Задание 24 ЕГЭ по физике

Запишем второй закон Ньютона для поршня в начальном положении:
$F_1-F_{тр.п.}=0\\ F_1=F_{тр.п.}\\ F_{тр.п.}\leq F_{тр}$

В некоторый момент времени сила, действующая со стороны газа становится равной силе трения:
$F_2=F_{тр}\\ F_2=p_2S$
Так как дальше поршень движется медленно, то $a=0$.
$F_2-F_{тр}=0\Rightarrow F_2=F_{тр}\Rightarrow p_2S=F_{тр}\Rightarrow p_2=const$

Рассмотрим процесс 1-2:
$Q_{12}=\Delta U_{12}+A_{12}\\ V=const\Rightarrow A_{12}=0\\ \Delta U_{12}=\frac{3}{2}(p_2V_0-p_1V_0)=\frac{3}{2}V_0(p_2-p_1),$
где $V_0=SL$
$Q_{12}=\frac{3}{2}SL(p_2-p_1)$

Рассмотрим процесс 2-3:
$p=const\\ \Delta U_{23}=\frac{3}{2}(p_2V_3-p_2V_0),$
где $V_3=S(L+x)$
$A_{23}=p_2(V_3-V_0)\\ Q_{23}=\Delta U_{23}+A_{23}=\frac{3}{2}p_2(V_3-V_0)+p_2(V_3-V_0)=\frac{5}{2}p_2(V_3-V_0)$

Общее количество теплоты:
$Q=Q_{12}+Q_{23}\\ Q=\frac{3}{2}SL(p_2-p_1)+\frac{5}{2}p_2(V_3-V_0)\\ Q=\frac{3}{2}SL(\frac{F_{тр}}{S}-p_1)+\frac{5}{2}\cdot \frac{F_{тр}}{S}(S(L+x)-SL)\\ Q=\frac{3}{2}LF_{тр}-\frac{3}{2}LSp_1+\frac{5}{2}F_{тр}x\Rightarrow F_{тр}=\frac{2Q+3SLp_1}{3L+5x}\\ F_{тр}=\frac{2\cdot 3050+3\cdot 25\cdot 10^{-4}\cdot 0,3\cdot 4\cdot 10^5}{3\cdot 0,3+5\cdot 0,1}=5000~Н$

Ответ: 5000 Н

https://youtu.be/dlMOmHLlwUQ