Установим начало координат в месте, где пружина максимально деформирована
изначально шар обладал только запасом потенциальной энергии mg (h + x), которая в дальнейшем перейдет в энергию деформированной пружины (k x²)/2 и расходуется на преодоление силы сопротивления F
по закону сохранения энергии:
mg (h + x) = (k x²)/2 + F x
сведем данное уравнение к квадратному относительно x:
Сначала разберемся, что произойдет с воздухом при нормальных условиях уравнение Менделеева — Клапейрона выглядит следующим образом: P₀V=(m₀/M) *RT₀ V=10л=0,01м³ Т₀=20°С=293К P₀=1атм=101325Па≈10⁵Па из этой формулы получим, что m₀/M₀=P₀V/(RT₀) При нагревании до Т₁=100°С=373К P₁V=(m₀/M₀) *RT₁=P₀V/(RT₀) *RT₁=P₁V(T₁/T₀) P₁=P₀(T₁/T₀)
Теперь посмотрим что произойдет с водой, ее молярная масса равна M=18г/моль, а обычная m=18г (по условию)
согласно тому же уравнению М-К получим P₂V=(m/M) *RT₁ P₂=(m/M) *(RT₁/V)
итого, давление в сосуде P₁+P₂=P₀(T₁/T₀)+(m/M) *(RT₁/V)=10⁵Па*(373K/293K)+(18г/18г/моль)*(8,3 дж/(моль*K)*373K/0,01м³) =10⁵Па *1,27+830 *373Р=437267Па
изначально шар обладал только запасом потенциальной энергии mg (h + x), которая в дальнейшем перейдет в энергию деформированной пружины (k x²)/2 и расходуется на преодоление силы сопротивления F
по закону сохранения энергии:
mg (h + x) = (k x²)/2 + F x
сведем данное уравнение к квадратному относительно x:
(k x²)/2 + x (F - mg) - mgh = 0
корни данного уравнения:
x(1,2) = (-F + mg +- √(F² - 2mgF + m²g² + 2kmgh))/k
физический смысл имеет только корень со знаком "+":
x = (-F + mg + √(F² - mg (2 (F - kh) - mg)))/k