Задачи › Плавление и кристаллизация

Холодное тело в воде

  1. Холодное тело в воде

    Всесибирская 2019/20, заключительный этап, 9 кл. · №25261

    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
    Подсказка

    Тело, 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
    Решение

    1) 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.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиНашли ошибку?

Похожие задачи