Какое количество теплоты необходимо для плавления 3 кг льда имеющего начальную температуру -20 градусов и нагрева образовавшейся воды до температуры кипения?

по специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «квант»

движению тела обычно препятствуют силы трения. если соприкасаются поверхности твердых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определенного значения. до этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растет вместе с ней (рис. 1).

рис. 1.

максимальное значение силы трения покоя определяется формулой

где μ— коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностен;   n  — сила нормального давления.

когда абсолютная величина внешней силы превышает значение  fтр  max, возникает относительное движение — проскальзывание. сила трения скольжения обычно слабо зависит от скорости относительного движения, и при малых скоростях ее можно считать равной  fтр  max.

движению тела в жидкости и газе препятствуют силы жидкого трения. главное отличие жидкого трения от сухого — отсутствие зоны застоя. в жидкости или газе не возникают силы трения покоя, и поэтому даже малая внешняя сила способна вызвать движение тела. сила жидкого трения при малых скоростях пропорциональна скорости, а при больших — квадрату скорости движения.

1. при экстренной остановке поезда, двигающегося со скоростью υ = 70 км/ч. тормозной путь составил  s  = 100 м. чему равен коэффициент трения между колесами поезда и рельсами? каким станет тормозной путь, если откажут тормоза в одном из  n  = 10 вагонов? массу локомотива принять равной массе вагона; силами сопротивления воздуха пренебречь.

при торможении ускорение  а  поезду сообщает сила трения  fтр:

где  μ  — масса всего состава. сила трения    представляет собой равнодействующую всех сил трения, действующих на состав (рис. 2), и равна по модулю  .

рис. 2.

следовательно,

  и    .

с другой стороны,  . подставляя это значение в выражение для μ, получаем

в том случае, когда не работают тормоза у одного из вагонов, суммарная сила трения, действующая на вагоны и локомотив, равна

где  m  — масса одного вагона. масса всего состава равна  μ  = (п  + 1)∙m, так что  . ускорение поезда в этом случае равно

а тормозной путь равен

• пусть основание всех наклонных плоскостей имеет длину b, а угол, который они составляют с этим основанием, равен α

• если длина плоскости L и тело скатывается без начальной скорости, то справедливо уравнение:



○ поэтому время скатывания равно:



• по определению cosα = b/L. значит, L = b/cosα (1)

• так как трение отсутствует, то ускорение телу сообщается только горизонтальной компонентой силы тяжести, то есть a = g sinα (2)

○ используя выражения (1) и (2), получаем для времени скатывания:



• возьмем производную от t(α) и приравняем ее к нулю, дабы найти точки экстремума (предварительно упрощаю выражение):



данное равенство выполняется при sin(2α) ≠ 0 и cos(2α) = 0 (b и g равными нулю быть не могут). получаем простое тригонометрическое уравнение (k ∈ Z):



ясно, что углы больше 90° мы не рассматриваем. поэтому α = 45°. область допустимых углов:



то есть, α ≠ 90° и α ≠ 180°