Номер 38.24, страница 143 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.24, страница 143.

38.24 [932] Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время?

38.24 [932]

Решение

Нагревание пилы во время пиления является прямым следствием закона сохранения энергии и явления трения. Рассмотрим этот процесс по шагам:

1. Совершение механической работы. Чтобы пилить, необходимо двигать пилу вперед и назад. При этом прикладывается сила на определенном расстоянии, то есть совершается механическая работа.

2. Возникновение силы трения. При движении пилы через материал (например, древесину) ее поверхность и зубья трутся о стенки распила. Это взаимодействие создает силу трения, которая направлена против движения пилы и препятствует ему.

3. Преобразование энергии. Механическая работа, которую совершают для преодоления силы трения, не исчезает. Согласно закону сохранения энергии, она переходит в другую форму — во внутреннюю энергию. Эта энергия распределяется между телами, участвующими в трении, то есть между пилой и распиливаемым материалом.

4. Увеличение внутренней энергии и температуры. Внутренняя энергия тела связана с хаотическим движением его молекул и атомов. Увеличение внутренней энергии ($ \Delta U $) означает, что частицы тела начинают двигаться быстрее. На макроуровне это проявляется как повышение температуры. Таким образом, работа против силы трения ($ A_{тр} $) приводит к выделению тепла ($ Q $), нагревающего пилу: $ A_{тр} = Q = \Delta U $.

Чем дольше длится процесс пиления, тем большая работа совершается против силы трения, и, соответственно, тем большее количество теплоты выделяется, что и приводит к значительному нагреву пилы.

Ответ: Пила нагревается из-за того, что механическая работа, совершаемая для преодоления силы трения между пилой и разрезаемым материалом, преобразуется во внутреннюю энергию (теплоту), что вызывает повышение температуры пилы и материала.