Чтобы найти конечную температуру смеси, можно воспользоваться принципом сохранения энергии. В данном случае энергия передаётся от более тёплой воды к более холодной до тех пор, пока не установится равновесная температура. Формула, которую можно использовать, основана на принципе сохранения тепловой энергии:
[ m_1 \cdot c \cdot (T1 - T{\text{final}}) = m2 \cdot c \cdot (T{\text{final}} - T_2) ]
где:
- ( m_1 = 100 ) г — масса первой порции воды,
- ( T_1 = 60 ) °C — начальная температура первой порции воды,
- ( m_2 = 50 ) г — масса второй порции воды,
- ( T_2 = 20 ) °C — начальная температура второй порции воды,
- ( T_{\text{final}} ) — конечная температура смеси,
- ( c ) — удельная теплоёмкость воды, которая сокращается из уравнения, так как является одинаковой для обеих порций воды (обычно ( c = 4.18 ) Дж/(г·°C), но в данном случае её можно не учитывать, так как она сокращается с обеих сторон).
Подставим известные величины в уравнение:
[ 100 \cdot (60 - T{\text{final}}) = 50 \cdot (T{\text{final}} - 20) ]
Раскроем скобки:
[ 6000 - 100 \cdot T{\text{final}} = 50 \cdot T{\text{final}} - 1000 ]
Соберём все члены, содержащие ( T_{\text{final}} ), в одну сторону, а константы — в другую:
[ 6000 + 1000 = 50 \cdot T{\text{final}} + 100 \cdot T{\text{final}} ]
[ 7000 = 150 \cdot T_{\text{final}} ]
Теперь найдём ( T_{\text{final}} ):
[ T_{\text{final}} = \frac{7000}{150} \approx 46.67 ]
Итак, установившаяся температура в стакане будет приблизительно 46.67°C.