Solution Manual for Introduction to Engineering Thermodynamics by Richard E. Sonntag |Complete|ISBN: 9780471129554

ew MANUAL

, 2-1
CHAPTER 2 ew




The correspondence between the problem set in this first edition versus the prob
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



lem set in the 5'th edition text. Problems that are new are marked new and those t
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



hat are only slightly altered are marked as modified (mod).
ew ew ew ew ew ew ew ew ew




New Old New Old New Old
1 1 21 new 41 new
2 2 22 18 42 32
3 new 23 19 43 34
4 3 24 15 44 35
5 5 25 new
6 6 26 20
7 7 27 21
8 new 28 new
9 9 29 new
10 10 30 23
11 11 31 24
12 12 32 new
13 new 33 new
14 new 34 26
15 new 35 27
16 13 36 new
17 new 37 28mod
18 14 38 29
19 new 39 30
20 16 40 31

,2-2
2.1 The “standard” acceleration (at sea level and 45° latitude) due to gravity i
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew




s 9.80665 m/s2. What is the force needed to hold a mass of 2 kg at rest in t
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



his gravitational field ? How much mass can a force of 1 N support ?
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew




Solution:
ma = 0 =  F = F - mg
ew ew ew ew ew ew ew ew ew F
F = mg = 2  9.80665 = 19.613 N
e w ew ew ew ew ew ew ew ew
g
F = mgew =>
ew
m
m = F/g = .80665 = 0.102 kg
ew ew ew ew ew ew ew ew ew




2.2 A model car rolls down an incline with a slope so the gravitational “pull” in the
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



direction of motion is one third of the standard gravitational force (see Proble
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



m 2.1). If the car has a mass of 0.45 kg find the acceleration.
ew ew ew ew ew ew ew ew e w ew ew ew ew




Solution:


ma =  F = mg / 3
ew e w ew ew ew ew ew



a = mg / 3m = g/3
ew ew ew ew ew ew ew




= 9. = 3.27 m/s2
ew ew ew ew ew ew
g




This acceleration does not depend on the mass of the model car.
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew




2.3 A force of 125 N is applied to a mass of 12 kg in addition to the standard gra
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



vitation. If the direction of the force is vertical up find the acceleration of the m
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



ass.

Solution: x

Fup = ma = F – mg e w
ew ew ew ew ew
F
a = ( F – mg ) / m = F / m –
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



g
ew g
m
= 125/12 – 9.807
ew e w ew




= 0.61 ms-2 ew ew




2.4 A car drives at 60 km/h and is brought to a full stop with constant deceleration in
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew



5 seconds. If the total car and driver mass is 1075 kg find the necessary force.
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew

, 2-3
Solution:

Acceleration is the time rate of change of velocity. ew ew ew ew ew ew ew ew




dV
a= ew = 60  100 = 3.33 m/s2 ew ew
ew ew




0
dt 3600  5 ew ew




ma =  F ;ew ew ew ew




Fnet = ma = 1075  3.333 = 3583 N
ew
ew ew ew ew ew ew ew ew




2.5 A 1200-
ew




kg car moving at 20 km/h is accelerated at a constant rate of 4 m/s2 up to a spee
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew e w ew
ew
ew ew ew



d of 75 km/h. What are the force and total time required?
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew




Solution:

dV  => (75  20) 100 = 3.82 sec
V  0=
ew ew ew ew

a= = e w ew



t =
ew ew e w e w

ew e w

V
dt t a 3600  5 ew ew




F = ma = 1200  4 = 4800 N
ew ew ew ew ew ew ew ew ew




2.6 A steel plate of 950 kg accelerates from rest with 3 m/s2 for a period of 10s. Wha
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew
ew
ew ew ew ew ew



t force is needed and what is the final velocity?
ew ew ew ew ew ew ew ew ew




Solution:

Constant acceleration can be integrated to get velocity.
ew ew ew ew ew ew ew




dV
dt =>  dV =  a dt => V = a t
e w e w

a= ew e w
ew
ew ew
ew
ew ew ew ew




V = a t = 3  10 = 30 m/s => V = 30 m/s
ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew ew




F
F = ma = 950  3 = 285
ew

ew ew ew ew ew ew ew ew




0N ew