Сила для извлечения пробки
В бутылке объёмом $1\ \text{л}$ находится гелий при нормальном атмосферном давлении. Горлышко бутылки площадью $2\ \text{см}^2$ заткнуто короткой пробкой, имеющей массу $20\ \text{г}$. Когда бутылку поставили на стол вертикально горлышком вверх, оказалось, что если сообщить гелию в бутылке количество теплоты не менее $9\ \text{Дж}$, то он выталкивает пробку из горлышка. Какую минимальную постоянную силу нужно приложить к пробке, чтобы вытащить её из горлышка бутылки, не нагревая, если бутылка лежит горизонтально? Модуль силы трения, действующей на пробку, считать в обоих случаях одинаковым.
Условие как в банке ФИПИ — открыть и сверить
| В бутылке объёмом 1 л находится гелий при нормальном атмосферном давлении. Горлышко бутылки площадью 2 см2 заткнуто короткой пробкой, имеющей массу 20 г. Когда бутылку поставили на стол вертикально горлышком вверх, оказалось, что если сообщить гелию в бутылке количество теплоты не менее 9 Дж, то он выталкивает пробку из горлышка. Какую минимальную постоянную силу нужно приложить к пробке, чтобы вытащить её из горлышка бутылки, не нагревая, если бутылка лежит горизонтально? Модуль силы трения, действующей на пробку, считать в обоих случаях одинаковым. | ||
| |
Это задание с развёрнутым решением: ответом считается запись хода решения, а не строка. Напишите решение на бумаге и сравните с разбором — там каждый шаг с обоснованием.
Открыть разбор1Мягкая — с чего смотретьуровень 1 из 3
Какая часть сообщённой теплоты идёт на изменение внутренней энергии гелия до начала движения пробки?
2Наводящая — какие числа считатьуровень 2 из 3
Для одноатомного идеального газа $\Delta U=\dfrac{3}{2}\Delta pV$. Найдите добавочную силу давления газа на пробку и приравняйте её сумме силы тяжести и силы трения.
3Прямая — фактически решениеуровень 3 из 3
При вертикальном положении $\Delta p=\dfrac{2Q}{3V}=6000\ \text{Па}$, поэтому $F_{\text{давл}}=\Delta pS=1{,}2\ \text{Н}$. Тогда сила трения равна $1{,}2-0{,}20\approx1{,}0\ \text{Н}$. В горизонтальном положении требуется именно эта сила.