Сила трения на поршне

Пусть \(T_1\) и \(T_2\) — температура газа до и после нагревания, \(S\) — площадь поршней. Давление в верхнем отсеке не меняется и равно \[p_1 = \dfrac{RT_1}{LS}.\qquad (1)\] Давление в нижнем отсеке увеличится и станет равным \[p_2 = \dfrac{RT_2}{LS}.\qquad (2)\] Минимальная сила трения, при которой поршень \(A\) останется неподвижным, равна \[F = (p_2 - p_1)S = R(T_2 - T_1)/L.\qquad (3)\] Процесс в нижнем отсеке изохорический, а в верхнем — изобарический, поэтому \[Q_{\text{нижн}} = C_V(T_2 - T_1),\qquad (4)\] \[Q_{\text{верх}} = (C_V + R)(T_2 - T_1),\] Здесь \(C_V = \dfrac{3R}{2}\) — молярная теплоемкость идеального одноатомного газа при постоянном объеме, \(C_V + R = \dfrac{5R}{2}\) — при постоянном давлении. Таким образом, всего подведено энергии \[Q = 4R(T_2 - T_1).\qquad (5)\] Из уравнений (3) и (5) получаем ответ: \[F = \dfrac{Q}{4L} = 125\text{ Н}.\]