Dane:

▶ pole powierzchni podstawy tłoka: $S=0,5{\text{m}}^2$,

▶ ciśnienie pary wodnej: $p=2000\text{hPa}$,

▶ droga przebyta przez tłok: $s=0,2\text{m}$.

Rozwiązując to zadanie skorzystamy również z:

▶ zależność między paskalem a hektopaskalem: $1\text{hPa}=100\text{Pa}$,

▶ zależność między niutonem a kiloniutonem: $1\text{kN}=1000\text{N}$,

▶ zależność między dżulem a kilodżulem: $1\text{kJ}=1000\text{J}$.

 

$\mathbf{a})$

Szukane:

▶ wartość siły parcia: $F_p=?$

Rozwiązanie:

Naszym zadaniem jest obliczenie wartości siły parcia, którą para wodna działa na tłok. 

Wartość siły parcia przedstawiamy zależnością:

$F_p=pS$

gdzie:

$F_p$ - wartość siły parcia działającej na pewną powierzchnię,

$p$ - ciśnienie wywierane na tę powierzchnię, 

$S$ - pole tej powierzchni. 

Podstawiamy dane liczbowe:

$Fp=2000\text{hPa}\cdot 0,5{\text{m}}^2=200000\text{Pa}\cdot 0,5{\text{m}}^2=200000\frac{\text{N}}{\cancel{{\text{m}}^2}}\cdot 0,5\cancel{{\text{m}}^2}=100000\text{N}=100\text{kN}$

Odpowiedź: Wartość siły parcia, którą para wodna działa na tłok wynosi 100 000 N, czyli 100 kN.

 

$\mathbf{b})$

Szukane:

▶ praca siły parcia:  $W=?$

Rozwiązanie:

Naszym zadaniem jest obliczenie pracy siły parcia.

Pracę wykonaną przy przemieszczaniu ciała przy pomocy siły o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem i zwrotem przemieszczenia tego ciała wyrażamy jako:

$W=F\cdot s$

gdzie:

$W$ - wykonana praca,

$F$ - wartość siły przyłożonej do ciała,

$s$ - droga przebyta przez ciało.

Podstawiamy dane liczbowe pamiętając, że wartość siły parcia obliczyliśmy w poprzednim podpunkcie.

$W=100000\text{N}\cdot 0,2\text{m}=20000\text{J}=20\text{kJ}$

Odpowiedź: Siła parcia wykonała pracę 20 000 J, czyli 20 kJ. 

 

$\mathbf{c})$

 Uzasadnienie: 

Naszym zadaniem jest obliczenie energii wewnętrznej wydzielonej podczas spalania węgla, wiedząc, że tylko 10% tej energii zostało zamienione na pracę. W poprzednim podpunkcie obliczyliśmy pracę siły parcia. Wiemy, że 

$W=20000\text{J}$ i wiemy, że stanowi to 10% energii wewnętrznej, którą mamy obliczyć. Możemy zatem zapisać:

$10\%E_w=W$

Wyrażamy procenty liczbą:

$0,1E_w=W|:0,1$

$E_w=\frac{W}{0,1}$

Podstawiamy dane liczbowe:

$E_w=\frac{20000\text{J}}{0,1}=200000\text{J}=200\text{kJ}$

 Odpowiedź: 

Podczas procesu spalania wydziela się energia 200 000 J, czyli 200 kJ.