Используем для решения первый закон термодинамики
Q = A + ΔU
Т.е. все подведенное к системе тепло Q расходуется на совершение системой работы A и на изменение ее внутренней энергии ΔU. Процесс изобарный т.е. давление остается постоянным
Р = const
Работа при изобарном процессе равна
A = p ΔV
Изменение внутренней энергии равно
ΔU = (i/2)(m/M) R ΔT
Из закона Менделеева- Клапейрона
P Δ V =(m/M) R Δ T
A = p ΔV =(m/M) RΔT = 2U/i
Сначала найдем изменение внутренней энергии
ΔU = (i/2)(m/M)RΔT
Изменение температуры ΔT = T2 - T1
Из уравнения изобарного процесса ( V1/T1 = V2/ T2 ) T2 = T1 (V2/V1) = 300*2 = 600 K
ΔT = 300 K
ΔU = (5/2)(6,5*10^-3/2*10^-3)*8,31*300 =20250 Дж
Работа
A = 2U/i = 2*28250/5 =8100 Дж
Q = A + ΔU = 20250 + 8100 =28350 Дж
m = 100 г = 0.1 кг;
h=4R;
P - ?
Решение:
Запишем второй закон Ньютона для шарика при прохождении нижней точки траектории: N+mg+ma=0;
N - сила реакции опоры. Она противоположна по направлению и равна по модулю P: P=-N. Тогда mg+ma=-N; m(a+g)=P.
Массу шарика мы знаем, ускорение свободного падения равно 10 м/с². Остается найти центростремительное ускорение a.
a=V²/R.
По закону сохранения механической энергии, вся потенциальная энергия, которой обладал шар в момент, когда его отпустили, перейдет в кинетическую:
Ep=Ek;
mgh=mV²/2;
V²=2gh;
V²=8gR (т. к. h=4R по условию);
Значит a=V²/R=8gR/R=8g.
Осталось просто подставить наше найденное ускорение и посчитать)
P=m(a+g)=m(8g+g)=9mg=9*0.1*10=9 Н.
ответ: 9 Н.