Зацепился!
6/10На электродвигатель постоянного тока установили датчик температуры. На верхнем этаже стройки поставили лебёдку, приводимую в движение этим двигателем. В начале рабочего дня лебёдка стала поднимать груз массой \(M = 67{,}5\) кг. Не доехав всего один этаж до лебёдки, груз зацепился. На каком этаже это произошло? Зависимость температуры двигателя от времени \(T(t)\) изображена на рис. 1. Известно, что на двигатель всегда подаётся одно и то же напряжение; трением в подшипниках двигателя и лебёдки пренебречь. Принять \(g = 10\) м/с\(^2\), высоту одного этажа \(3\) м, теплоёмкость электродвигателя \(C = 4{,}5\) кДж/\(^\circ\)C.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаНа втором участке груз не движется, и вся потребляемая двигателем мощность идёт на нагрев. Сравните тепловые мощности двигателя на двух участках с мощностью, потребляемой им при подъёме.
ОтветГруз зацепился на границе 20-го и 21-го этажей (высота \(H = 60\) м); скорость подъёма груза \(v = 2\) м/с.
РешениеПусть \(U_0\) — напряжение сети, \(I_0\) — сила тока при подъёме груза, \(R\) — сопротивление обмотки, \(N_1\) и \(N_2\) — мощности тепловых потерь на первом (с нагрузкой) и втором (с заклиниванием) участках, \(N_m\) — механическая мощность подъёма, \(v\) — скорость груза на первом участке. Энергетический баланс на первом участке: \[U_0 I_0 = N_1 + N_m, \qquad N_1 = R I_0^2.\] На втором участке груз неподвижен, и вся мощность \(N_2 = U_0^2/R\) идёт на нагрев. Поскольку \(N_1 N_2 = (U_0 I_0)^2\), получаем \[N_m = \sqrt{N_1 N_2} - N_1.\] По графику температуры \[N_1 = C\left(\frac{\Delta T}{\Delta t}\right)_1 = 4500\cdot 0{,}1 = 450\text{ Вт}, \qquad N_2 = C\left(\frac{\Delta T}{\Delta t}\right)_2 = 4500\cdot 1{,}6 = 7200\text{ Вт}.\] Тогда \(N_m = \sqrt{450\cdot 7200} - 450 = 1800 - 450 = 1350\) Вт. С другой стороны, \(N_m = Mgv\), откуда \[v = \frac{N_m}{Mg} = 2\text{ м/с}.\] Высота, на которой зацепился груз, \(H = vt = 2\cdot 30 = 60\) м, то есть на границе 20-го и 21-го этажей.
Похожие задачи
- Источник питания и лампочки МОШ 2009/10, 10 кл.
- Лампочка с вольфрамовой нитью МОШ 2011/12, 11 кл.
- Два кипятильника в сети СПбГУ 2011/12, 10 кл.
- Два кипятильника в сети СПбГУ 2011/12, 11 кл.
- Мощность на резисторе от батарейки Курчатов 2012/13, 8-9 кл.
- Проточный водонагреватель МОШ 2013/14, 9 кл.