Наибольшее… — Задание 17 ЕГЭ по математике №00045628
Наибольшее и наименьшее значение в физических задачах
№2. Задание 17
ID: 00045628
Распределение скорости молекулы гелия при тепловом движении имеет функцию плотности $f(v)=4\pi v^2\left(\frac{M}{2\pi RT}\right)^{\frac32}\cdot e^{-\frac{Mv^2}{2RT}}$. (распределение Максвелла). В этой формуле $v$ — скорость молекулы в м/с, $R$ — универсальная газовая постоянная, $M=0{,}004\,\frac{\text{кг}}{\text{моль}}$ — молярная масса гелия, $T$ — температура газа в кельвинах. При каком значении скорости $v$ функция плотности принимает наибольшее значение, если $T=450$ К?
Источник: Сборник Ященко 2027
Решение
Все постоянные соберём в $C\gt0$ и обозначим $\alpha=M/(2RT)\gt0$. Тогда $f(v)=Cv^2e^{-\alpha v^2}$, а скорость $v\ge0$.
Производная по правилу произведения и цепочки равна $f'(v)=2Cve^{-\alpha v^2}(1-\alpha v^2)$.
При $v\gt0$ первые множители положительны. Функция растёт до $v=1/\sqrt\alpha$ и убывает после. В нуле плотность равна нулю, поэтому максимум достигается при $v=\sqrt{2RT/M}$.
Подставим $T=450$, $M=0{,}004$: $2RT/M=900R/0{,}004=225000R=150^2\cdot10R$. Значит, $v=150\sqrt{10R}$ м/с.
Проверим заменой $u=\alpha v^2$: форма плотности пропорциональна $ue^{-u}$. Производная $e^{-u}(1-u)$ даёт максимум при $u=1$, то есть при той же скорости.
Ответ
$v=150\sqrt{10R}$ м/с.
Другие задания по теме «Наибольшее и наименьшее значение в физических задачах» (8)
- Задание 17 №00045649 — На противоположных берегах прямого участка реки друг напротив друга на…
- Задание 17 №00045648 — На противоположных берегах прямого участка реки друг напротив друга на…
- Задание 17 №00045647 — При подключении источника переменного тока к цепи, состоящей из конденсатора,…
- Задание 17 №00045646 — При подключении источника переменного тока к цепи, состоящей из конденсатора,…
- Задание 17 №00045645 — К блоку солнечных панелей с электродвижущей силой эпсилон равно 30 В и…
- Задание 17 №00045644 — К блоку солнечных панелей с электродвижущей силой эпсилон равно 30 В и…
- Задание 17 №00045643 — Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает…
- Задание 17 №00045642 — Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает…