Номер 38.26, страница 143 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.26, страница 143.

38.26 [934] Почему, если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки?

Решение

Когда человек скользит вниз по шесту или канату, его руки трутся о поверхность. В результате этого движения между ладонями и поверхностью шеста/каната возникает сила трения скольжения. Эта сила направлена в сторону, противоположную движению, то есть вверх.

Сила трения совершает механическую работу. Работа силы трения ($A_{тр}$) вычисляется по формуле $A_{тр} = F_{тр} \cdot s$, где $F_{тр}$ — это сила трения, а $s$ — это расстояние (длина), на которое человек проскальзывает.

Согласно закону сохранения энергии, работа, совершаемая силой трения, переходит во внутреннюю энергию взаимодействующих тел, то есть превращается в теплоту ($Q$). Таким образом, $Q = A_{тр}$. Эта теплота выделяется на соприкасающихся поверхностях — на коже рук и на поверхности шеста/каната, вызывая их нагрев.

Ключевым моментом в вопросе является слово «быстро». Быстрое скольжение означает высокую скорость ($v$). Мощность, то есть скорость совершения работы (и, следовательно, скорость выделения тепла), прямо пропорциональна скорости движения: $P = F_{тр} \cdot v$. Чем выше скорость скольжения, тем больше тепла выделяется в единицу времени.

Кожа человека имеет ограниченную теплопроводность и не способна быстро отводить или рассеивать такое большое количество тепла, выделяющееся за короткий промежуток времени. В результате температура поверхности ладоней резко возрастает до значений, достаточных для получения термического ожога.

Ответ: При быстром скольжении вниз по шесту или канату работа силы трения преобразуется в большое количество теплоты за короткое время. Из-за высокой скорости тепловыделения кожа рук не успевает рассеивать тепло, ее температура резко повышается, что и вызывает ожог.