Задание 24 ЕГЭ по физике

Горизонтальное положение.

Силы, действующие на пробку:
$p_0S + F = p_0S + F_{тр}$Отсюда сила трения: $F_{тр} = F = 1 \, \text{Н}$

Вертикальное положение.

Условие равновесия пробки перед вылетом:
$p_1S = mg + p_0S + F_{тр}$Давление гелия перед вылетом: $p_1 = p_0 + \frac{mg + F_{тр}}{S}$

Изменение состояния гелия.

Нагрев происходит при постоянном объеме (изохорный процесс).
Начальное состояние: $p_0,$ $T_1.$
Конечное состояние: $p_1,$ $T_2.$
По закону Шарля:
$\frac{p_1}{T_2} = \frac{p_0}{T_1}$

Первое начало термодинамики.

Для изохорного процесса:
$Q = \Delta U = \frac{3}{2}\nu R \Delta T$Используя уравнение состояния:
$\Delta p V = \nu R \Delta T$Тогда:$Q = \frac{3}{2} V \Delta p = \frac{3}{2} V \left(\frac{mg + F_{тр}}{S}\right)$

Численный расчет:
$Q = \frac{3}{2} \cdot 10^{-3} \cdot \left(\frac{0.02 \cdot 10 + 1}{2 \cdot 10^{-4}}\right) = \frac{3}{2} \cdot 10^{-3} \cdot \frac{1.2}{2 \cdot 10^{-4}} = 9 \, \text{Дж}$
Ответ: $9 \, \text{Дж}.$