Feladat: 1868. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: könnyű
Megoldó(k):  Kovácsvölgyi István 
Füzet: 1984/március, 131 - 132. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Izotermikus állapotváltozás (Boyle--Mariotte-törvény), Feladat
Hivatkozás(ok):1954/november: Egy különös geometria
Feladatok: 1983/október: 1868. fizika feladat, 1954/november: 644. matematika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

I. megoldás. A dugattyúval a hengerben levő gázt két független részre osztjuk, amelyek nem keveredhetnek, ezért az állapotváltozás után mindkét részben ugyanannyi részecske lesz, mint az állapotváltozás előtt. A feladat megoldásában a hőmérsékletet állandónak tekintjük. Ekkor a gáz állapotváltozását a Boyle ‐ Mariotte törvény írja le.
Legyen a kezdeti állapotban a rövidebb részben levő gáznak a térfogata és nyomása V10(=15A), ill. p10(=2105Pa), a másik részben levő gáznak pedig V20(=25A), ill: p20(=105Pa), ahol A a dugattyú keresztmetszete. A dugattyú addig fog mozogni, míg a két gázrész nyomása meg nem egyezik. Jelöljük ezt a nyomást p-vel, és a gázok térfogatát ebben az esetben V1-el, illetve V2-vel. A Boyle ‐ Mariotte törvény értelmében

V10p10=V1p;V20p20=V2p.(1‐2)
Tudjuk, hogy a fémhenger hossza nem változik meg, azaz
V1+V2A=V10+V20A=40.(3)
Az (1‐2) egyenletekből
V1V2=V10p10V20p20=15A210525A105=65.(4)
A (3)‐(4) összefüggésekből V2/A-ra (200/11)cm értéket kapunk, vagyis a dugattyú most 21911cm és 18211cm hosszúságú részekre osztja a hengert.
 
II. megoldás. A henger két (a és b) részének térfogata kezdetben V10=15A, V20=25A. A henger a részében levő 2p nyomású gázban annyi részecske van, mint amennyi 30A térfogatú p nyomású gázban. A b részben a gáz nyomása p és a térfogata 25A, tehát egyenlő nyomás esetén a két részben levő gáz térfogata úgy aránylik egymáshoz, mint 30 a 25-höz. Mivel a henger űrtartalma 40A, így az egyenlő nyomás beálltakor az a és b rész hossza:
la=305540=21911cm,lb=255540=18211cm.