ID: 00007762
В теплоизолированном сосуде с жёсткими стенками находятся 0,1 моля идеального одноатомного газа и пружинный маятник. Жёсткость пружины маятника 1000 Н/м, амплитуда колебаний его груза 10 см. Считая, что нагревается только газ, найдите, на сколько градусов повысится температура газа после того, как колебания маятника прекратятся из-за действия силы вязкого трения. Ответ округлите до целого числа. Ответ дайте в градусах Цельсия.
Источник: ФИПИ
В жёстком теплоизолированном сосуде колеблется пружинный маятник, а рядом находится газ. Из-за вязкого трения колебания постепенно затухают, и вся механическая энергия маятника превращается в тепло, которое получает газ. Сосуд жёсткий (объём постоянен) и теплоизолированный, поэтому всё это тепло идёт только на нагрев газа.
Найдём запасённую энергию маятника. В крайнем положении вся энергия маятника — это энергия деформированной пружины: $E=\dfrac{k A^2}{2}=\dfrac{1000\cdot(0{,}1)^2}{2}=5$ Дж.
Найдём изменение температуры. Эта энергия целиком переходит во внутреннюю энергию газа: $\dfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T=E$, откуда $\Delta T=\dfrac{2E}{3\nu R}=\dfrac{2\cdot5}{3\cdot0{,}1\cdot8{,}31}\approx4$ °С.
4