Холодное тело в воде
В воду с температурой \(T_0=0\,^\circ\text{C}\) опускают небольшое холодное тело с плотностью \(\rho\) и удельной теплоёмкостью \(C\). Какой должна быть начальная температура тела, чтобы оно всплыло? Теплота плавления льда \(\lambda\), плотность воды \(\rho_0\), плотность льда \(0{,}9\rho_0\).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаТело, опущенное в воду, покроется слоем намёрзшего льда. Найдите объём льда, который намерзнет при нагревании тела до \(0\,^\circ\)C, и сравните массу тела со льдом с массой вытесненной воды.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(T<T_0-\dfrac{9\lambda(\rho-\rho_0)}{C\rho}\), где \(T_0=0\,^\circ\text{C}\).
▶РешениеСкрыть: решение
Решение1) Пусть объём тела \(V_0\). Тогда объём намёрзшего за счёт нагревания тела до \(T_0\) льда равен \(V=\dfrac{C\rho V_0(T_0-T)}{0{,}9\rho_0\lambda}\).
2) Суммарная масса тела и льда \(M=\rho V_0+0{,}9\rho_0V\) должна стать меньше, чем масса вытесненной воды \(m=\rho_0(V+V_0)\): \(M<m\).
3) Условие плавания, выраженное через данные задачи: \(\rho V_0+\dfrac{C\rho V_0(T_0-T)}{\lambda}<\rho_0V_0+\dfrac{C\rho V_0(T_0-T)}{0{,}9\lambda}\).
Отсюда \(T<T_0-\dfrac{9\lambda(\rho-\rho_0)}{C\rho}\).
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Смесь воды со льдом в ведре МОШ 1960/1986, заключительный этап, 8-11 кл.
- Лёд и легкоплавкое вещество МОШ 1987/88, заключительный этап, 8 кл.
- Струя на лёд МОШ 1989/90, заключительный этап, 8 кл.
- Лёд и вода в теплоизолированном сосуде Белорусская 1990/91, заключительный этап, 9 кл.
- Плавление олова ВсОШ 1991/92, заключительный этап, 9 кл.
- Рост льда на озере МОШ 1993/94, заключительный этап, 10 кл.