Для решения данной задачи можно воспользоваться законом сохранения энергии. Энергия, потерянная горячим стеклянным шаром, равна энергии, приобретенной водой.
Обозначим:
- \( m_1 \) – масса воды,
- \( c_1 = 4200 \, \text{Дж/(кг·°C)} \) – удельная теплоёмкость воды,
- \( T_1 = 22 \, \text{°C} \) – начальная температура воды,
- \( T_f = 35 \, \text{°C} \) – конечная температура системы,
- \( m_2 \) – масса стеклянного шарика,
- \( c_2 = 840 \, \text{Дж/(кг·°C)} \) – удельная теплоёмкость стеклянного шарика,
- \( T_2 = 100 \, \text{°C} \) – начальная температура шарика.
Теперь найдём массу воды. Поскольку объем воды равен \( 200 \, \text{мл} \), а плотность воды равна \( 1000 \, \text{кг/м}^3 \):
\[ m_1 = 200 \, \text{мл} = 0.2 \, \text{л} = 0.2 \, \text{кг}. \]
Теперь применим закон сохранения энергии:
Энергия, переданная воде: \[ Q_1 = m_1 \cdot c_1 \cdot (T_f - T_1) = 0.2 \cdot 4200 \cdot (35 - 22). \] Выполним расчеты: \[ Q_1 = 0.2 \cdot 4200 \cdot 13 = 10920 \, \text{Дж}. \]
Энергия, потерянная шаром: \[ Q_2 = m_2 \cdot c_2 \cdot (T_2 - T_f) = m_2 \cdot 840 \cdot (100 - 35). \] \[ Q_2 = m_2 \cdot 840 \cdot 65 = m_2 \cdot 54600 \, \text{Дж}. \]
Согласно закону сохранения энергии: \[ Q_1 = Q_2. \]
Подставим значения: \[ 10920 = m_2 \cdot 54600. \]
Решим уравнение относительно \( m_2 \): \[ m_2 = \frac{10920}{54600} \approx 0.200 \, \text{кг} = 200 \, \text{г}. \]
Таким образом, масса стеклянного шарика составляет примерно 200 граммов.
