Пробирка массой 40 г, содержащая пары эфира, закрыта пробкой и подвешена в горизонтальном положении к штанге на нерастяжимых нитях. при нагревании пробирки пробка вылетает из нее. каково суммарное натяжение нитей сразу после вылета пробки, если при дальнейшем движении пробирки нити отклонились от вертикали на максимальный угол 60°?
Часть 1: Вылет пробки.
Когда пробирка нагревается, пары эфира начинают расширяться и создавать давление внутри пробирки. При достижении определенного давления, пробка, закрывающая пробирку, вылетает. В этот момент давление внутри пробирки равно атмосферному давлению.
Так как пробирка находится в горизонтальном положении, натяжение нитей будет действовать в горизонтальном направлении. Оно создается как результат того, что пробирка стремится двигаться по прямой линии. Если сила реакции, действующая на пробку со стороны эфира, превышает силу трения между пробкой и пробиркой, пробка вылетает.
Часть 2: Отклонение нитей от вертикали.
Сразу после вылета пробки, нити, поддерживающие пробирку, начинают действовать как грузики и отклоняются в сторону от вертикали на максимальный угол 60°.
Общее решение:
1. Рассчитаем массу пробки, используя данный ее вес (40 г) и ускорение свободного падения (9,8 м/с^2):
Вес пробки = масса пробки * ускорение свободного падения
Вес пробки = 40 г * 9,8 м/с^2 = 392 г*м/с^2 = 0,392 Н
2. Рассчитаем силу трения между пробкой и пробиркой. Эта сила должна быть меньше силы реакции эфира, чтобы пробка могла вылететь.
Для этого нам нужно знать коэффициент трения между пробкой и пробиркой. Пусть он равен μ.
Сила трения = μ * нормальная сила
Нормальная сила = вес пробки = 0,392 Н
Сила трения = μ * 0,392 Н
3. Определим, при каком давлении пробка будет вылетать.
Для этого мы знаем, что при вылете пробки давление внутри пробирки равно атмосферному давлению.
Давление = сила/площадь
Атмосферное давление = сила/площадь пробирки
Площадь пробирки = масса пробки / плотность пробирки
Плотность пробирки - это отношение массы (40 г) к объему. Допустим, плотность пробирки равна 0,8 г/см^3.
Площадь пробирки = 40 г / (0,8 г/см^3) = 50 см^3 = 0,00005 м^3
Атмосферное давление = 0,392 Н / 0,00005 м^3 = 7,84 * 10^3 Па
4. Так как мы знаем силу трения и атмосферное давление, мы можем найти суммарное натяжение нитей после вылета пробки.
Суммарное натяжение нитей = сила трения + вес пробки + сила реакции эфира
Сила реакции эфира = атмосферное давление * площадь пробирки
Суммарное натяжение нитей = μ * 0,392 Н + 0,392 Н + атмосферное давление * площадь пробирки
Вставляем значения:
Суммарное натяжение нитей = μ * 0,392 Н + 0,392 Н + (7,84 * 10^3 Па * 0,00005 м^3)
Ответ: Суммарное натяжение нитей сразу после вылета пробки будет равно значению μ * 0,392 Н + 0,392 Н + (7,84 * 10^3 Па * 0,00005 м^3).