Пусть p кг/м³ - плотность материала шара, V - его объём, k Н/м - жёсткость пружины, x м - её удлинение под действием силы тяжести при отсутствии сосуда, x1 м - то же при наличии сосуда. При отсутствии сосуда на шар действуют сила упругости пружины F=k*x и сила тяжести Fт=m*g, где m=p*V - масса шара, g - ускорение свободного падения. Так как по условию шар неподвижен, то F=Fт, или k*x=p*V*g (*). При наличии сосуда на шар действуют сила упругости F1=k*x1, сила Архимеда F2=p0*V0*g и сила тяжести Fт=p*V*g, где V0=μ*V=0,6*V - часть объёма шара, погружённая в жидкость. Так как и в этом случае шар неподвижен, то F1+F2=Fт, или k*x1+p0*V0*g=p*V*g, или k*x1+900*0,6*V*g=k*x1+540*V*g=p*V*g (**). И так как по условию x1=x/η=x/1,4, то отсюда x=1,4*x1 м. Подставляя это выражение в уравнение (*) и присоединяя к нему уравнение (**), получаем систему уравнений:
1,4*k*x1=p*V*g
k*x1+540*V*g=p*V*g
Из первого уравнения находим p=1,4*k*x1/(V*g). Разделив теперь второе уравнение на произведение V*g, получаем уравнение k*x1/(V*g)+540=p. Умножив это уравнение на 1,4, приходим к уравнению
p+756=1,4*p. Решая его, находим p=756/0,4=1890 кг/м³.
Итак, что у нас происходит. Кусок льда, оказавшись в воде, сначала нагревается до температуры плавления, затем тает. При этом вода в сосуде охлаждается. Коль лед не весь растаял, есть основания полагать, что процесс завершился при температуре 0° С. Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁: (1) Тут: с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К) m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг) T₀ - начальная температура воды 10°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ : (2) Где: с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К) m₂ - начальная масса льда T₂ - начальная температура льда -20°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С m₃ - масса растаявшего льда. λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг При этом: кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂ (4) Теперь из 4 выражаем m₂:
(1)
(2)
кг (3)
(4)
(5)
кг
ответ: ρ=1890.
Объяснение:
Пусть p кг/м³ - плотность материала шара, V - его объём, k Н/м - жёсткость пружины, x м - её удлинение под действием силы тяжести при отсутствии сосуда, x1 м - то же при наличии сосуда. При отсутствии сосуда на шар действуют сила упругости пружины F=k*x и сила тяжести Fт=m*g, где m=p*V - масса шара, g - ускорение свободного падения. Так как по условию шар неподвижен, то F=Fт, или k*x=p*V*g (*). При наличии сосуда на шар действуют сила упругости F1=k*x1, сила Архимеда F2=p0*V0*g и сила тяжести Fт=p*V*g, где V0=μ*V=0,6*V - часть объёма шара, погружённая в жидкость. Так как и в этом случае шар неподвижен, то F1+F2=Fт, или k*x1+p0*V0*g=p*V*g, или k*x1+900*0,6*V*g=k*x1+540*V*g=p*V*g (**). И так как по условию x1=x/η=x/1,4, то отсюда x=1,4*x1 м. Подставляя это выражение в уравнение (*) и присоединяя к нему уравнение (**), получаем систему уравнений:
1,4*k*x1=p*V*g
k*x1+540*V*g=p*V*g
Из первого уравнения находим p=1,4*k*x1/(V*g). Разделив теперь второе уравнение на произведение V*g, получаем уравнение k*x1/(V*g)+540=p. Умножив это уравнение на 1,4, приходим к уравнению
p+756=1,4*p. Решая его, находим p=756/0,4=1890 кг/м³.