Задача 3. Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде \(p\,{V^a} = const\), где p (Па) — давление в газе, V — объем газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение вдвое раз объема газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 4 раза?

Ответ

ОТВЕТ: 2.

Решение

Пусть p1 и v1  — начальные, а p2 и v2 — конечные значения объема и давления газа, соответственно. Из условия  \(p \cdot {v^a} = const\)  следует, что:

\({p_1} \cdot v_1^a = {p_2} \cdot v_2^a\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} = \frac{{v_1^a}}{{v_2^a}}\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} = {\left( {\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}} \right)^a}.\)

Следовательно, задача сводится к решению следующего неравенства  \(\frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} \geqslant 4\)  при условии, что  \(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = 2.\)

\({\left( {\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}} \right)^a} \geqslant 4\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,{2^a} \geqslant 4\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,{2^a} \geqslant {2^2}\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,a \geqslant 2.\)

Следовательно, наименьшее значение  a = 2.

Ответ: 2.