Пренебрегая сопротивлением воздуха с точностью до метра определи, с какой высоты должна упасть капля воды, чтобы при ударе о землю она нагрелась на 0,99°С. Удельная теплоёмкость воды равна 4200 Дж/(кг·°С). При расчётах прими =9,8 Н/кг.
Ответы
Дано:
ΔΤ = 0,99 °С
с = 4200 Дж/(кг*°С)
g = 9,8 м/с²
h - ?
Решение:
Вся потенциальная энергия капли перейдёт в кинетическую энергию, а вся кинетическая - в тепловую. Получается, что механическая энергия капли превратится во внутреннюю энергию (считаем, что энергия той части земной поверхности, куда упала капля, не изменяется). Капля обладает внутренней энергией и перед ударом. Следовательно, после удара внутренняя энергия изменится - она увеличится на то значение, которое имеет механическая энергия. То есть:
Uο - начальная внутренняя энергия
U - конечная внутренняя энергия
ΔU = U - Uo - изменение внутренней энергии
Е - механическая энергия
Е = ΔU, где ΔU = Q - изменение внутренней энергии равно полученному количеству теплоты. Тогда:
Е = Q
Е = Еп_max = mgh
Q = cmΔΤ =>
mgh = cmΔΤ | : m
gh = cΔΤ | : g
h = cΔΤ/g = 4200*0,99/9,8 = 424,28... = 424 м
Ответ: 424 м.