Какова будет конечная температура воды в системе, если тело массой 200 кг падает с высоты 5 м и вся его механическая энергия идет на нагревание 0,480 кг воды при начальной температуре 20°C? Удельная теплоемкость воды составляет 4186 Дж/кг°С.

Физика Колледж Превращение механической энергии в теплоту конечная температура воды механическая энергия нагревание воды удельная теплоёмкость физика 12 класс Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии. Вся механическая энергия, которую тело приобретает при падении, будет передана воде в виде тепла. Давайте поэтапно разберем решение.

1. Найдем механическую энергию тела:
• Механическая энергия (E) тела, падающего с высоты, рассчитывается по формуле: E = m * g * h, где:
• m - масса тела (200 кг),
• g - ускорение свободного падения (примерно 9,81 м/с²),
• h - высота падения (5 м).
• Подставим значения:
• E = 200 кг * 9,81 м/с² * 5 м = 9810 Дж.
2. Определим, сколько тепла получит вода:
• Тепло (Q), полученное водой, можно рассчитать по формуле: Q = m * c * ΔT, где:
• m - масса воды (0,480 кг),
• c - удельная теплоемкость воды (4186 Дж/кг°С),
• ΔT - изменение температуры воды.
3. Установим равенство между механической энергией и теплом:
• Поскольку вся механическая энергия идет на нагрев воды, то: E = Q.
• Подставим формулы: 9810 Дж = 0,480 кг * 4186 Дж/кг°С * ΔT.
4. Решим уравнение для ΔT:
• ΔT = 9810 Дж / (0,480 кг * 4186 Дж/кг°С).
• ΔT ≈ 5,00 °C.
5. Вычислим конечную температуру воды:
• Начальная температура воды (T0) = 20 °C.
• Конечная температура (Tf) = T0 + ΔT = 20 °C + 5 °C = 25 °C.

Ответ: Конечная температура воды в системе составит 25 °C.