Номер 1.15, страница 4 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 1. Физические тела. Физические явления. Глава 1. Начальные сведения о физических понятиях - номер 1.15, страница 4.

1.15 [13] Назовите 2–3 физических явления, которые наблюдаются при выстреле из огнестрельного оружия.

При выстреле из огнестрельного оружия наблюдается целый комплекс взаимосвязанных физических явлений. Ниже приведены три ключевых из них.

1. Закон сохранения импульса и явление отдачи

   До выстрела система, состоящая из оружия и патрона, находится в состоянии покоя, и ее суммарный импульс равен нулю. В момент выстрела пороховые газы с огромной силой выталкивают пулю вперед, сообщая ей значительный импульс, направленный в сторону цели. Согласно закону сохранения импульса, в замкнутой системе суммарный импульс должен оставаться неизменным. Чтобы компенсировать импульс пули и истекающих газов, оружие получает равный по величине и противоположный по направлению импульс. Этот импульс заставляет оружие двигаться назад, что и воспринимается как отдача.

   Математически это можно выразить так: $m_{пули} \cdot \vec{v}_{пули} + m_{газов} \cdot \vec{v}_{газов} + m_{оружия} \cdot \vec{v}_{оружия} = 0$, где $m$ – масса, а $\vec{v}$ – вектор скорости соответствующего объекта. Отсюда скорость отдачи оружия равна: $\vec{v}_{оружия} = - \frac{m_{пули} \cdot \vec{v}_{пули} + m_{газов} \cdot \vec{v}_{газов}}{m_{оружия}}$.

   Ответ: явление отдачи, которое является прямым следствием действия закона сохранения импульса.

2. Превращение энергии

   Выстрел представляет собой яркий пример превращения одного вида энергии в другие. Изначально в порохе запасена химическая энергия. При воспламенении пороха происходит быстрая экзотермическая реакция (горение), в ходе которой химическая энергия преобразуется в огромное количество тепловой энергии. Эта тепловая энергия нагревает газообразные продукты горения до очень высоких температур и давлений.

   Далее, расширяясь, раскаленные газы совершают работу, выталкивая пулю из ствола. Таким образом, внутренняя (тепловая) энергия газов переходит в кинетическую энергию поступательного движения пули. Кроме того, часть энергии переходит в кинетическую энергию самого оружия (отдача), тепловую энергию, нагревающую ствол оружия, звуковую энергию (громкий звук выстрела) и световую энергию (дульная вспышка).

   Ответ: превращение химической энергии пороха в кинетическую энергию пули, а также в тепловую, звуковую и световую энергию.

3. Тепловые явления и работа газа

   В основе выстрела лежат термодинамические процессы. Сгорание порохового заряда происходит в очень малом объеме за доли секунды, что приводит к образованию газов с температурой до 3000–4000 °C и давлением в десятки и сотни мегапаскалей. Эти раскаленные газы, подчиняясь газовым законам, стремятся расшириться. Поскольку гильза и ствол ограничивают расширение во все стороны, кроме одной, вся сила давления газов оказывается приложенной к дну пули.

   Сила $F$, действующая на пулю, равна произведению давления газа $P$ на площадь поперечного сечения пули $S$: $F = P \cdot S$. Эта сила совершает работу по перемещению пули вдоль ствола, разгоняя ее до высокой скорости. Процесс расширения газа в стволе близок к адиабатическому, так как происходит очень быстро, и газ не успевает обменяться значительным количеством тепла с окружающей средой (стволом).

   Ответ: быстрое расширение раскаленных газов высокого давления, которые совершают работу по разгону пули в стволе.