Номер 38.29, страница 143 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.29, страница 143.

38.29 [937] Почему при вбивании гвоздя его шляпка нагревается слабо, а когда гвоздь уже вбит, то достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку?

Решение

Данное явление объясняется законом сохранения энергии. Кинетическая энергия, которой обладает молоток перед ударом, преобразуется в другие виды энергии. Характер этого преобразования различен для двух описанных случаев.

1. Процесс вбивания гвоздя.

Когда гвоздь входит в материал (например, в доску), основная часть кинетической энергии молотка ($E_k$) расходуется на совершение механической работы ($A$) по преодолению сил сопротивления материала. Энергия уходит на то, чтобы протолкнуть гвоздь вглубь. Лишь небольшая часть энергии удара преобразуется во внутреннюю энергию ($\Delta U$) шляпки гвоздя, то есть в тепло. Энергетический баланс можно описать так: $E_k = A + \Delta U$, где работа $A$ составляет основную долю. Поэтому шляпка гвоздя нагревается слабо.

2. Удары по уже вбитому гвоздю.

Когда гвоздь уже полностью вбит, он не может двигаться дальше. Следовательно, механическая работа по его перемещению не совершается ($A=0$). В этом случае вся кинетическая энергия молотка при ударе в результате неупругого соударения преобразуется во внутреннюю энергию шляпки гвоздя и самого молотка (а также частично в энергию звуковых волн). Таким образом, почти вся энергия удара идет на нагрев: $E_k \approx \Delta U$. Поскольку вся энергия концентрируется на увеличении внутренней энергии, шляпка быстро и сильно нагревается.

Ответ: При вбивании гвоздя энергия удара молотка тратится в основном на механическую работу по продвижению гвоздя, и лишь малая ее часть идет на нагрев шляпки. Когда гвоздь уже вбит, он неподвижен, работа не совершается, и вся энергия удара преобразуется во внутреннюю энергию (тепло), что и приводит к сильному нагреву шляпки.