4ο Θέμα: Μία ... « αδιαβατική ... κρούση »

Διαθέτουμε μεταλλική σφαίρα (Σ), κυλινδρικό δοχείο (Δ) και έμβολο (Ε). Δοχείο και έμβολο είναι κατασκευασμένα από απόλυτα θερμομονωτικό υλικό. Η διάμετρος της σφαίρας είναι λίγο μικρότερη από την εσωτερική διάμετρο του δοχείου.
Η σφαίρα και το δοχείο έχουν ίσες μάζες m₁ = m₂ = m = 5 kg ενώ η μάζα του εμβόλου είναι αμελητέα.
Το δοχείο έχει ύψος ℓ = 0,4 m και εμβαδό εσωτερικής διατομής Α = 100 cm². Έχει επίσης κατάλληλο οδηγό ώστε να μπορεί να ολισθαίνει πάνω σε αεροδιάδρομο παράλληλα προς τον άξονά του.
Στο ανοικτό άκρο του δοχείου τοποθετούμε το έμβολο που εφαρμόζει αεροστεγώς και μπορεί να κινείται χωρίς τριβές μέσα σ’ αυτό. Έτσι παγιδεύεται στο εσωτερικό στήλη ατμοσφαιρικού αέρα ύψους ℓ σε θερμοκρασία Τ_ο = 300 Κ και πίεση ίση με την εξωτερική ατμοσφαιρική, P_ο  = P_atm = 10⁵ N/m².

Στη συνέχεια τοποθετούμε το δοχείο πάνω σε μακρύ οριζόντιο αεροδιάδρομο, τη σφαίρα μπροστά από αυτό, στην προέκταση του άξονά του και, ... σημαδεύοντας προσεκτικά, την εκτοξεύουμε προς το έμβολο με οριζόντια ταχύτητα υ_ο.
Η σφαίρα έρχεται σε επαφή με το έμβολο και το μετακινεί εισερχόμενη στο δοχείο, συμπιέζοντας τον εσωτερικό αέρα. Η κίνησή της γίνεται παντού χωρίς τριβές και κατά την είσοδό της στο δοχείο δεν συγκρούεται με το χείλος του, ούτε αλλάζει επίπεδο κίνησης.
Η μέγιστη θερμοκρασία που καταγράφεται κατά την εξέλιξη του φαινόμενου για τον αέρα του δοχείου είναι T_max = 600 K.

ΖΗΤΟΥΝΤΑΙ: ...

Η συνέχεια ΕΔΩ