Задачи › Работа и мощность

Снегоуборка

  1. Снегоуборка

    «Шаг в будущее» 2022/23, 8 кл.
    7/10

    Приемлемая толщина снежного покрова, по которой может проехать спецтранспорт, не должна превышать \(0{,}15\) м. Если толщина покрова больше, то необходимо предварительно расчистить колею шириной \(2{,}5\) м. Существует два возможных способа расчистки пути: плавление снега с помощью теплогенератора, работающего на жидком топливе, и механическая уборка снега путём отбрасывания его в стороны с начальной скоростью не менее \(15\) м/с. Плотность снега \(200\,\text{кг/м}^3\), а его удельная теплота плавления \(\lambda = 3{,}4\cdot 10^{5}\,\text{Дж/кг}\). Во сколько раз отличается минимальная мощность, расходуемая на расчистку пути от снега для движения спецтранспорта при двух описанных способах? Определите минимальные затраты мощности для передвижения спецтранспорта, оснащённого наиболее эффективной из предложенных системой уборки снега, со скоростью \(10\) м/с по дороге с высотой снежного покрова \(0{,}8\) м.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Сравните мощность, нужную для плавления снега, с мощностью, нужной для того, чтобы отбросить снег с нужной скоростью. Высота, которую надо убрать, — разность высот покрова и допустимой толщины.

    Ответ

    Механический способ эффективнее в \(3\cdot 10^{3}\) раз; минимальная мощность \(N \approx 366\) кВт (\(365{,}6\) кВт).

    Решение

    Считаем снег при температуре плавления \(0\,^{\circ}\)C. Тепловой способ: \(N_1 = \dfrac{\lambda M}{t}\). Механический способ: \(N_2 = \dfrac{M\,U_{\text{с}}^2}{2t}\), где \(U_{\text{с}}\) — начальная скорость снега. Отношение \[\frac{N_1}{N_2} = \frac{2\lambda}{U_{\text{с}}^2} = \frac{2\cdot 3{,}4\cdot 10^{5}}{225} \approx 3\cdot 10^{3}.\] Механический способ эффективнее примерно в \(3\cdot 10^{3}\) раз. Масса снега, убираемого за время \(t\) при скорости \(V_{\text{т}}\) транспорта: \(M = \rho\,V_{\text{т}}\,t\,H\,S\), где \(H = h_2 - h_1 = 0{,}8 - 0{,}15 = 0{,}65\) м, \(S = 2{,}5\) м. Тогда \[N_2 = \frac{\rho\,V_{\text{т}}\,H\,S\,U_{\text{с}}^2}{2} = \frac{200\cdot 10\cdot 0{,}65\cdot 2{,}5\cdot 225}{2}\ \text{Вт} = 365\,625\ \text{Вт} \approx 365{,}6\ \text{кВт}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи