В цилиндрическом сосуде подвижный поршень может перемещаться без трения в горизонтальном направлении. В сосуде находится гелий. Поршень в равновесии. Сосуд с газом медленно охлаждают, и газ отдаёт в окружающее пространство количество теплоты [Q]=75 Дж. При этом поршень перемещается на расстояние x=20 см. Чему равна площадь поперечного сечения поршня, если атмосферное давление p=100 кПа?

Воздух в сосуде можно считать идеальным газом. Процесс расширения газа идет изотермически, а значит, согласно закону Бойля — Мариотта,  Отсюда находим давление газа под поршнем в новом положении: 

Определим теперь силу, которую необходимо приложить к поршню. Для этого рассмотрим второй закон Ньютона для поршня в проекции на горизонтальную ось:  Таким образом, необходимо приложить силу 

Ответ: 50.