ID: 00007921
Чему равна температура воды у основания водопада, если у его вершины она равнялась 20 $°С$? Высота водопада составляет 100 м. Считать, что 84 % энергии падающей воды идёт на её нагревание.
Источник: ФИПИ
$m$ — масса воды, $h = 100\text{ м}$ — высота водопада, $t_0 = 20\,°C$ — температура воды у вершины, $\eta = 0{,}84$ — доля потенциальной энергии, идущая на нагрев, $c = 4200\text{ Дж/(кг}\cdot\text{°C)}$ — удельная теплоёмкость воды, $g = 10\text{ м/с}^2$
$t$ — ?
Потенциальная энергия воды у вершины водопада:
$$E_п = mgh$$
По условию доля $\eta$ этой энергии идёт на нагрев воды:
$$Q = \eta \cdot mgh$$
Количество теплоты, необходимое для нагрева воды на $\Delta T$:
$$Q = cm\Delta T$$
Приравниваем:
$$\eta \cdot mgh = cm\Delta T$$
Масса $m$ сокращается:
$$\Delta T = \frac{\eta gh}{c}$$
Температура воды у основания водопада:
$$t = t_0 + \Delta T = t_0 + \frac{\eta gh}{c}$$
Подставляем числа:
$$t = 20 + \frac{0{,}84 \cdot 10 \cdot 100}{4200} = 20 + 0{,}2 = 20{,}2\,°C$$
20,2