Logo
Logo

Эквилибр

1  ?? массу $m$ куска льда;

Отметим, что нить не натянута до помещения льда в сосуд. Это означает, что центр масс системы «рычаг + сосуд» находится по горизонтали на уровне опоры, что позволяет в уравнениях моментов исключать соответствующие слагаемые.
График имеет 4 участка. На первом, очевидно, лед нагревается. На втором - идет плавление льда, и вода начинает стекать с льдинки в сосуд, равномерно распределяясь по его дну. Однако заканчивается этот участок раньше, чем лед полностью успевает растаять – в момент отрыва льдинки от дна. То есть в конце утерянного участка оставшийся лед всплыл. Кстати, начало этого участка также не обязательно совпадает с моментом начала плавления, ведь вода может скапливаться в каких-то углублениях на льдинке и положение центра масс льда может оставаться какое-то время неизменным. Вообще, поведение на втором участке предсказать почти невозможно, поскольку процесс сильно зависит от формы куска льда, а также от того, как именно к нему будет подводиться тепло. На третьем участке – в сосуде сначала тающий лед, плавающий на поверхности воды, а потом вода, нагревающаяся до температуры кипения. На четвертом участке вода уже достигла температуры кипения и испаряется. Изменение силы натяжения нити в начале связано с перераспределением веса содержимого по мере нагрева, а в конце – с изменением массы содержимого.
Массу льда можно найти по третьему отрезку графика из правила моментов ($x$ – длина $\frac{1}{8}$ части рычага):
$$T_3\cdot2x=mg\cdot3x;$$$T_3=3{~}Н$. Откуда $m=0,2{~}кг.$

Ответ: $m=0,2{~}кг.$
2  ?? мощность $P$, с которой нагревали содержимое сосуда;

Мощность нагрева легко посчитать по четвертому отрезку, зная массу, испарившуюся за известный промежуток времени. Хорошие точки на графике – $(1600{~}с; 3{~}Н)$, а также $(3200{~}с; 1,8{~}Н)$. Из них получаем $\Delta T=1,2{~}Н$, $\Delta m=\frac{2\Delta T}{3g}=0,08{~}кг$, $\Delta \tau=1600{~}с$. Откуда:
$$P=\frac{L\Delta m}{\Delta \tau}=115{~}Вт.$$

Ответ: $P=115{~}Вт$.
3  ?? начальную температуру $t_0$ льда.

Зная мощность, не сложно посчитать начальную температуру льда:
$$t_0=\frac{cm\Delta t_{воды}+\lambda m-P\tau_3}{c_{льда}m}\approx-81^\circ \text{C}.$$

Ответ: $t_0=-81^\circ \text{C}$