Условие задачи:
Кусок льда (плотность=0,9 г/см3) лежит на дне сосуда с водой (плотность=1 г/см3), погрузившись в воду на 45% своего объема и действует на дно сосуда с силой модуль которой F=1 Н. Температура льда и воды t=0°C. Удельная теплота плавления льда 3,3*10^5. Какое количество теплоты Q необходимо передать льду, чтобы он полностью растаял?
Разбор:
Чтобы лед таял необходимо его нагреть до температуры плавления и далее подводить извне количество теплоты. В нашей задаче нагревание не требуется, так как лед уже находится при температуре плавления t=0°C (температуры плавления веществ – табличные даны, смотрим в справочнике или интернете). При подведении тепла сразу начнется процесс плавления, описываемый формулой Q=𝛌m, где 𝛌 - удельная теплота плавления льда. Следовательно, нам не хватает для нахождения ответа только массы льда. Ее мы будем искать через второй закон Ньютона: раз тело (лед) покоится на дне, то силы, действующие на него, уравновешены. На тело действует три силы: сила тяжести Fт, направленная вниз, сила Архимеда Fа и сила реакции опоры N, направленные вверх.
Согласно второму закону Ньютона:
Подставим формулы сил: Fт=mт*g=ρт*Vт*g, Fa=ρж*0,45*Vт*g (сила Архимеда действует только на погруженную часть тела), N=F=1Н (по третьему закону Ньютона: сила с которой тело действует на дно сосуда и сила с которой сосуд действует на тело равны по модулю и противоположны по направлению).
Тогда:
ρж*0,45*Vт*g+ F+ ρт*Vт*g = 0
Переведем плотность в единицы СИ: ρж = 1 г/см3 = 1000кг/м3, ρт = 0,9 г/см3 = 900кг/м3
Подставив числовые значения получаем:
1000*0,45*Vт*10 + 1 + 900*Vт*10 = 0
Откуда находим объем Vт = 1/4500 м3 и массу тела mт = ρт*Vт = 900*1/4500 = 0,2 кг.
Последний шаг: Q = 𝛌m = 3,3*10^5 * 0,2 = 66 000 Дж = 66 кДж.
Ответ: Q = 66 кДж.
Есть вопросы по решению или своя задача? Пиши в комментарии, подписывайся.