Номер 1, страница 208, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Наблюдайте

1. Пронаблюдайте, как при слабом морозе снег на дорогах с интенсивным автомобильным движением размягчается и подтаивает. Объясните явление.

В зимнее время пустую бутылку, находившуюся долго на улице, затыкают пробкой и вносят в теплое помещение. Через некоторое время пробка вылетает. За счет чего пробка приобретает кинетическую энергию?

1. Явление таяния снега на дорогах с интенсивным движением при слабом морозе объясняется несколькими факторами. Во-первых, при движении автомобиля возникает трение между его шинами и дорожным покрытием. В результате работы силы трения выделяется значительное количество теплоты, которая нагревает снег и приводит к его плавлению. Во-вторых, сам автомобиль является источником тепла. Двигатель внутреннего сгорания, выхлопная система и тормоза в процессе работы сильно нагреваются и отдают тепло в окружающую среду, в том числе и на поверхность дороги. Этот дополнительный нагрев также способствует таянию снега. В-третьих, стоит упомянуть, что для борьбы с гололедом дороги часто обрабатывают специальными реагентами (например, технической солью). Смесь снега и соли имеет температуру плавления ниже $0^\circ C$, поэтому снег может таять даже при отрицательной температуре воздуха. Наконец, высокое давление, создаваемое колесами автомобиля, незначительно понижает температуру плавления льда, но этот эффект вносит гораздо меньший вклад по сравнению с тепловыми эффектами от трения и работы двигателя.

Ответ: Снег на дорогах тает в основном из-за тепла, выделяемого в результате трения шин о дорогу, а также тепла от работающего двигателя и выхлопной системы автомобиля. Эти процессы повышают температуру снега до точки плавления. Часто таянию способствуют и противогололедные реагенты.

Во втором явлении, когда бутылку с холодным воздухом затыкают пробкой и вносят в теплое помещение, пробка приобретает кинетическую энергию за счет работы, которую совершает над ней нагретый воздух внутри бутылки. Когда бутылка попадает в тепло, воздух внутри нее начинает нагреваться от стенок. Поскольку бутылка закрыта, объем воздуха в ней можно считать постоянным. Согласно закону Шарля для изохорного процесса, давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($p/T = \text{const}$). С повышением температуры воздуха внутри бутылки растет и его давление. Оно становится значительно больше атмосферного давления снаружи. Возникшая разность давлений создает силу, действующую на пробку изнутри. Когда эта сила превышает силу трения, удерживающую пробку, она выталкивается. В процессе выталкивания пробки сжатый газ расширяется и совершает работу. Эта работа и преобразуется в кинетическую энергию летящей пробки ($A = \Delta E_k$). Источником энергии для совершения этой работы является внутренняя энергия нагретого воздуха, которая, в свою очередь, увеличилась за счет тепла, полученного из комнаты.

Ответ: Пробка приобретает кинетическую энергию за счет работы, которую совершает над ней нагретый и потому находящийся под повышенным давлением воздух внутри бутылки. Источником этой энергии является внутренняя энергия воздуха, увеличенная за счет полученного извне тепла.