Номер 1, страница 92 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-51. Превращение одного вида механической энергии в другой. Вариант № 2 - номер 1, страница 92.

Решение.

1. Решение

Процесс падения дождевой капли на землю сопровождается последовательной цепью превращений энергии, которую можно рассмотреть на нескольких этапах.

1. Начальное состояние (в облаке)

Находясь на большой высоте $\text{h}$ над поверхностью земли, дождевая капля массой $\text{m}$ обладает потенциальной энергией ($E_п$) относительно земли. Эта энергия обусловлена гравитационным притяжением и рассчитывается по формуле:

$E_п = mgh$

где $\text{g}$ – ускорение свободного падения. В начальный момент, когда капля только начинает падать, ее скорость близка к нулю, поэтому кинетическая энергия также равна нулю.

2. Процесс падения

По мере падения капли ее высота $\text{h}$ уменьшается, а скорость $\text{v}$ увеличивается. В соответствии с законом сохранения энергии, потенциальная энергия начинает превращаться в кинетическую энергию ($E_к$), которая описывается формулой:

$E_к = \frac{mv^2}{2}$

Однако, помимо силы тяжести, на каплю действует сила сопротивления воздуха. Эта сила совершает отрицательную работу, в результате чего часть механической энергии (сумма потенциальной и кинетической) переходит во внутреннюю энергию. Это приводит к незначительному нагреву как самой капли, так и окружающего воздуха. Из-за возрастающей силы сопротивления воздуха капля перестает ускоряться и далее падает с постоянной, так называемой установившейся скоростью.

3. Удар о землю

В момент соударения с поверхностью земли (или любой другой преградой) скорость капли резко падает до нуля. Вся кинетическая энергия, которой она обладала перед ударом, быстро преобразуется в другие виды энергии:

• Внутренняя энергия: Это основное направление преобразования. Энергия удара переходит в тепло, нагревая место падения и саму каплю.
• Звуковая энергия: Часть энергии расходуется на создание звуковых волн – мы слышим характерный звук дождя.
• Энергия деформации и поверхностная энергия: При ударе капля деформируется и разбрызгивается на множество мелких капелек. На преодоление сил поверхностного натяжения и создание новой поверхности также затрачивается энергия.

Таким образом, общая схема превращения энергии выглядит следующим образом: Потенциальная энергия → Кинетическая энергия + Внутренняя энергия (из-за трения о воздух) → Внутренняя энергия (при ударе) + Звуковая энергия + Энергия деформации.

Ответ: При падении дождевых капель их начальная потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию и внутреннюю энергию (вследствие трения о воздух). В момент удара о землю кинетическая энергия капли преобразуется в основном во внутреннюю энергию (нагрев), а также частично в звуковую энергию и энергию деформации (разбрызгивание).