Нужна помощь с физикой! Заранее спасибо! В цилиндре под поршнем площадью 5 см2 находится воздух при температуре 0 градусов цельсия и нормальном атмосферном давлении. Цилиндр лежит на горизонтальной плоскости, упираясь дном в горизонтальную стенку, а поршень соединен горизонтальным стержнем с грузом, лежащим на этой же горизонтальной плоскости. Масса груза 5 кг, коэффициент трения между грузом и плоскостью 0,3. до какой температуры нужно нагреть воздух в цилиндре, чтобы груз сдвинулся с места? Если можно, то с рисунком.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения этой задачи воспользуемся законом Архимеда и законом Гука.

Сначала найдем силу трения между грузом и плоскостью:
Fтр = μ * N,
где μ - коэффициент трения, равный 0,3,
N - нормальная реакция плоскости на груз (равная весу груза).

N = m * g,
где m - масса груза, равная 5 кг,
g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с^2.

N = 5 9,8 = 49 Н.
Fтр = 0,3 49 = 14,7 Н.

Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости и равна весу груза при нормальном атмосферном давлении.

Теперь найдем разность сил:
ΔF = Fтр - Fa,
где Fa - сила Архимеда.

ΔF = 14,7 - 49 = -34,3 Н.

Эта сила будет создавать ускорение груза:
a = ΔF / m = -34,3 / 5 = -6,86 м/c^2.

Теперь используем закон Гука:
F = k * Δx,
где k - коэффициент жесткости пружины, равный карню ускорению свободного падения,
Δx - смещение относительно положения равновесия.

Так как груз сдвигается с места, то применяем второй закон Ньютона:
T - ΔF = m * a,
где T - сила натяжения пружины, противоположная направлению движения.

T - 34,3 = 5 (-6,86),
T = -34,3 + 5 6,86 = -2,5 Н.

Сила натяжения пружины равна силе Архимеда, поэтому можно записать:
k Δx = Fa,
k Δx = 49,
К Δx = 49,
9,8 Δx = 49,
Δx = 49 / 9,8 = 5 м.

Теперь можем найти смещение поршня от его положения равновесия:
S = S0 + Δx = 0,05 + 0,05 = 0,1 м.

Давление газа в цилиндре можно рассчитать по формуле:
P = F / S,
P = 14,7 / 0,0005 = 29400 Па.

Теперь используем закон Гей-Люссака:
(V1 / T1) = (V2 / T2)

Начальное давление P1 = 101325 Па, начальный объем V1 = 0,05 м, начальная температура T1 = 273 K.
Конечное давление P2 = 29400 Па, конечный объем V2 = V1 = 0,05 м.

(101325 / 273) = (29400 / T2)
T2 = 29400 * 273 / 101325 ≈ 79,2 K

Следовательно, нужно нагреть воздух в цилиндре до примерно 79,2 градусов Цельсия, чтобы груз сдвинулся с места.