Для решения данной задачи нам понадобится знание о световом давлении и формуле для его расчета.
Световое давление - это сила, которую свет оказывает на равномерную площадку поверхности. Оно определяется формулой:
P = (2E)/cA,
где P - световое давление,
E - энергия пучка света,
c - скорость света,
A - площадь поверхности.
В данной задаче у нас известна площадь поверхности (1 м^2) и энергия пучка света, которая определяется как число фотонов, умноженное на энергию одного фотона.
Для начала посчитаем энергию одного фотона. Энергия фотона связана с его длиной волны следующим соотношением:
E = (hc)/λ,
где E - энергия фотона,
h - постоянная Планка (6,62607015 × 10^(-34) Дж·с),
c - скорость света (299 792 458 м/с),
λ - длина волны.
Подставим известные значения в данную формулу:
E = (6,62607015 × 10^(-34) Дж·с × 299 792 458 м/с) / (500 × 10^(-9) м) = 3,97884 × 10^(-19) Дж.
Теперь можем рассчитать энергию пучка света, умножив энергию одного фотона на число фотонов:
E = 3,97884 × 10^(-19) Дж × 10^5 = 3,97884 × 10^(-14) Дж.
Итак, у нас имеется значение энергии пучка света (3,97884 × 10^(-14) Дж) и площадь поверхности (1 м^2). Теперь можем рассчитать световое давление по формуле:
Для решения этой задачи нам понадобятся данные о размерах нефтепровода (D - диаметр, 5 - толщина стенки, L - длина) и изменение среднего давления (ΔP) находящейся в нем нефти.
Изменение вместимости участка нефтепровода можно определить с помощью формулы:
ΔV = π/4 * (D^2 - (D-2s)^2) * L,
где ΔV - изменение вместимости участка стального нефтепровода, π - число Пи (примерно 3.14), D - диаметр нефтепровода, s - толщина стенки нефтепровода, L - длина участка нефтепровода.
В данной задаче нам требуется найти ΔV при увеличении среднего давления на 10 атмосфер. Для этого нам необходимо знать связь между изменением вместимости и изменением давления. Для сферического оболочечного сосуда, к которому можно отнести нефтепровод, эта связь описывается законом Паскаля:
ΔP / P = ΔV / V,
где ΔP - изменение давления, P - исходное давление, ΔV - изменение вместимости, V - исходная вместимость.
Для нашего участка нефтепровода ΔP / P равно 10 атмосфер (из условия задачи). Значение P нам не дано, но мы можем воспользоваться единицами измерения, чтобы определить его. 1 атмосфера (atm) равна приблизительно 101325 паскалям (Па). Таким образом, ΔP / P = 10 atm / P = 10 * 101325 Па / P.
Подставим это значение в формулу Паскаля и найдем ΔV:
10 atm / P = ΔV / V,
ΔV = (10 atm / P) * V.
Используя значение ΔV, найденное выше, исходные данные о размерах нефтепровода и длине участка, мы можем рассчитать изменение вместимости:
ΔV = π/4 * (D^2 - (D-2s)^2) * L,
ΔV = π/4 * ((820 мм)^2 - (820 мм - 2 * 10 мм)^2) * 100 км.
Приведем все в единицы измерения метров и километров:
ΔV = π/4 * ((0.82 м)^2 - (0.82 м - 2 * 0.01 м)^2) * 100000 м,
ΔV = π/4 * (0.6724 м^2 - 0.6544 м^2) * 100000 м,
ΔV = π/4 * 0.018 м^2 * 100000 м,
ΔV = π/4 * 1800 м^3.
Теперь, зная ΔV и исходную вместимость V, мы можем найти исходное давление P, подставив значения в формулу Паскаля:
ΔP / P = ΔV / V,
10 atm / P = (π/4 * 1800 м^3) / V,
10 atm / P = (π/4 * 1800 м^3) / (π/4 * (820 мм)^2 * 100000 м),
10 atm / P = 1800 м^3 / ((820 мм)^2 * 100000 м),
10 atm / P = 1800 м^3 / (0.6724 м^2 * 100000 м),
10 atm / P = 1800 м^3 / 0.06724 м^3,
10 atm / P = 267571.625,
P = 10 atm / 267571.625 atm,
P = 0.0000373 atm.
Таким образом, исходное давление находящейся в нефтепроводе нефти равно примерно 0.0000373 атмосферы.
Вывод: Изменение вместимости участка стального нефтепровода (D = 820 мм, 5 = 10 мм, L = 100 км) при увеличении среднего давления находящейся в нем нефти на 10 атмосфер составляет примерно π/4 * 1800 м^3.
