25-тонний вагон рухається по горизонтальній ділянці залізничної колії зі швидкістю 2 м/с. Його наздоганяє 15-тонний вагон, швидкість
якого 4 м/с. Якою буде їхня швидкість після зчеплення? Распешите , неймоверно выручите+!

Задать во Войти

АнонимФизика31 января 18:37

В горелке сжигается топливо массой m1. КПД горелки n. Полезная теплота Q передается куску меди, массой m2. В результате

чего его температура T повышается от T1 до T2. Нагретую медь кладут на большую льдину при T=273 К. Масса образовавшейся воды m3. дано: дерево m1 = 349г m2 = 8 кг T1 = 285К m3 = 1,16кг Найти: n Q T2

ответ или решение

Данные: m1 (масса сгоревшего топлива (сухих дров)) = 349 г = 0,349 кг; m2 (масса куска меди) = 8 кг; Т1 (исходная температура куска меди) = 285 К; m3 (масса образовавшейся воды) = 1,16 кг; T (первоначальная температура льдины) = 273 К.

Постоянные: qд (уд. теплота сгорания сухих дров) = 107 Дж/кг; См (уд. теплоемкость меди) = 400 Дж/(кг*К); λ (уд. теплота плавления льда) = 34 * 104 Дж/кг.

1) Теплота, полученная большой льдиной от куска меди (полезная теплота): Q = λ * m3 = 34 * 104 * 1,16 = 39,44 * 104 Дж = 394,4 кДж.

2) Конечная температура куска меди: T2 = Q / (Cм * m2) + Т = Q / (Cм * m2) + Т = 39,44 * 104 / (400 * 8) + 273 = 396,25 К.

3) КПД горелки: η = Q / Qд = Q / (qд * m1) = 39,44 * 104 / (107 * 0,349) = 0,113 или 11,3%.

ПЕРВЫЙ

Рассмотрим обычную гуковскую пружину длины        и жёсткостью        деформацию которой обозначим, как        Тогда возникающая сила упругости при её деформации будет выражаться обычным законом Гука:



Рассмотрим некоторое состояние [1] :    
и некоторое состояние [2] :    

При вычитании этих уравнений получим, что для двух любых состояний верно, что:





Т.е. изменение силы действующей со стороны любой гуковской пружины пропорционально изменению её деформации с противоположным знаком, через её собственную жёсткость.

В нашем случае, в состоянии равновесия        – все силы, действующие на груз, взаимно скомпенсированы. При изменении положения груза на        (т.е. вверх), растяжение нижней пружины (down) увеличится, а значит её сила, действующая на груз вниз – тоже увеличится по модулю. В проективном виде это изменение выразится, как:

   – это символизирует увеличение отрицательной (направленной вниз) величины силы нижней пружины.

В то же время, при изменении положения груза на        (вверх), растяжение верхней пружины (up) уменьшится, а значит её сила, действующая на груз вверх – тоже уменьшится по модулю. В проективном виде это изменение выразится, как:

   – это символизирует уменьшение  положительной (направленной вверх) величины силы верхней пружины.

Общее изменение силы составит (сила тяжести не изменится):



При этом, поскольку в начальном состоянии действие всех сил было скомпенсировано, т.е. равнодействующая была равна нулю, то, стало быть, при смещении груза на        общая сила, действующая со стороны системы пружин – будет как раз и равна изменению действующих сил:


(рассуждения для отрицательного смещения производятся аналогично)

А такая зависимость силы от смещения – эквивалентна системе груза и одной пружины с жёсткостью, равной сумме исходных жёсткостей. Стало быть:

   где        –  масса шарика.



ВТОРОЙ

Пусть начальные растяжения пружин:       (нижней), и       (верхней). При этом положим вертикальное положение груза        Ось        направлена вверх.

Запишем закон сохранения энергии для произвольного положения груза:



Продифференцируем уравнение по времени:







Заметим, что в начальном положении, действие всех сил скомпенсировано:


(сила только верхней пружины положительна, т.к. направлена вверх)

Итак:



А такая зависимость силы от смещения – эквивалентна системе груза и одной пружины с жёсткостью, равной сумме исходных жёсткостей. Стало быть:

   где        –  масса шарика.



ТРЕТИЙ

Зафиксируем груз. Демонтируем нижнюю пружину. Прикрепим нижнюю пружину тоже свреху (!) груза, закрепив её на таком вертикальном расстоянии от груза, чтобы при отпускании груза – он остался бы в равновесии.

Сборка окажется эквивалентной, поскольку изначально верхняя пружина будет работать, как прежде. А перемещённая пружина при поднятии груза будет толкать груз вниз с таким же коэффициентом упругости, с которым она тянула бы его вниз, будучи снизу. С противоположным смещением – то же самое.

Обе пружины при такой эквивалентной сборке будут работать в параллельном режиме, как хорошо известно, с суммарной жёсткостью:

Итак:



   где        –  масса шарика.



ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЁТ :::

  Н/см     Н     см     Н     м     Н/м ;

  Н/см     Н     см     Н     м     Н/м ;

Допустим, масса шарика равна 1 кг. Тогда:

  сек ;

   Гц .