Для отопления загородного дома хозяин в целях экономии решил добавить в древесный уголь топливные гранулы. Удельная теплота сгорания древесного угля q1 = 10 МДж/кг, а удельная теплота сгорания топливных гранул q2 = 20 МДж/кг. Древесный уголь и топливные гранулы он смешивал в такой пропорции, чтобы при сжигании гранул выделялось вдвое большее количество теплоты, чем при сжигании угля. Определи удельную теплоту сгорания q получившейся смеси. ответ выразите в МДж/кг, округлив результат до целого.
Поскольку падение происходит в гравитационном поле, то вертикальная компонента не связана с параметрами капли и зависит только от высоты падения и напряженности поля (ускорения свободного падения), так что с ней все ясно:
Горизонтальная же компонента зависит от силы расталкивания двух частей одной капли. Скорость, приобретенная половинками исходной капли, полностью определит их кинетическую энергию. А по закону сохранения энергии, вся запасенная электростатическая энергия капли разделится между двумя капельками: частично станет их электростатической энергией и частично перейдет в кинетическую (по горизонтальной составляющей скорости). А значит, нам надо найти разность начальной и конечной электростатической энергии. Вот и все.
Начальная энергия капли равна
После разделения капли на две одинаковые их объемчики будут равны половине объема исходной капли, а отсюда находим их радиусы :
Энергия распределится поровну, поэтому суммарная электростатическая энергия двух новых капель составит:
Потенциал маленькой капли зависит от ее заряда и радиуса. Как изменился радиус мы уже знаем, а вот заряд после разделения распределился пополам - части ведь одинаковые. Поэтому
Таким образом, кинетическая энергия, связанная с горизонтальной компонентой скорости, равна
- суммарная масса двух частей, разумеется равна массе исходной капли.
Отсюда
Окончательно,