Условие:
Гондола с грузом закреплена на воздушном шаре. Используя условие плавание тел и уравнение состояния идеального газа вывести соотношение между параметрами воздушного шара, находящегося в шаре воздуха и окружающей среды.
Задание:
Взяв начальные параметры (см. табл.)
1) разработать и представить в виде блока формул физическую модель явления;
2) разработать и представить в виде блока уравнений математическую модель явления;
3) выполнить теоретический расчет связи физических величин в соответствии с начальными параметрами своего варианта (см. табл.)
Дано:
Масса груза(кг) - 100
Масса оболочки шара(кг) - 20
Объём шара(куб. м) - 200
Температура окружающего воздуха (° С) - -20
Температура горелки (° С) - 450
Молярная масса газа в оболочке (г/моль) - 4
Масса необходимого газа для подъёма - ?
500 г = 0,5 кг
Распишем силы, действующие на брусок. Это сила трения скольжения, сила тяжести, сила реакции опоры и сила тяги. Т.к. движение равномерное, то ускорение отсутствует. Согласно этому запишем 2-й закон Ньютона:
Fтр. + Fт. + N + mg = 0
Запишем проекции сил на ось X(она обозначена красным):
Ox : Fт. - Fтр. = 0
Fт = Fтр
Fтр = μN
Выразим N через ось Y:
Oy: N - mg = 0
N = mg
Подставим это значение в формулу, указанную выше:
Fт = Fтр = μ*m*g
Выразим μ:
μ = Fт/mg
μ = 2,5 /0,5*10 = 0,5
ответ:0,5
Р = 3,5 кН = 3500 Н.
g = 10 м/с2.
h = 1,4 м.
КПД = 60 %.
Aз - ?
Коэффициент полезного действия КПД показывает, какая часть затраченной работы Аз, выраженная в процентах, переходит в полезную работу Ап: КПД = Ап * 100 % / Аз.
Полезной работой есть поднятие груза на высоту. Полезную работу при подъёме тела по наклонной плоскости Ап выразим формулой: Ап = m * g * h, где m - масса груза, g - ускорение свободного падения, h - высота наклонной плоскости.
Вес груза Р выражается формулой: Р = m * g.
Ап = Р * h.
Формула для определения КПД наклонной плоскости примет вид: КПД = Р * h * 100 % / Аз.
Выразим затраченную работу: Аз = Р * h * 100 % / КПД.
Аз = 3500 Н * 1,4 м * 100 % / 60 % = 8166,7 Дж.
ответ: при поднимании груза по наклонной плоскости затратили Аз = 8166,7 Дж