Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 12232
2019-12-25 
Из яичной скорлупы сделан реактивный двигатель, показанный на рисунке. Площадь отверстия в скорлупе $s = 3 мм^{2}$. Какова наибольшая сила тяги такого двигателя, если температура воды в скорлупе поддерживается равной $100^{ \circ} С$?
Решение:
Согласно закону сохранения импульса, реактивная сила, действующая на скорлупу, равна по модулю разности импульсов молекул, вылетевших из скорлупы за единицу времени и влетевших в скорлупу за то же время. С другой стороны, давление газа на стенку есть не что иное, как удвоенный импульс молекул, ударяющихся о единицу площади поверхности стенки в единицу времени. Таким образом, импульс молекул, вылетающих из отверстия площадью $s$ в единицу времени, равен $ps/2$, импульс влетающих молекул - $p_{0}s/2$ (где $p$ и $p_{0}$ - давления внутри скорлупы и вне ее соответственно), а искомая сила
$F = \frac{ps}{2} - \frac{p_{0}s }{2} = (p - p_{0} ) \frac{s}{2}$.
Максимальное давление, которое теоретически можно получить внутри скорлупы, несколько больше удвоенного атмосферного давления. Действительно, если воду в скорлупе нагревать так быстро, что масса воздуха не успеет измениться, давление будет складываться из давления воздуха (которое при $100^{ \circ} С$ несколько больше атмосферного) и давления насыщенного водяного пара (которое при $100^{ \circ} С$ равно атмосферному). В этом случае
$F_{max} = (p_{max} - p_{0} ) \frac{s}{2} = p_{0} \frac{T}{T_{0} } \frac{s}{2} \approx 0,2 Н$.
Однако оценочный расчет дает, что для этого нагревание воды должно продолжаться не более $10^{-1} с$, что практически нереально.
Если же скорлупу нагревать медленно, весь воздух за время нагрева успеет выйти из скорлупы и давление внутри будет таким же, как и снаружи. Искомая сила при этом будет равна нулю.
Из яичной скорлупы сделан реактивный двигатель, показанный на рисунке. Площадь отверстия в скорлупе $s = 3 мм^{2}$. Какова наибольшая сила тяги такого двигателя, если температура воды в скорлупе поддерживается равной $100^{ \circ} С$?
Решение:
Согласно закону сохранения импульса, реактивная сила, действующая на скорлупу, равна по модулю разности импульсов молекул, вылетевших из скорлупы за единицу времени и влетевших в скорлупу за то же время. С другой стороны, давление газа на стенку есть не что иное, как удвоенный импульс молекул, ударяющихся о единицу площади поверхности стенки в единицу времени. Таким образом, импульс молекул, вылетающих из отверстия площадью $s$ в единицу времени, равен $ps/2$, импульс влетающих молекул - $p_{0}s/2$ (где $p$ и $p_{0}$ - давления внутри скорлупы и вне ее соответственно), а искомая сила
$F = \frac{ps}{2} - \frac{p_{0}s }{2} = (p - p_{0} ) \frac{s}{2}$.
Максимальное давление, которое теоретически можно получить внутри скорлупы, несколько больше удвоенного атмосферного давления. Действительно, если воду в скорлупе нагревать так быстро, что масса воздуха не успеет измениться, давление будет складываться из давления воздуха (которое при $100^{ \circ} С$ несколько больше атмосферного) и давления насыщенного водяного пара (которое при $100^{ \circ} С$ равно атмосферному). В этом случае
$F_{max} = (p_{max} - p_{0} ) \frac{s}{2} = p_{0} \frac{T}{T_{0} } \frac{s}{2} \approx 0,2 Н$.
Однако оценочный расчет дает, что для этого нагревание воды должно продолжаться не более $10^{-1} с$, что практически нереально.
Если же скорлупу нагревать медленно, весь воздух за время нагрева успеет выйти из скорлупы и давление внутри будет таким же, как и снаружи. Искомая сила при этом будет равна нулю.
