Из шланга бьёт струя воды со скоростью 10 м/с под углом 30° к горизонту (рис. 11.2). Определите массу воды, находящейся в воздухе, если площадь поперечного сечения шланга 3 см2.
от

1 Ответ

Дано:  
- скорость струи воды V = 10 м/с  
- угол к горизонту α = 30°  
- площадь поперечного сечения S = 3 см² = 3 * 10^(-4) м²  

Найти:  
- массу воды m, находящейся в воздухе.

Решение:

1. Найдем время, в течение которого струя воды остается в воздухе. Для этого определим вертикальную составляющую скорости:

Vy = V * sin(α) = 10 * sin(30°) = 10 * 0.5 = 5 м/с.

2. Используем формулу для максимальной высоты подъема h:

h = Vy^2 / (2 * g), где g = 9.81 м/с².

Подставим значения:

h = (5^2) / (2 * 9.81) = 25 / 19.62 ≈ 1.28 м.

3. Теперь найдем время, за которое струя поднимется до максимальной высоты h. Используем формулу:

t = Vy / g = 5 / 9.81 ≈ 0.51 с.

Это время подъема. Струя будет находиться в воздухе дважды это время (подъем и спуск):

t_total = 2 * t ≈ 2 * 0.51 ≈ 1.02 с.

4. Найдем объем воды V, вытекающего за это время:

V = S * V * t_total = (3 * 10^(-4)) * 10 * 1.02 ≈ 3.06 * 10^(-3) м³.

5. Найдем массу воды m, используя плотность воды ρ ≈ 1000 кг/м³:

m = ρ * V = 1000 * 3.06 * 10^(-3) ≈ 3.06 кг.

Ответ:  
Масса воды, находящейся в воздухе, m ≈ 3.06 кг.
от