Локальное потепление
5/10Банда пиратов решила спрятать украденный керосин внутри айсберга. Для этого они затратили \(Q = 10\) ТДж тепла на вытапливание полости внутри льда, после чего откачали из неё воду и полностью заполнили её керосином. В результате этой операции объём надводной части айсберга увеличился на \(20\%\), что привлекло внимание исследователей. В страхе быть пойманными, пираты откачали керосин и решили избавиться от улик. Сколько тепла им потребуется, чтобы растопить оставшуюся часть айсберга?
Плотности керосина, льда и окружающей воды равны \(\rho_\text{к} = 0{,}8\) г/см\(^3\), \(\rho_\text{л} = 0{,}9\) г/см\(^3\) и \(\rho_\text{в} = 1\) г/см\(^3\) соответственно, а их температуры всегда были равны \(0\,^\circ\)C. Теплопотерями пренебречь.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаОбъём надводной части пропорционален объёму растопленного льда. Сравните надводную часть при полностью растопленном льду, заполненном керосином, с исходной и найдите, сколько тепла понадобилось бы на всё.
ОтветПиратам потребуется \(40\) ТДж тепла.
РешениеПусть \(V_0\) — полный объём айсберга, а \(V\) — объём растопленной части. Надводная часть объёма \(V' = V_0\left(1 - \dfrac{\rho_\text{л}}{\rho_\text{в}}\right) + \dfrac{\rho_\text{л} - \rho_\text{к}}{\rho_\text{в}} V\). Исходный надводный объём \(V'_1 = V_0\left(1 - \dfrac{\rho_\text{л}}{\rho_\text{в}}\right) = \dfrac{V_0}{10}\).
Если бы почти весь айсберг растопили и заполнили керосином, надводная часть имела бы объём \(V'_2 = V_0\left(1 - \dfrac{\rho_\text{к}}{\rho_\text{в}}\right) = \dfrac{V_0}{5} = 2V'_1\), то есть увеличение на \(100\%\). Тепло пропорционально растопленному объёму, а увеличению на \(20\%\) отвечает теплота \(Q\), увеличению на \(100\%\) — теплота \(5Q\). Значит, для растапливания оставшейся части потребуется \[5Q - Q = 4Q = 40~\text{ТДж}.\]
Похожие задачи
- «Летучий голландец» из фольги МОШ 2010/11, 7 кл.
- Плавающий корабль в тяжёлом газе (молярная масса) МОШ 2010/11, 10 кл.
- Связанные шарики в воде МОШ 2011/12, 9 кл.
- Ареометр в двух жидкостях Курчатов 2012/13, 7 кл.
- Лёд со стальным шариком Курчатов 2012/13, 8 кл.
- Скорость погружения стакана ВсОШ 2012/13, 9 кл.