Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения энергии, который в данном контексте проявляется в виде уравнения теплового баланса. Согласно этому закону, тепло, отданное горячей водой, равно теплу, полученному холодной водой.
Обозначим:
- ( m_1 ) — масса горячей воды, равная 1 кг (поскольку плотность воды приблизительно 1 кг/л).
- ( t_1 = 90^\circ C ) — начальная температура горячей воды.
- ( m_2 ) — масса холодной воды, которую нужно найти.
- ( t_2 = 10^\circ C ) — начальная температура холодной воды.
- ( t_{\text{фин}} = 60^\circ C ) — конечная температура смеси.
Уравнение теплового баланса выглядит так:
[ m_1 c (t1 - t{\text{фин}}) = m2 c (t{\text{фин}} - t_2), ]
где ( c ) — удельная теплоёмкость воды, равная 4,186 Дж/(г·°C). Поскольку удельная теплоёмкость и единицы измерения массы и температуры одинаковы по обе стороны уравнения, они сокращаются, и уравнение можно упростить до:
[ m_1 (t1 - t{\text{фин}}) = m2 (t{\text{фин}} - t_2). ]
Подставим известные значения:
[ 1 \cdot (90 - 60) = m_2 \cdot (60 - 10). ]
[ 30 = m_2 \cdot 50. ]
Теперь решим уравнение для ( m_2 ):
[ m_2 = \frac{30}{50} = 0,6. ]
Таким образом, масса холодной воды составляет 0,6 кг, что соответствует 0,6 литра, поскольку 1 литр воды примерно равен 1 кг.