Для решения этой задачи мы будем использовать закон Бойля-Мариотта и уравнение состояния идеального газа, чтобы понять, как температура влияет на давление в шине.
Температура в кельвинах и давление в паскалях связаны математически. Мы можем использовать относительную температуру, чтобы установить связь между давлением и температурой.
Шаг 1: Преобразуем температурные значения в Кельвины
Температура в Кельвинах (Т) рассчитывается по формуле:
[ T(K) = T(°C) + 273,15 ]
Для лета:
[ T_1 = 27°C + 273,15 = 300,15 , K ]
Для зимы:
[ T_2 = -23°C + 273,15 = 250,15 , K ]
Шаг 2: Используем закон Бойля-Мариотта
Закон Бойля утверждает, что при постоянном объёме давление пропорционально температуре:
[ \frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} ]
Где:
- ( P_1 ) — давление летом (2×10^5 Па)
- ( T_1 ) — температура летом (300,15 K)
- ( P_2 ) — давление зимой (неизвестно)
- ( T_2 ) — температура зимой (250,15 K)
Шаг 3: Подставим известные значения
Подставим известные значения в формулу:
[ \frac{2 \times 10^5 , Pa}{300,15 , K} = \frac{P_2}{250,15 , K} ]
Шаг 4: Находим ( P_2 )
Теперь мы можем выразить ( P_2 ):
[ P_2 = \frac{2 \times 10^5 , Pa \cdot 250,15 , K}{300,15 , K} ]
Шаг 5: Выполним вычисления
Рассчитаем выделенные части:
[ 2 \times 10^5 , Pa \cdot 250,15 = 50030000 , Pa \cdot K ]
Затем рассчитаем ( P_2 ):
[ P_2 = \frac{50030000 , Pa \cdot K}{300,15 , K} ≈ 166600 , Pa ]
Ответ:
Таким образом, давление в шине зимой при температуре -23 градуса составит примерно 166600 Па, или 1,67 × 10^5 Па (что равно 1,67 атмосферы).
Эти расчёты показывают, что давление в шине значительно снижается при более низких температурах, что важно учитывать для обеспечения безопасности на дороге.