Какова масса поршня при нормальном атмосферном давлении (ро = 100 кПа) и постоянной температуре, если в горизонтально расположенной пробирке с идеальным газом длина столба газа составляет lо = 39,0 см, а после изменения положения пробирки длина столбика газа стала равна И = 40,0 см?

Физика 11 класс Газовые законы масса поршня атмосферное давление Идеальный газ длина столба газа физика 11 класс Новый

Для решения данной задачи нам нужно использовать закон Бойля-Мариотта, который описывает поведение идеального газа. Он гласит, что при постоянной температуре произведение давления газа на его объем остается постоянным. В данном случае мы будем рассматривать изменения длины столба газа в пробирке.

Шаг 1: Определим начальные и конечные условия.

• Начальная длина столба газа (lо) = 39,0 см.
• Конечная длина столба газа (l) = 40,0 см.
• Давление (р) = 100 кПа.

Шаг 2: Найдем изменение объема газа.

Объем газа пропорционален длине столба, поэтому мы можем сказать, что изменение объема (ΔV) пропорционально изменению длины столба (Δl):

Δl = l - lо = 40,0 см - 39,0 см = 1,0 см.

Теперь найдем отношение начального и конечного объемов:

Vо = k * lо, V = k * l, где k - площадь поперечного сечения пробирки.

Тогда:

р * Vо = p * k * lо и р * V = p * k * l.

Шаг 3: Применим закон Бойля-Мариотта.

По закону Бойля-Мариотта:

pо * Vо = p * V, где pо - начальное давление, p - конечное давление.

Шаг 4: Рассчитаем массу поршня.

Чтобы найти массу поршня, нам нужно знать, какое давление он создает на газ. Давление, создаваемое поршнем, можно выразить через его массу (m) и площадь (S) по формуле:

р = m / S.

Из этого уравнения можно выразить массу поршня:

m = р * S.

Так как мы не знаем площадь поперечного сечения (S), мы можем выразить массу через изменение давления и длины столба:

Δp = p * (l - lо) / lо.

Шаг 5: Подставим известные значения.

Подставляем значения в уравнение:

Δp = 100 кПа * (1 см) / 39 см = 2,564 кПа.

Теперь, чтобы найти массу, нам нужно знать площадь S. Если мы примем, что S = 1 см² (для простоты расчетов), то:

m = 100 кПа * 1 см² = 100 кг.

Ответ: Масса поршня при нормальном атмосферном давлении и заданных условиях составляет 100 кг.