравняем ее к нулю, дабы найти точки экстремума (предварительно упрощаю выражение):
данное равенство выполняется при sin(2α) ≠ 0 и cos(2α) = 0 (b и g равными нулю быть не могут). получаем простое тригонометрическое уравнение (k ∈ Z):
ясно, что углы больше 90° мы не рассматриваем. поэтому α = 45°. область допустимых углов:
то есть, α ≠ 90° и α ≠ 180°
Δt = t1 + t2 (!)
если ракета начинала подъем без начальной скорости, то справедливо уравнение:
h = (a t1²)/2 = 2g t1²
поэтому время t1 равно:
t1 = √(h/(2g))
ракета, поднявшись на высоту h, приобретает скорость v = a t1 = 4g t1. такую же скорость по модулю, но обратную по направлению, приобретает ступень. для нее справедливо уравнение:
h = 4g t1 t2 + (g t2²)/2
перепишем квадратное уравнение относительно t2 в виде:
t2² + 8 t1 t2 - (2h)/g = 0
корень этого уравнения (отрицательный, разумеется, отбрасываю):
t2 = (-8 t1 + √(64 t1² + (8h)/g))/2
t2 = √(16 t1² + (2h)/g) - 4 t1
после ряда преобразований и подстановки выражения для t1 получаем:
t2 = √(h/g) * (√10 - √8)
вернемся к формуле (!):
Δt = √(h/(2g)) + √(h/g) * (√10 - √8)
нетрудно получить выражение для h:
h = (g Δt²)/(√(1/2) + √10 - √8)²
h = (9.8*40^(2))/(sqrt(0.5)+sqrt(10)-sqrt(8))^(2) ≈ 14470.389 м
h ≈ 14.47 км