Сравните затраты на расплавление площади S = 1 м² слоя слежавшегося
Условие
| Зима в этом году оказалась необыкновенно снежной, с частыми сильными снегопадами и редкими оттепелями. На фотографиях видны торцы пластов снега на крышах в конце февраля 2021 г. По этим фотографиям можно идентифицировать процессы, влияющие на изменение толщины слоя снега с течением времени. В интернете также можно найти неполные данные о высоте снежного покрова h в Москве и о его приросте на разные календарные даты (см. таблицу). Постройте приблизительно график зависимости высоты h снежного покрова в Москве от времени t (в днях) за три месяца зимы — декабрь, январь и февраль 2020/21 года, и объясните ход этого графика. Объяснения должны базироваться на физических процессах, происходящих в снегу после его выпадения под действием вышележащих слоев, оттепелей и дождей. Используя построенный график, оцените среднюю скорость роста толщины снежного покрова за зиму.

| Дата | см | h, см | Примечание |
|---|---|---|---|
| 01.12.20 | 0 | После теплых дней в ноябре | |
| 06.12.20 | 13 | После обильного снегопада | |
| 15.12.20 | 6 | ||
| 17.12.20 | 10 | Сильный снегопад, потом оттепель | |
| 25.12.20 | Подошел циклон «Грета» | ||
| 26.12.20 | 16 | После снегопада | |
| 31.12.20 | 10 | Оттепель до 04.01.21 | |
| 14.01.21 | 30 | После нескольких небольших снегопадов | |
| 16.01.21 | 10 | 40 | Один мощный снегопад |
| 23−29.01 | 16 | Оттепель | |
| 31.01.21 | 38 | После сильного снегопада | |
| 04.02.21 | 10 | ||
| 10.02.21 | 33 | ||
| 12−14.02 | 60 | Рекордный снегопад | |
| 24−25.02 | 10 | Сильный снегопад | |
| 27.02.21 | −10 | После оттепели с дождем |
Чтобы крыша дома не рухнула под тяжестью снега, можно, например, расплавить его горячей водой или с помощью электронагревателей. Сравните затраты на расплавление площади S = 1 м² слоя слежавшегося снега толщиной h_с = 70 см, находящегося при температуре T_с = -10 °C и имеющего плотность этими двумя способами. Горячая вода из-под крана имеет температуру T_в = +60 °C и стоит сейчас 205,15 руб./м³, а электроэнергия — 5,66 руб./(кВт · час).
Формат задания
Решение по шагам
Как рассуждать
Построим график зависимости h(t). Из фотографий и из таблицы следует, что слои снега наращивались в течение всех трех месяцев зимы, причем в декабре снега выпало не очень много, и он подтаивал и сжимался под весом следующих порций. Незадолго до Нового года был снегопад и потом оттепель, и это видно по прослойке льда в нижней части фотографий. В январе было два сильных снегопада, сменявшихся сильными оттепелями, когда слой выпавшего снега быстро уплотнялся, но на него снова падал снег, и потом таял, и осадков было выше нормы. На второй фотографии хорошо видна ледяная прослойка, образовавшаяся в конце января из-за дождя. В феврале (12−14.02) был почти рекордный снегопад, когда выпало около 60 см снега, потом еще один сильный снегопад, а затем — резкая оттепель, и много снега растаяло. На графике h(t) изображен приблизительный ход изменения толщины слоя снега в Москве за зиму 2020/21 г. Видно, что средняя скорость прироста высоты снежного покрова за зиму составляет около [рисунок]
Осталось ещё 2 шага
Оценим затраты на расплавление слоя снега…
1 кВт · час = 1000 Вт · 3600 с = 3,6 ·…
Бесплатно · займёт минуту