Номер ?4, страница 122, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 77. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?4, страница 122.

Условие.

При подъёме на высокую гору альпинисты взяли с собой баллон с газом. Можно ли утверждать, что энергия топлива при этом увеличилась?

Решение.

Данное утверждение является неоднозначным, так как понятие "энергия топлива" может трактоваться по-разному. Чтобы дать полный и корректный ответ, необходимо рассмотреть различные виды энергии, которыми обладает газ в баллоне, и как они изменяются при подъёме на гору.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли зависит от его массы и высоты подъёма. Она рассчитывается по формуле:

$E_p = mgh$

где $\text{m}$ — масса газа, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{h}$ — высота. При подъёме альпинистов на гору высота $\text{h}$ увеличивается, следовательно, потенциальная энергия газа в баллоне однозначно увеличивается.

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия газа ($\text{U}$) — это, в основном, кинетическая энергия хаотического теплового движения его молекул, которая напрямую зависит от температуры. Для идеального газа эта зависимость выражается формулой:

$U = \frac{i}{2}\nu RT$

где $\text{T}$ — абсолютная температура газа. С набором высоты в горах температура окружающего воздуха, как правило, понижается. Если предположить, что баллон с газом находится в тепловом равновесии с окружающей средой, то его температура $\text{T}$ уменьшится. В результате внутренняя энергия газа уменьшится.

Общий вывод

Полная энергия газа является суммой его потенциальной и внутренней энергии (пренебрегая кинетической энергией движения всего баллона). Поскольку при подъёме на гору одна составляющая полной энергии (потенциальная) растёт, а другая (внутренняя), скорее всего, падает, то изменение полной энергии неопределенно. Нельзя сделать однозначный вывод о её увеличении без знания конкретных значений высоты подъёма и изменения температуры.

Ответ: Нет, однозначно утверждать, что энергия топлива увеличилась, нельзя. Его потенциальная энергия увеличилась, так как возросла высота, но его внутренняя энергия, вероятнее всего, уменьшилась из-за понижения температуры на высоте. Поэтому итоговое изменение полной энергии не является однозначно положительным.