Внутри теплоизолированного сосуда находится два медных кубика
Задача по физике – 7992
Температура окружающей подводную лодку воды равна $+4 С^{ circ}$, Ядерный реактор лодки непрерывно выделяет тепловую мощность 0,4 ГВт. Максимальный КПД теплового двигателя подлодки равен 0,4. Оцените величину минимального расхода охлаждающей двигатель забортной воды. На выходе из системы охлаждения вода не должна иметь температуру выше $+40^{ circ} С$.
Удельная теплоёмкость воды равна $4,2 кДж/(кг cdot ^{ circ}С)$. Расходом называется масса воды, проходящей за единицу времени через систему охлаждения; расход измеряется в кг/с.
Подробнее
Задача по физике – 7997
У школьника Васи есть много одинаковых медных монет с температурой $t_{0}$ и теплоизолированный цилиндрический сосуд с водой, начальная температура которой тоже равна $t_{0}$. Вася по одной опускает монеты в воду, отпуская их без начальной скорости с высоты текущего уровня воды. Площадь дна сосуда $S$, начальный уровень воды $H$, масса одной монеты $m$, удельная теплоёмкость меди $c$, плотность меди равна $rho$. Плотность и удельная теплоёмкость воды равны $rho_{0}$ и $c_{0}$. До какой максимальной температуры можно нагреть воду таким способом? Сколько нужно бросить в воду монет, чтобы изменение её температуры было вдвое меньше максимально возможного? При решении задачи считайте, что монеты занимают весь объём ниже определенного уровня, то есть образуют на дне сплошной медный цилиндр (промежутки между монетами можно не учитывать). Теплоемкостью сосуда можно пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 8015
Внутри теплоизолированного сосуда находится два медных кубика с длинами сторон 2 см и 4 см, соответственно, причем мéньший кубик имеет температуру на $90^{ circ} С$ выше, чем больший. Для ускорения процессов теплового обмена школьник залил в сосуд воду комнатной температуры ($25^{ circ} С$). Оказалось, что после установления теплового равновесия вода имела ту же температуру, что и вначале. Каковы были исходные температуры кубиков?
Подробнее
Задача по физике – 8028
Одинаковые цилиндры открыты сверху и соединены тонкой трубкой. В них налита жидкость плотности $rho_{0}$ с общей массой $M$, при этом трубка находится посередине между дном и поверхностью жидкости. Жидкость в правом цилиндре нагрели до такой температуры, что ее плотность стала $rho ( rho
Подробнее
Задача по физике – 8030
Поршень массы $m$ и сечения $S$ в исходном горизонтальном положении цилиндра находится посередине. Слева и справа воздух при атмосферном давлении $P$. Клапан в торце цилиндра открыт только тогда, когда торец обращен строго вниз. Цилиндр поворачивают на $90^{ circ}$, приведя его в вертикальное положение. Какая доля воздуха выйдет? При какой массе поршня он опустится на нижний торец? Трения нет. Температура неизменна. Ускорение свободного падения $g$.
Подробнее
Задача по физике – 8044
Имеется бак, заполненный горячей жидкостью с температурой $T_{0} =90^{ circ} С$. Для того, чтобы быстро понизить температуру до $T_{1} = 55^{ circ} С$, в бак дополнительно опускают однородную цепь, которая лежала снаружи бака. Длина цепи $L=12 м$. Температура понизилась, но до $T_{2} = 60^{ circ} С$. Тогда решили вытащить часть цепи из бака, подождать, пока она остынет до комнатной температуры и опустить обратно. Какую длину должна иметь эта часть? Считать, что теплообмена между соседними звеньями цепи не происходит. Комнатная температура равна $T_{к} =20^{ circ} С$, теплообменом бака с окружающей средой пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 8096
Известно, что объем воды в океане равен $1,37 cdot 10^{9} км^{3}$. Определить, на сколько возрастет масса воды в океане, если температура воды повысится на $Delta t = 1^{ circ} С$. Плотность $rho$ воды в океане принять равной $1,03 cdot 10^{3} кг/м^{3}$.
Подробнее
Задача по физике – 8099
Наблюдатель, находящийся на расстоянии $l = 800 м$ от источника звука, слышит звук, пришедший по воздуху, на $Delta t = 1,78 с$ позднее, чем звук, пришедший по воде. Найти скорость $v$ звука в воде, если температура $T$ воздуха равна 350 К.
Подробнее
Задача по физике – 8100
Температура $T$ воздуха у поверхности Земли равна 300 К; при увеличении высоты она понижается на $Delta T = 7 мК$ на каждый метр высоты. За какое время звук, распространяясь, достигнет высоты $h=8 км$?
Подробнее
Задача по физике – 8105
Одна треть молекул азота массой $m = 10 г$ распалась на атомы. Определить полное число $N$ частиц, находящихся в газе.
Подробнее
Задача по физике – 8106
Газовый термометр состоит из шара с припаянной к нему горизонтальной стеклянной трубкой. Капелька ртути, помещенная в трубку, отделяет объем шара от внешнего пространства (рис.). Площадь $S$ поперечного сечения трубки равна $0,1 см^{2}$. При температуре $T_{1} = 273 К$ капелька находилась на расстоянии $l_{1} = 30 см$ от поверхности шара, при температуре $T_{2} = 278 К$ — на расстоянии $l_{2} = 50 см$. Найти вместимость $V$ шара.
Подробнее
Задача по физике – 8107
В большой сосуд с водой был опрокинут цилиндрический сосуд (рис.). Уровни воды внутри и вне цилиндрического сосуда находятся на одинаковой высоте. Расстояние $l$ от уровня воды до дна опрокинутого сосуда равно 40 см. На какую высоту $Delta h$ поднимется вода в цилиндрическом сосуде при понижении температуры от $T_{1} = 310 К$ до $T_{2} = 273 К$? Атмосферное давление нормальное.
Подробнее
Задача по физике – 8108
Определить среднюю кинетическую энергию $langle E_{п} rangle$ поступательного движения и среднее значение $langle E rangle$ полной кинетической энергии молекулы водяного пара при температуре $T=600 К$. Найти также кинетическую энергию $W$ поступательного движения всех молекул пара, содержащего количество вещества $nu = 1 кмоль$.
Подробнее
Задача по физике – 8109
Определить температуру $T$ водорода, при которой средняя кинетическая энергия $langle E_{п} rangle$ поступательного движения молекул достаточна для их расщепления на атомы, если молярная энергия диссоциации водорода $W_{m} = 419 кДж/моль$.
Примечание. Молярной энергией диссоциации называется энергия, затрачиваемая на диссоциацию всех молекул газа количеством вещества $nu = 1 моль$.
Подробнее
Задача по физике – 8110
Пылинки, взвешенные в воздухе, имеют массу $m = 10^{-18} г$. Во сколько раз уменьшится их концентрация $n$ при увеличении высоты на $Delta h = 10 м$? Температура воздуха $T = 300 К$.
Подробнее
Источник
#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.
Другие статьи автора:
Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.
Источник
Задача по физике – 5277
Тепловоз «Карно» ездит из пункта А в пункт В по маршруту длиной $L = 20 км$. Двигатель тепловоза работает по циклу Карно, нагревая воду от температуры атмосферы
до $100^{ circ} C$. Обычно тепловоз выезжал из А ночью, когда температура воздуха была равна $T_{н} = 5^{ circ} С$, и в туже ночь возвращался; запас топлива в тепловозе рассчитан строго для поездки ночью до пункта В и обратно. Однажды чиновники задержали тепловоз в пункте В, так что обратно он выехал днём, когда температура воздуха составляла $T_{д} = 25^{ circ} С$. На сколько «Карно» не доедет до пункта А из-за нехватки топлива? Считать силу трения и силу сопротивления воздуха постоянными, тепловые потери при нагревании воды составляют долю $eta$ от энергии сгорающего топлива.
Подробнее
Задача по физике – 5278
К резиновому воздушному шару, содержащему массу $m$ гелия, привязана очень длинная верёвка, масса единицы длины верёвки $lambda$. При атмосферном давлении $p_{0}$ шар зависает над полом на высоте $H$ (см. рис.). На какой высоте окажется шар, если атмосферное давление увеличится и станет равным $p_{1}$? Считать, что давление газа в шаре всегда на $Delta p$ больше, чем давление окружающего воздуха в данный момент. Молярные массы воздуха и гелия равны $M_{в}$ и $M_{г}$ соответственно.
Подробнее
Задача по физике – 5279
Сосуд разделён на две половины герметичной перегородкой. В левой половине находится в равновесии смесь гелия и ксенона (см. рис. ); масса содержащегося гелия $m_{1}$, масса ксенона $m_{2}$. В правой половине сосуда первоначально—вакуум. В перегородке на короткое время открыли небольшое отверстие. Найти отношение концентраций гелия и ксенона в правой части сосуда после того, как отверстие закрыли. Молярные массы гелия и ксенона равны $M_{1}$ и $M_{2}$ соответственно.
Подробнее
Задача по физике – 5280
Груз поднимают при помощи невесомого поршня, скользящего без трения в вертикальном теплоизолированном цилиндре. Под поршнем находится идеальный одноатомный газ, медленно нагреваемый при помощи электронагревателя с КПД $eta = 1/2$. Определить КПД подъёмного устройства, если атмосферное давление отсутствует.
Подробнее
Задача по физике – 5281
Правый конец металлического стержня длиной 1 м погружен в ацетон, левый погружают в кипящую воду. На стержне, на расстоянии 47 см от его левого конца, лежит маленький кристалл нафталина. Сколько ацетона выкипит, пока расплавится весь нафталин? Считайте, что вся теплопередача происходит только через стержень, а поток тепловой энергии через тонкий слой прямо пропорционален разности температур на торцах слоя. Количество кипящей воды в сосуде очень велико, кипение поддерживается. Температура кипения ацетона и температура плавления нафталина заданы.
Подробнее
Задача по физике – 5282
Теплоизолированный сосуд разделён на две части теплоизолирующим поршнем (см. рис.). С одной стороны от поршня, занимая объём $V_{1}$, находится масса $m_{1}$ водорода, с другой стороны, в объёме $V_{2}$, — масса $m_{2}$ гелия. Газы в сосуде нагревают, подключая к источнику постоянного напряжения два последовательно соединённых нагревательных элемента. Первый из этих элементов нагревает водород; известна зависимость его электрического сопротивления от температуры $R_{1}(T)$. Второй элемент находится в отделении с гелием. При включении нагревательных элементов поршень не сдвинулся. Какова зависимость сопротивления второго элемента от температуры?
Подробнее
Задача по физике – 5283
Горизонтально расположенный теплоизолированный сосуд разделён на $N$ частей $V_{1}, V_{2}, cdots V_{N}$ закреплёнными поршнями, между которыми находятся различные массы идеального одноатомного газа при различных начальных температурах и давлениях $P_{1}, P_{2}, cdots, P_{N}$. Определить давление в секции сосуда с номером i после того, как поршни получили возможность свободно перемещаться, а в сосуде установилось термодинамическое равновесие. Теплоёмкостью поршней пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 5284
Горизонтально расположенный теплоизолирующий цилиндр разделён перегородкой на два равных объёма $V$,в которых находится по одинаковому числу молей $nu$ идеального одноатомного газа при температурах $T_{1}$ и $T_{2}$ ($T_{1} > T_{2}$). Около небольшого отверстия в перегородке со стороны более нагретого газа расположен небольшой пропеллер, приводимый в движение струёй перетекающего через отверстие газа (см. рис.). Приводимый им в движение генератор подключён к расположенному в том же объёме нагревателю. До того, как отверстие было открыто, температура помещённых внутрь сосуда приборов равнялась температуре окружающего газа. Определить давление, которое установится в системе после достижения равновесия, если суммарная теплоёмкость устройств внутри цилиндра равна $C$.
Подробнее
Задача по физике – 5285
На нерастяжимой нити длиной $2L$ закреплены на расстоянии $L/2$ друг от друга два маленьких шарика с зарядами $+q$ и $-2q$. Концы нити связали, образовавшееся кольцо натянули на два тонких цилиндра, расположенных на расстоянии $L$ друг от друга. Радиусы цилиндров очень малы, так что обе половины нити лежат практически на одной прямой (см. рис.). Систему поместили в однородное электрическое поле $E$. Первоначально нить вместе с шариками имела небольшую скорость, так что она скользила по цилиндрам. Затем, из-за небольшого трения о воздух, система остановилась. Где могут расположиться шарики? Силой тяжести и трением нити о цилиндры пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 5338
Медный кубик со стороной $a$, нагретый до температуры $t > 0^{ circ} C$, был помещён в лёгкий, тонкий, плотно прилегающий к стенкам теплоизолирующий колпачок так, что открытой осталась только одна грань (см. рис.). Кубик положили открытой гранью вниз на ледяной куб массы $M$, плавающий в воде при температуре $0^{ circ} C$. Кубик начал проплавлять во льду углубление квадратного сечения, всё глубже погружаясь в него. После установления в системе теплового равновесия измерили глубину, на которую погрузился в воду ледяной куб. Построить график зависимости этой глубины от первоначальной температуры меди. Известны плотности воды, льда и меди, а также удельная теплоёмкость меди и удельная теплота плавления льда. Считать, что вода, образующаяся при плавлении льда, имеет температуру $0^{ circ} C$ и та её часть, которая вытекает из углубления, сразу удаляется —стекает с поверхности ледяного куба.
Подробнее
Задача по физике – 5339
Два литра воды нагревают на плитке мощностью 500 Вт. Часть тепла теряется в окружающую среду. Зависимость мощности тепловых потерь от времени приведена на рис. Начальная температура воды равна $20^{ circ} C$. За какое время вода нагреется до $30^{ circ} C$? Удельная теплоёмкость воды $c$ известна.
Подробнее
Задача по физике – 5340
Имеются три цилиндрических сосуда, отличающиеся только по высоте. ?мкости сосудов равны 1 л, 2 л и 4 л. Все сосуды заполнены водой до краёв. Воду в сосудах греют с помощью кипятильника. Из-за потерь тепла в атмосферу мощности кипятильника не хватает для того, чтобы вскипятить воду. В первом сосуде воду можно нагреть до $t_{1} = 80^{ circ} C$, во втором — до $t_{2} = 60^{ circ} C$. До какой температуры можно нагреть воду в третьем сосуде, если комнатная температура $t = 20^{ circ} C$? Считайте, что теплоотдача в атмосферу с единицы площади поверхности пропорциональна разности температур воды и окружающей среды. Вода в сосуде прогревается равномерно.
Подробнее
Задача по физике – 5341
В лаборатории провели исследование 1 г новой жидкости X. На рис. дан график зависимости объёма синтезированной жидкости от температуры. Оказалось, что теплоёмкость полученного количества жидкости равна $c = 3 Дж/^{ circ} C$ и не зависит от температуры, что температура кипения — $T_{К} = 80^{ circ} C$, а теплота парообразования — $Q_{П} = 240 Дж$. Также выяснилось, что жидкость не смешивается с водой. В воду объёмом $V_{В} = 5 мл$ при температуре $T_{В} = 9^{ circ} C$ налили $V_{Х} = 1 мл$ жидкости X при некоторой температуре $T_{X}$. Найти минимальную $T_{X}$, при которой вся добавленная в воду жидкость выкипит. Удельная теплоёмкость воды известна.
Подробнее
Задача по физике – 5342
На сильном морозе лыжники дышат через специальную «грелку», внутри пластмассового корпуса которой находится система проволочных решёток. Решётки нагреваются воздухом, который лыжник выдыхает, и нагревают вдыхаемый воздух. При температуре на улице $T_{0} = – 20^{ circ} C$ температура грелки, которую использовал лыжник, была равна $T_{1} = – 6^{ circ} C$. Во время разминки лыжник стал дышать вдвое чаще. До какой температуры $T_{2}$ нагрелась грелка?
Примечание. Температура воздуха, выдыхаемая лыжником, равна $T_{Л} = 36^{ circ} C$. Считать, что температура воздуха, проходящего через грелку, успевает сравняться с её температурой. Мощность теплоотдачи от грелки в окружающую среду (через боковую поверхность) пропорциональна разности температур грелки и окружающей среды. Теплоёмкость грелки достаточно большая, так что за время вдоха/выдоха её температура практически не меняется.
Подробнее
Задача по физике – 5343
Система, изображённая на рисунке, состоит из неподвижного блока A, через который перекинута верёвка, соединяющая кусок льда В при температуре $0^{ circ} C$ и невесомый блок C. Через блок C также перекинута верёвка, на одном конце которой висит груз массой $m = 10 г$, а другой конец которой соединён с полом через пружину жёсткостью $k = 100 Н/м$. Вначале кусок льда погружен наполовину в воду при температуре $t_{к} = 20^{ circ} C$, находящуюся в стакане. Объём воды в стакане $V = 200 мл$. В процессе таяния льда система приходит в движение, и лёд поднимается из воды. Какая температура будет у воды, когда лёд полностью выйдет из неё? Считать, что теплообмен происходит только между льдом и водой в стакане. Плотности воды и льда, удельные теплоёмкость воды и теплота плавления льда, а также ускорение свободного падения известны.
Подробнее
Источник