Пробирка массой M=40 г, содержащая пары эфира, закрыта пробкой с массой m=10 г и подвешена к стержню в горизонтальном положении на нерастяжимых нитях. Расстояние от центра тяжести пробирки до стержня L=20 см. При нагревании пробирки пробка вылетает из нее, а нити обрываются. Каково в этих условиях минимальное (по модулю) значение скорости пробки относительно Земли в момент вылета, если нити выдерживают суммарную нагрузку не более T=0,8 Н? Какие физические законы Вы использовали при решении задачи? Обоснуйте их применение в данном случае.

Для решения данной задачи мы можем использовать закон сохранения энергии. При нагревании пробирки энергия тепла превращается в кинетическую энергию пробки. Поскольку нити обрываются, вся энергия тепла должна быть равна кинетической энергии пробки в момент вылета.

Пусть v - скорость пробки относительно Земли в момент вылета. Тогда ее кинетическая энергия равна Eк = (m + M)v^2/2, а энергия тепла, затраченная на нагревание пробирки, равна Q = mc(T1 - T0), где c - удельная теплоемкость пробирки, T1 - температура пробирки после нагревания, T0 - начальная температура пробирки.

Таким образом, по закону сохранения энергии имеем: Q = Eк, откуда (m + M)v^2/2 = mc(T1 - T0). Подставляя данные из условия задачи, получаем: (40 + 10)v^2/2 = 40*0,8, откуда v^2 = 64, v = 8 см/с.

Таким образом, минимальное значение скорости пробки относительно Земли в момент вылета равно 8 см/с.