Задачи › Движение газа, истечение

Поток тёплого воздуха над площадкой

  1. Поток тёплого воздуха над площадкой

    МОШ 2017/18, 10 кл.
    6/10

    На горизонтальном участке поля Вася очистил от чистого белого снега площадку с размерами \(1\text{ м} \times 1\text{ м}\). Под лучами весеннего солнца черная земля прогревается и нагревает расположенный над ней воздух. Тепловая мощность, получаемая воздухом от площадки, равна \(W = 0{,}3\) кВт — поскольку солнце зимой находится довольно низко над горизонтом. В безветренную и сухую погоду при температуре воздуха \(T_0 = 273\) К и давлении возле поверхности земли \(p = 10^5\) Па столб теплого воздуха, поднимающийся над площадкой, имеет на высоте \(h = 10\) м температуру \(T_1 = 275\) К и поперечное сечение, равное \(S = 2\text{ м}^2\). Температура окружающего воздуха не зависит от высоты и равна \(T_0\). Молярная масса воздуха \(\mu = 29\) г/моль, его молярная теплоемкость при постоянном давлении равна \(c_p = 7R/2\).

    1. Оцените, с какой скоростью поднимается поток воздуха на высоте \(h\), если процесс уже установился?

    2. Оцените, на какую высоту поднялся бы теплый воздух, если бы отсутствовал теплообмен между теплым воздухом и окружающим его холодным воздухом?

    Примечание. Справедлива приближенная формула: \(\Delta\!\left(\dfrac{a}{b}\right) = \dfrac{b\,\Delta a - a\,\Delta b}{b^2}\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    В установившемся режиме вся мощность \(W\) уходит на нагрев протекающего через сечение воздуха от \(T_0\) до \(T_1\). Во втором пункте воздух расширяется адиабатически, а давление в нём равно давлению окружающего воздуха на той же высоте.

    Ответ

    1) \(u = \dfrac{2T_1 W}{7 S p\,(T_1 - T_0)} \approx 0{,}06\text{ м/с}\);  2) \(h \approx \dfrac{7R\,\Delta T}{2\mu g} \approx 200\text{ м}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи