Температура нагревателя тепловой машины 200 ° С. Какая температура охладителя, если за счет 4 кДж энергии, получаемой от нагревателя, идеальная машина выполняет работу 1,6 кДж?

После того, как шайба съедет с неподвижного возвышения (считаем, по умолчанию, что с гладкого), она наберёт некоторый импульс p.

Когда шайба станет заезжать на гладкую горку, горизонтальная составляющая её давления на горку всё время будет направлена в сторону горизонтальной составляющей её скорости, а реакция горки – по третьему закону Ньютона в противоположном направлении.

Стало быть, горка всё время будет разгоняться, а шайба всё время будет замедляться. Когда горизонтальные составляющие их скоростей сравняются, то шайба и горка на мгновение замрут друг относительно друга. Далее шайба начнёт обратно соскальзывать с подвижной горки. Значит момент, когда подвижная горка и шайба двигаются, как единое целое – и есть момент максимального подъёма шайбы на подвижной горке.

В любой момент времени, суммарный горизонтальный импульс будет наследоваться и оставаться равным p. В момент замирания шайбы на подвижной горке, т.е. когда шайба и горка будут двигаться как единое целое, полный импульс шайбы и горки будет равен p.

На возвышении полная механическая энергия подвижных частей системы равна потенциальной энергии шайбы:

Eмo = mgh ;

Сразу после спуска шайбы с возвышения:

Eкo = mv²/2 = (mv)²/[2m] = p²/[2m] = Eмo = mgh ;

p² = 2m²gh ;

Когда шайба и горка движутся, как единое целое, с учётом того, что масса горки вдвое больше массы шайбы:

Eк = (m+2m)V²/2 = (m+2m)²V²/[2(m+2m)] = p²/[6m] = 2m²gh/[6m] = mgh/3

Полная механическая энергия системы должна сохраниться, а поэтому конечная потенциальная энергия должна быть равна:

Eмo = Eк + Eп ;

Eп = Eмo – Eк = mgh – mgh/3 ;

mgH = Eмo – Eк = [2/3]mgh ;

H = [2/3]h ≈ 4 м .

Короче, можно сказать так: учитывая, что импульс сохраняется, а кинетическая энергия пропорциональна квадрату неизменного импульса, делённому на массу – то, поскольку масса возрастает втрое, то, значит, кинетическая энергия уменьшается втрое. Таким образом, треть начальной потенциальной энергии перейдёт в кинетическую, а 2/3 опять вернуться в потенциальную, что как раз соответствует 2/3 начальной высоты (от 6 м), а значит ответ 4 м.

А, вот, все понял. Энергия растянутой пружины пропорциональна квадрату ее удлинения.

U = (1/2) k * x^2, где  k - жесткость пружины (коэффициент) x - удлинение. Из первого условия найдем жесткость пружины:

30 Дж = (1/2) * к * 0,03м * 0,03 м Отсюда:

к  = 60 / (9*10^-4) (в скобках 9 умножить на 10 в минус четвертой степени)

к = 60 / (9*10^-4) = 2/3 * 10^5

Теперь используем второе условие: Если добавить работу 240 Дж. всего работа по растяжению пружины составит 270 Дж.

270 Дж = (1/2) * 2/3* 10^5 * L^2 , где  L - неизвестное нам растяжение пружины во втором случае. Для L из данного уравнения получаем:

L = sqrt(270*3/(10^5)) = 9 см

Таким образом, совершив работу в 270 Дж мы растянем пружину на 9 см. Соответственно, по сравнению с первым случаем, приращение длины растянутой пружины составит 9 см - 3 см = 6 см.