Номер 38.33, страница 144 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.33, страница 144.

38.33 [941] При скоростной обработке металла температура в точках отделения стружки от изделия повышается на $800\text{--}900°C$.

Объясните причину явления.

Решение

Значительное повышение температуры при скоростной обработке металла объясняется преобразованием механической работы в тепловую энергию. Выделение тепла происходит в основном за счет двух процессов, происходящих одновременно в зоне резания.

1. Пластическая деформация. Основной вклад в нагрев вносит работа, совершаемая для пластической деформации металла. Режущий инструмент, двигаясь, сминает и сдвигает слои металла перед собой, заставляя их превращаться в стружку. Этот процесс представляет собой интенсивную пластическую деформацию, на которую затрачивается большое количество энергии. Практически вся эта энергия (работа деформации) переходит во внутреннюю энергию металла, что вызывает его сильный нагрев в очень узкой зоне — так называемой зоне сдвига.

2. Трение. Второй важный источник тепла — это трение. Оно возникает на двух основных поверхностях: - Между передней поверхностью режущего инструмента и сходящей по ней стружкой. Стружка движется с высокой скоростью и находится под огромным давлением, что создает очень большую силу трения. - Между задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки. Работа, совершаемая против этих сил трения, также полностью преобразуется в тепло.

При скоростной обработке оба эти процесса происходят очень быстро. За короткое время в малом объеме металла выделяется огромное количество энергии. Тепло не успевает эффективно отводиться вглубь заготовки, в инструмент или в окружающую среду, что и приводит к локальному повышению температуры до столь высоких значений (800–900 °C).

Ответ: Причина резкого повышения температуры заключается в преобразовании механической работы в тепло. Эта работа совершается в процессе интенсивной пластической деформации металла при формировании стружки и при преодолении сил трения между стружкой, инструментом и заготовкой. Из-за высокой скорости обработки выделяющееся тепло концентрируется в небольшой зоне резания, не успевая рассеяться.