Сравниваем плотности тел и жидкостей. Очевидно, что если плотность тела меньше плотности жидкости, то такое тело в данной жидкости будет плавать, если наоборот, то утонет.
жидкость ρ (плотность), кг/м³
Керосин 800
Вода 1000
Ртуть 13600
Дуб 700
Сталь 7800
У пенопласта (пенополистирола) очень большой разброс плотности, в зависимости от марки. Самая распространенная имеет значение плотности от 15 до 25 кг/м³
Таким образом:
ρ(пп) < ρ(д) < ρ(к) < ρ(в) < ρ(cт) < ρ(рт)
Следовательно, на самом верху будут располагаться два шарика - пенопластовый и дубовый, так как плотности материалов этих шаров меньше плотности керосина, причем первый будет почти лежать на поверхности керосина, а второй - почти полностью будет в керосин погружен.
Стальной шарик расположится так же, как показано на рисунке расположение шарика №3.
Для выполнения условия задачи необходимо чтобы второй шарик был не из пенопласта, а, скажем, из полиэтилена (ρ = 920 кг/м³)
Тогда на самом верху останется дубовый шарик (№1), в середине будет располагаться шарик из полиэтилена (№2), а на месте шарика №3 останется стальной.
1) нагревание льда от -10 гр. до температуры плавления.
с(льда)=2100 Дж/кг*°С
Q1=c*m*Δt; Δt=(tпл - t1)
Q1=2100 * 0,358 * (0 - (-20))=
21 * 358*2=15 036 Дж=15,036 кДж
2) плавление льда
λ(льда)=340 кДж/кг
Q2=λm=340 000 Дж/кг * 0,358 кг=340 * 358=121 720 Дж=121,72 кДж
3) нагревание воды от 0 до 20°С
с(воды)=4200 Дж/кг*°С
Q3=c*m*Δt; Δt=t2 - tпл.
Q3=4200 * 0,358 * (20 - 0)=42*358*2=30 072 Дж=30,072 кДж.
4) охлаждение воды от 20°С до 0
Q4=Q3=30,072 кДж
5) кристаллизация воды
Q5=Q2=121,72 кДж
6) охлаждение образовавшегося льда от 0 до -20°С
Q6=Q1=15,036 кДж.
При нагревании льда и воды затрачивается столько же тепла, сколько потом выделяется при их охлаждении. Формула одинаковая и значение величин одинаковые (масса, разность температур и удельная теплоемкость воды и льда).
При плавлении и кристаллизации воды поглощается и выделяется одинаковое количество тепла по той же причине.