Номер 34.10, страница 125 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 34. Энергия. Закон сохранения энергии. Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия - номер 34.10, страница 125.

34.10 [812] Как меняется потенциальная энергия воздуха в футбольном мяче при ударе по мячу ногой?

34.10 [812]

При ударе ногой по футбольному мячу его оболочка деформируется, что приводит к кратковременному сжатию воздуха внутри. Рассмотрим, как это сжатие влияет на потенциальную энергию воздуха.

Внутренняя энергия любого реального газа, в том числе и воздуха, состоит из двух основных частей: кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Потенциальная энергия обусловлена силами притяжения и отталкивания между молекулами. Внутреннюю энергию $U$ можно представить как сумму кинетической $E_k$ и потенциальной $E_p$ энергий: $U = E_k + E_p$.

В газообразном состоянии молекулы находятся на относительно больших расстояниях друг от друга, и между ними преобладают силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). При сжатии воздуха в мяче среднее расстояние между молекулами уменьшается. Когда частицы сближаются под действием сил притяжения, их потенциальная энергия взаимодействия уменьшается (по аналогии с гравитационной потенциальной энергией, которая уменьшается при сближении тел).

Работа, совершаемая при ударе, идет на увеличение внутренней энергии воздуха. Это означает, что его температура и, следовательно, кинетическая энергия молекул $E_k$ возрастают. Так как потенциальная энергия $E_p$ при сжатии уменьшается, то увеличение кинетической энергии молекул оказывается даже больше, чем совершенная над газом работа.

Таким образом, в момент удара, когда воздух в мяче сжат, его потенциальная энергия (энергия взаимодействия молекул) уменьшается.

Ответ: Потенциальная энергия воздуха в футбольном мяче при ударе уменьшается. Это происходит потому, что из-за сжатия сокращается среднее расстояние между молекулами воздуха. При преобладании сил межмолекулярного притяжения это приводит к уменьшению потенциальной энергии их взаимодействия.