Скорость охлаждения тела пропорциональна разности его температуры и температуры окружающей среды. В данный момент времени температура окружающей среды равна 20 градусам. dT/dt = k(T - 20) — формула, по которой нужно решить задачу. Тело было нагрето до 100 градусов, через 20 минут оно остыло до 80 градусов. Определите, через какое время оно остынет до 20 градусов. Задача связана с дифференциальными уравнениями. Прошу написать решение по пунктам.
Ответы на вопрос
Решение задачи с помощью дифференциального уравнения
Дано:
Начальная температура тела: .
Температура окружающей среды: .
Через 20 минут температура тела стала .
Закон охлаждения Ньютона:
Найти: через какое время температура тела достигнет ?
Пункт 1. Решим дифференциальное уравнение
Имеем уравнение:
Это дифференциальное уравнение первого порядка с разделяющимися переменными.
Перенесём все выражения с температурой в левую часть, а со временем — в правую:
Теперь проинтегрируем обе части:
Получаем:
Переходим от логарифма к показательной функции:
Здесь — произвольная постоянная.
Таким образом, общее решение уравнения имеет вид:
Пункт 2. Найдём постоянную C
По условию задачи известно, что в начальный момент времени температура тела составляла .
Подставим эти значения в полученную формулу:
Поскольку , получаем:
Следовательно:
Теперь уравнение температуры тела имеет вид:
Пункт 3. Найдём коэффициент охлаждения k
По условию задачи через 20 минут температура тела уменьшилась до .
То есть при температура .
Подставляем эти значения в формулу:
Вычитаем 20 из обеих частей:
Делим обе части на 80:
Прологарифмируем обе части:
Выражаем :
Так как:
то:
Похожие вопросы
Топ вопросов за вчера в категории Математика
Последние заданные вопросы в категории Математика
-
Математика
-
Литература
-
Алгебра
-
Русский язык
-
Геометрия
-
Английский язык
-
Химия
-
Физика
-
Биология
-
Другие предметы
-
История
-
Обществознание
-
Окружающий мир
-
География
-
Українська мова
-
Информатика
-
Українська література
-
Қазақ тiлi
-
Экономика
-
Музыка
-
Право
-
Беларуская мова
-
Французский язык
-
Немецкий язык
-
МХК
-
ОБЖ
-
Психология
-
Физкультура и спорт
-
Астрономия
-
Кыргыз тили
-
Оʻzbek tili

