Температура 373 К = 100 °С, а это температура кипения воды. Следовательно, чтобы пар, взятый при температуре кипения, превратить в лед при температуре tк = –10 °С, необходимо четыре процесса:
1) сконденсировать пар в воду при температуре t0 = 100 °C, при этом выделится количество теплоты Q1 = m⋅L, где L = 2,3⋅106 Дж/кг — удельная теплота парообразования воды (табличная величина);
2) охладить воду от t0 = 100 °C до t1 = 0 °C (температура замерзания воды), при этом выделится Q2 = c1⋅m⋅(t0 – t1), где c1 = 4,19⋅103 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоемкость воды (табличная величина);
3) заморозить воду в лед при температуре t1 = 0 °C, при этом выделится Q3 = m⋅λ, где λ = 330⋅103 Дж/кг — удельная теплота плавления льда (табличная величина);
4) охладить лед от t1 = 0 °C до tк = –10 °C, при этом выделится Q2 = c2⋅m⋅(t1 – tк), где c2 = 2,1⋅103 Дж/(кг⋅К) — удельная теплоемкость льда (табличная величина).
Всего пар отдаст количество теплоты, равное
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = m⋅(L + c1⋅(t0 – t1) + λ + c2⋅(t1 – tк)),
Q = 9,2⋅10^6 Дж.
Длина наклонной плоскости l связана с её высотой h соотношением l=h/sin(a), линейная скорость v связана с угловой скоростью w соотношением v=wR, где R - радиус диска.
Тогда mglsin(a)=v^2/2*(m+J/R^2). Так как движение тела происходит лишь под действием силы тяжести, то оно равноускоренное. Тогда v=at и l=at^2/2. Отсюда ускорение a=mgsin(a)/(m+J/R^2). Момент инерции диска J=mR^2/2. Тогда ускорение a=mgsin(a)/(3m/2)=2gsin(a)/3