Задачи по физике и методы их решения - Балаш В.А.
Скачать (прямая ссылка):
6.48. Б алластный резервуар подводной лодки объемом V=5 м3 заполнен
водой. Для сброса балласта в верхнюю часть резервуара подается воздух от
компрессора, и вода через трубу сечением 5=100 см2, расположенную в
нижней части резервуара, вытекает наружу. Какова должна быть минимальная
мощность компрессора, чтобы лодка на глубине //=100 м могла полностью
освободиться от балласта за время / = 50 с? Атмосферное давление
нормальное.
6.49. Чему равна полезная мощность водяного двигателя, КПД которого равен
80%, если известно, что вода поступает в него со скоростью 3 м/с, а
оставляет его со скоростью 1 м/с на уровне, находящемся на 1,5 м ниже
уровня входа? Секундный расход воды равен 0,3 м3/'с.
6.50. В широкий сосуд налита вода до высоты Н. На поверхность воды налит
слой масла плотностью и высотой h. С какой скоростью вода начнет вытекать
из сосуда, если на дне его образуется отверстие? Понижением уровня воды в
баке пренебречь. Плотность воды qi.
6.51. На столе стоит цилиндрический сосуд высотой /г, наполненный водой.
На каком расстоянии от дна сосуда нужно сделать отверстие, чтобы струя из
него падала на поверхность стола на максимальном расстоянии от сосуда?
Чему равно это расстояние? Каков будет при этом опрокидывающий момент,
действующий на цилиндр, если площадь отверстия равна S?
6.52. Две открытые манометрические трубки установлены на горизонтальной
трубе переменного сечения. Одна трубка находится в том месте, где сечение
трубы равно Si, вторая - где сечение S2>Si. По трубе течет вода, и
разность уровней воды в манометрических трубках равна h. Сколько воды
ежесекундно проходит через сечение трубы?
6.53. Из крана выливается вода. Начиная с некоторого места диаметр струи
уменьшается на протяжении 3 см с 3 до 2 см. Сколько воды можно налить из
крана за 60 с?
ЧАСТЬ II
ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Глава 7 ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ
1. Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном
беспорядочном движении. Хаотическое движение молекул тела называют
тепловым движением. Каждая молекула вещества обладает кинетической и
потенциальной энергией, поэтому всякое тело наряду с механической
энергией направленного движения частиц обладает внутренней энергией.
В молекулярной физике под внутренней энергией подразумевают часть ее.:
кинетическую энергию хаотического движения микрочастиц (молекул, атомов,
ионов, свободных электронов) и потенциальную энергию их взаимодействия
друг с другом:
и = Wk + Wp = z m,4 + WP-
Все другие виды внутренней энергии тела (энергия электромагнитного
излучения, электронных оболочек, внутриядерная) считаются неизменными и
не влияющими на рассматриваемые процессы.
Изменение внутренней энергии и передача ее от одного тела к другому
происходит в процессе взаимодействия тел. Есть два способа, две формы
такого взаимодействия. При первом способе внутренняя энергия одного тела
изменяется за счет изменения энергии упорядоченного (механического)
движения частиц другого тела (механической работы, электризации,
перемагни-чивания, облучения). Мерой изменения-энергии упорядоченного
движения частиц вещества в процессе макроскопического взаимодействия тел
служит работа А.
Во втором случае изменение внутренней энергии происходит вследствие
соударения хаотически движущихся молекул соприкасающихся тел.
Процесс изменения внутренней энергии тела, обусловленный передачей
теплового движения молекул без совершения работы, внешней средой,
называют тепловым процессом или процессом теплопередачи.
Мерой взаимодействия тел, при-водящего к изменению энергии
172
хаотического движения и взаимодействия молекул (мерой энергии
хаотического движения, переданной от одного тела к другому в процессе
теплообмена), служит величина Q, называемая количеством теплоты.
2. Количество теплоты, подведенное к телу (системе тел), идет в общем
случае на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы
над внешними телами (первое начало термодинамики - закон сохранения и
превращения энергии с учетом тепловых явлений):
Q = AU + A. (7.1)
Количество теплоты Q, сообщенное телу, считают при этом положительным,
отданное телом - отрицательным. Работу считают положительной, если тело
за счет своей внутренней энергии совершает' работу над внешней средой, и
отрицательной, если работа совершается над телом и за счет работы
увеличивается внутренняя энергия.
Количество теплоты и работа являются мерами изменения внутренней энергии,
количество теплоты - в процессе теплопередачи, работа - в процессе
превращения механической энергии во внутреннюю.
3. Если лри подведении к телу количества теплоты Q температура тела
повышается на At, то теплоемкость тела в рассматриваемом процессе равна:
п - Q - At/ . А ,_ "
At At А/ ' ( • '
Удельная теплоемкость .тела массой т:
Если суммарная кинетическая энергия теплового движения молекул изменяется
при неизменной потенциальной энергии, то изменение внутренней энергии
