U 物体1と物体2が分離した後の運動について考える。分離後、物体1は単独で単振動する。物体2は重力のために、分離後ある時間が経過した後に必ず物体1に衝突する。分離から衝突までの時間は時刻における物体1の位置に依存する。ここで、分離から衝突までの時間が、物体1が単独で単振動する際の周期Tに等しくなるように、の値を設定した。衝突の時刻をとする。
T での蒸気圧を,での蒸気圧をと記す。ピストンのみでおもりを乗せないときに内部の圧力がで、ピストンにおもりを乗せたときにになるようにしたい。とを求めよ。重力加速度の大きさをとする。
U 圧力でのの水のモル体積(当たりの体積)をとする。この温度でおもりをのせた状態でのシリンダー内の水の深さを求めよ。なお、ヒーターの体積は無視できる。
V 装置全体を断熱材で覆い、ピストンにおもりを乗せたまま、はじめであった水をヒーターでゆっくりとになるまで加熱する。このとき、水の状態は図3−1のA点からB点に移る。からまでの水の定圧モル比熱は温度によらず、であるとする。水をにするためにヒーターで発生させるジュール熱を求めよ。なお、シリンダー、ピストン、おもり、断熱材など、水以外の物体の熱容量は無視できるものとする。
W の水をさらにヒーターでゆっくりと加熱する。このときの温度と圧力はB点に留まり、水は少しずつ水蒸気に変化していく。図3−3のようにピストンがストッパーに達したときにも水が残っていた。B点での水のモル体積とB点での水蒸気のモル体積を用いて、このときの水蒸気の物質量を求めよ。
X の水を、その温度での蒸気圧の下で、水蒸気にするために必要となる蒸発熱をとする。問Wの過程で、ピストンがストッパーに達するまでに、ヒーターで発生させるジュール熱を求めよ。
Y ピストンがストッパーに達したときにヒーターを切り、おもりを横にずらして、ストッパーに乗せる。次にまわりの断熱材を取り除き、の室内で装置全体がゆっくり冷えるのを待つ。