ГЛАВНАЯ » РЕШЕБНИК

2018-07-21   
Фарфоровый шарик объемом $1 см^{3}$ равномерно падает в воде. Какое количество теплоты выделится при перемещении шарика на 1 м? Плотность фарфора $2,3 \cdot 10^{3} кг/м^{3}$.


Решение:



На шарик действуют три силы: сила тяжести $\vec{F}_{т}$, выталкивающая сила $\vec{F}_{A}$ и сила сопротивления $\vec{F}_{c}$. Шарик движется равномерно, и для него можно записать первый закон Ньютона:

$\vec{F}_{A} + \vec{F}_{т} + \vec{F}_{c} = 0$,

или в скалярной форме относительно выбранного направления оси у:

$- F_{т} + F_{A} + F_{с} = 0$. (1)

Учитывая, что $F_{т} = mg = \rho Vg, F_{A} = \rho_{в} Vg$, преобразуем уравнение (1):

$- \rho Vg + \rho_{в}Vg + F_{с} = 0$,

откуда

$F_{c} = ( \rho - \rho_{в} )Vg$.

Работа по преодолению сил сопротивления равна изменению внутренней энергии,

$A = \Delta U$,

где

$A = F_{сопр} h = ( \rho - \rho_{в} )Vgh$.

Поскольку изменение внутренней энергии взаимодействующих тел измеряется количеством теплоты, то количество теплоты, выделенное при перемещении шарика, равно:

$Q = \Delta U = ( \rho - \rho_{в} )Vgh = 1,3 \cdot 10^{-2} Дж$.