ID: 00007773
В сосуде объёмом V = 0,02 м^3 с жёсткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью S, заткнутое пробкой. Максимальная сила трения покоя F пробки о края отверстия равна 100 Н. Пробка выскакивает, если газу передать количество теплоты не менее 15 кДж. Определите значение S, полагая газ идеальным, массой пробки пренебречь.
Источник: ФИПИ
Газ в жёстком сосуде нагревают, давление растёт; пробку держит трение, и она вылетает, когда сила давления превысит максимальное трение. Зная нужное для вылета тепло и объём, найдём площадь отверстия.
Свяжем величины. Объём постоянен, поэтому Q=\dfrac{3}{2}V(p-p_0), откуда избыток давления при вылете p-p_0=\dfrac{2Q}{3V}=\dfrac{2\cdot15000}{3\cdot0{,}02}=5\cdot10^5 Па.
Найдём площадь. Условие вылета пробки: (p-p_0)S=F, поэтому S=\dfrac{F}{p-p_0}=\dfrac{100}{5\cdot10^5}=2\cdot10^{-4}\ \text{м}^2.
2\cdot{}10^{-4}