Учтем, что масса воды:
m=ρ*V=1000*200 = 200 000 кг
Полезная работа:
A = m*g*h = 200 000 * 10 * 10 = 20 000 000 Дж
Учтем, что
t=5 мин = 300 с
Тогда
КПД = A*100% / (N*t)
Отсюда мощность:
N=A*100% / (КПД*t) = 20 000 000 * 100 / (40*300) ≈ 170 кВт
Q=10*10^-6 Кл φ1=5 B φ2=3.5 B A=?
===
φ1-φ2=A/q
A=q*(φ1-φ2)=10*10^-6*(5-3.5)=15*10^-6 Кл (15 мкКл)
=========================
Данная задача решается довольно просто, поскольку нам уже дано изменение скорости ядра, при котором, по всей видимости (что нужно будет проверить неравенством), теряется механическая энергия.
Итак: начальный импульс ядра: m vo ;
Начальный момент импульса ядра относительно оси ОО': (L–a) m vo ;
Конечный импульс ядра (сразу после удара) по горизонтальной оси равен нулю, а значит, и конечный момент импульса ядра равен нулю. Тогда изменение момента импульса ядра относительно оси ОО' равно его начальному моменту импульса. Всё это изменение момента импульса ядра превратится в момент импульса дощатого бруса. Обозначив угловую скорость и момент инерции дощатого бруса, соответственно, как: ω и J , мы можем записать:
Jω = (L–a) m vo ; [1]
Кинетическая энергия дощатого бруса равна Jω²/2 и вся она перейдёт в потенциальную энергию, когда он поднимется, повернувшись на угол φ. Нижняя кромка бруса при повороте на угол φ окажется на Lcosφ ниже оси OO'. Таким образом, нижняя кромка поднимется от начального уровня на величину L(1–cosφ), а поскольку центр масс точно вдвое ближе к оси OO', чем нижняя кромка, то общее поднятие центра масс бруса при его повороте на угол φ составит L(1–cosφ)/2 , а изменение потенциальной энергии в поле силы тяжести будет равно: MgL(1–cosφ)/2 . Когда вся кинетическая энергия перейдёт в потенциальную, дощатый брус как раз и окажется в своей верхней точке, т.е. в положении максимального отклонения. Итак, учитывая превращение кинетической энергии в потенциальную, мы можем записать:
Jω²/2 = MgL(1–cosφ)/2 ;
J²ω² = MgJL(1–cosφ) ;
Учтём, что J = ML²/3, тогда:
J²ω² = M²L³g(1–cosφ)/3 ;
Jω = ML√[Lg(1–cosφ)/3] ;
Приравняем к этому уравнение [1] и получим:
(L–a) m vo = ML√[Lg(1–cosφ)/3] ;
vo = [M/m] L/[L–a] √[Lg(1–cosφ)/3] ;
vo = M/[m(1–a/L)] √[Lg(1–cosφ)/3] ;
Проверим ещё, что кинетическая энергия в системе не возрастает, что было бы абсурдом:
vo² = ( M / [m(1–a/L)] )² Lg(1–cosφ)/3 ;
Тогда начальная кинетическая энергия равна:
Eo = mvo²/2 = ( M / [1–a/L] )² Lg(1–cosφ)/[6m] ;
А конечная кинетическая энергия, равная потенциальной, должна быть не больше начальной кинетической:
MgL(1–cosφ)/2 < ( M / [1–a/L] )² Lg(1–cosφ)/[6m] ;
1 < M/[3m(1–a/L)²] ;
(1–a/L)² < M/[3m] ;
1–a/L < √[M/(3m)] ;
ОТВЕТ
при выполнении условия 1–a/L < √[M/(3m)] – начальная скорость описанного движения ядра должна была бы быть:
vo = M/[m(1–a/L)] √[Lg(1–cosφ)/3] .
Дано: V=36км/ч=10м/с, R=500м
Найти: а
a=V²/R
a=10²/500 =100/500=0,2 м/с²
