Неустойчивое равновесие
7/10В горизонтальном колене запаянной теплоизолированной П-образной трубки небольшого постоянного поперечного сечения \(S\) с длиной колена \(L\) расположена жидкость плотностью \(\rho\) (рис.). Теплоёмкость всей жидкости в трубке равна \(C\). В вертикальных коленах находится по \(\nu\) молей гелия под давлением \(p_0\). Из-за слабого толчка равновесие нарушилось. Пренебрегая теплообменом с окружающей средой, найдите расстояние \(x\), на которое сместится столбик жидкости к моменту установления термодинамического равновесия. Поперечное сечение трубки столь мало, что пузырьки газа не «пробулькивают» сквозь жидкость, сместившуюся в вертикальное колено.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаВ конце газ по обе стороны имеет общую температуру, а разность давлений уравновешена весом вертикального столбика длины \(x\). Убыль потенциальной энергии жидкости идёт на нагрев жидкости и гелия (внутренняя энергия гелия \(\frac32\nu RT\) в каждом колене).
Ответ\(x = L\sqrt{\dfrac{3\nu R + C}{4\nu R + C}\left(1 - \dfrac{2p_0}{\rho g L}\right)}\), где \(R\) — универсальная газовая постоянная.
Похожие задачи
- Число степеней свободы Савченко, №5.6.1
- Внутренняя энергия воздуха Савченко, №5.6.2
- Нагрели комнату Савченко, №5.6.3
- Соединили два сосуда Савченко, №5.6.4
- Химическая реакция в сосуде Савченко, №5.6.5
- Два поршня разлетаются Савченко, №5.6.6