Два студента были отобраны для лунной экспедиции. Их задачей было определить ускорение свободного падения. Запланируйте и опишите два эксперимента, чтобы определить ускорение свободного падения на поверхности Луны, которое могли бы выполнить учащиеся.
Описание должно включать: • формулы, которые будут использоваться, и расчеты, которые должны быть сделаны для определения численного значения ускорения свободного падения на луне;
• необходимые рабочие аксессуары;
• этапы рабочего процесса;
• таблицы данных!
Эксперимент 1
Эксперимент 2.
В данном случае, балка имеет две шарнирные опоры, что означает, что в каждой опоре может возникать только вертикальная реакция. Итак, нам нужно найти величины R1 и R2 - вертикальные реакции в первой и второй опорах соответственно.
Давайте приступим к вычислениям. Используя условие равновесия, мы можем записать следующее:
ΣFy = R1 + R2 - 20 = 0 (1)
Здесь 20 - это вес балки, который равен силе тяжести, действующей в центре балки. Заметим, что величина этой силы равна 1000 Н, так как 20 кг умноженные на ускорение свободного падения g ≈ 10 м/с².
Из уравнения (1), мы можем сделать вывод, что R1 + R2 = 20. Теперь у нас есть одно уравнение с двумя неизвестными. Для того чтобы решить его, нам нужно ввести дополнительное уравнение.
Для этого мы можем использовать момент силы. Момент силы определяется как произведение силы на расстояние до оси вращения. В данном случае, мы будем использовать момент силы относительно первой опоры (ось вращения - точка, где находится первая опора).
ΣM1 = 4*R2 - 2*1000 = 0 (2)
Здесь 4 - это расстояние от первой опоры до второй опоры, а 2 - это расстояние от первой опоры до центра балки. Заметим, что силой, действующей в центре балки, является вес балки, который был рассчитан ранее (1000 Н).
Из уравнения (2), мы можем выразить R2:
4*R2 = 2000
R2 = 500 Н
Теперь, мы можем найти R1, подставив значение R2 в уравнение (1):
R1 + 500 = 20
R1 = 20 - 500
R1 = -480 Н
Кажется, что у нас получилось отрицательное значение для R1. Однако, это означает, что сила считается направленной в противоположную сторону, чем было предположено изначально. Если мы решим уравнение с привычными знаками, то получим положительное значение:
R1 = 480 Н
Давайте теперь проверим правильность решения, используя найденные значения R1 и R2.
ΣFy = R1 + R2 - 20 = 480 + 500 - 20 = 960 Н - 20 Н = 940 Н
Таким образом, сумма всех сил по вертикали равна 940 Н, что соответствует условию равновесия.
ΣM1 = 4*R2 - 2*1000 = 4*500 - 2*1000 = 2000 - 2000 = 0
Момент силы относительно первой опоры также равен нулю, что также соответствует условию равновесия.
Итак, наше решение верно и соблюдает условие равновесия. Величины реакций для балки с шарнирными опорами составляют R1 = 480 Н и R2 = 500 Н.
P₁/T₁ = P₂/T₂
где P₁ и T₁ - начальное давление и температура газа, соответственно, P₂ и T₂ - конечное давление и температура газа.
В данном случае, начальное давление неизвестно, поэтому обозначим его как Р₀. Начальная температура равна комнатной температуре, значит T₁ = 273 °C. Конечная температура равна 600 °C.
Используя формулу Гей-Люссака и подставляя известные значения, получим:
P₀/273 = P₂/600
Для нахождения конечного давления (P₂), нам нужно выразить его через P₀:
P₂ = (P₀ * 600) / 273
Теперь, чтобы найти P₀, нам нужно воспользоваться уравнением состояния идеального газа:
PV = nRT
где P - давление, V - объем газа, n - количество вещества газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура.
Мы знаем начальный объем газа (V₀ = 0.005 м³), температуру (T₁ = 273 °C), R можно найти в таблицах (R = 8.314 Дж / (моль * К)), искаем количество вещества газа (n₀).
Используя формулу уравнения состояния идеального газа, получим:
P₀ * V₀ = n₀ * R * T₁
Выразим n₀:
n₀ = (P₀ * V₀) / (R * T₁)
Теперь мы можем подставить это значение в формулу для конечного давления:
P₂ = [(P₀ * V₀) * 600] / (273 * R)
Таким образом, мы можем найти конечное давление газа.
Чтобы найти количество тепла, затраченное на нагревание, воспользуемся формулой:
Q = n * C * ΔT
где Q - количество тепла, n - количество вещества газа, C - удельная теплоемкость газа, ΔT - изменение температуры.
Удельная теплоемкость криптона (C) равна 20,79 Дж / (моль * К).
Мы уже знаем количество вещества газа (n₀), а изменение температуры (ΔT) равно разнице между конечной и начальной температурами (ΔT = T₂ - T₁).
Таким образом, мы можем найти количество тепла, затраченное на нагревание.
В итоге, используя описанные выше формулы и значения, можно найти конечное давление газа и количество тепла, затраченное на его нагревание.