Пусть в результате в калориметре установилась температура T0. Очевидно, что вода и калориметр будут нагреваться до T0, а гиря остывать до этой температуры.
Составим уравнение теплового баланса для системы "калориметр-вода-гиря", считая, что обмен энергией с окружающей средой отсутствует (сколько тепла отдала гиря - столько и забрали калориметр с водой) :
mВ*cВ*(T0-TВ) +mК*cК*(T0-TК) =mГ*cГ*(TГ-T0),
где mВ - масса воды, cВ - удельная теплоемкость воды, TВ -начальная температура воды в градусах Кельвина.
mК - масса калориметра, cК - удельная теплоемкость латуни, TК - начальная температура калориметра в градусах Кельвина.
mГ - масса гири, cГ - удельная теплоемкость железа, TГ - начальная температура гири в градусах Кельвина.
Подставив в это уравнение cВ=4200 Дж/кг0С, cК=380 Дж/кг0С, cГ=460 Дж/кг0С, и учитывая, что температура в градусах Кельвина = температуре в градусах Цельсия+273, найдём искомую температуру T0:
С учетом того, что на поверхности земли нормальное атмосферное давление, равное 760 мм рт.ст.: Увеличение атмосферного давления вблизи поверхности Земли составляет Δp = 10 мм рт.ст. на каждые Δh = 100 м ниже уровня Земли. Тогда: h = ((p₁ - p₀)/Δp)*Δh = ((780 - 760):10)*100 = 200 (м)
ответ: глубина шахты 200 м
Можно посчитать более точно: Нормальное атмосферное давление: p₀ = 101,325 кПа
При погружении на каждые Δh = 8 м атмосферное давление возрастает на Δp = 100 Па
1 мм рт.ст. = 133,3 Па 20 мм рт.ст. = 20*133,3 = 2666 (Па)
Составим уравнение теплового баланса для системы "калориметр-вода-гиря", считая, что обмен энергией с окружающей средой отсутствует (сколько тепла отдала гиря - столько и забрали калориметр с водой) :
mВ*cВ*(T0-TВ) +mК*cК*(T0-TК) =mГ*cГ*(TГ-T0),
где mВ - масса воды, cВ - удельная теплоемкость воды, TВ -начальная температура воды в градусах Кельвина.
mК - масса калориметра, cК - удельная теплоемкость латуни, TК - начальная температура калориметра в градусах Кельвина.
mГ - масса гири, cГ - удельная теплоемкость железа, TГ - начальная температура гири в градусах Кельвина.
Подставив в это уравнение cВ=4200 Дж/кг0С, cК=380 Дж/кг0С, cГ=460 Дж/кг0С, и учитывая, что температура в градусах Кельвина = температуре в градусах Цельсия+273, найдём искомую температуру T0:
T0=(mГ*cГ*TГ+mВ*cВ*TВ+mК*cК*TК) /(mВ*cВ+mК*cК+mГ*cГ)
T0=(0,5*460*373+0,15*2400*285+0,2*380*285)/(0,5*460+0,15*2400+0,2*380)
Т0=210050/666=315,39 0К = 42,39 0С