Номер 1, страница 7 - гдз по физике 8 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

I. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Работаем с текстом - номер 1, страница 7.

Условие.

1. Прочитайте отрывок из русской народной сказки «Два Ивана — солдатских сына». Определите причину нагрева сабли. Благодаря какому явлению её горячо было держать в руках? Прав ли был Иван, прося царицу намочить платок? Объясните свои ответы с точки зрения физических законов.

Начал Иван — солдатский сын биться смертным боем со Змеем Горынычем. Он так быстро и сильно махал своей саблей, что она докрасна раскалилась, нельзя в руках держать! Взмолился Иван царевне: «Спасай меня, красна девица! Сними с себя дорогой платочек, помочи в синем море и дай обернуть саблю».

Решение.

Определите причину нагрева сабли. Причиной нагрева сабли является совершение механической работы против силы сопротивления воздуха. Когда Иван быстро и сильно махал саблей, он преодолевал сопротивление воздуха. Согласно закону сохранения энергии, механическая работа, совершаемая против сил трения (в данном случае, сопротивления воздуха), переходит во внутреннюю энергию. Таким образом, механическая энергия движения сабли превращалась в тепловую, что привело к её сильному нагреву, вплоть до раскаления докрасна. Работа $\text{A}$, совершаемая против силы сопротивления $F_{сопр}$ на пути $\text{s}$, переходит в количество теплоты $\text{Q}$: $Q = A = F_{сопр} \cdot s$.

Ответ: Причиной нагрева сабли является переход механической работы, совершаемой против силы сопротивления воздуха, во внутреннюю (тепловую) энергию сабли.

Благодаря какому явлению её горячо было держать в руках? Держать саблю было горячо благодаря явлению теплопроводности. Сабля сделана из металла, а металлы являются хорошими проводниками тепла. Тепловая энергия от раскалённого лезвия передавалась по всей длине сабли, включая её рукоять, путём теплопроводности. Это процесс передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счёт теплового движения и взаимодействия частиц. Когда Иван касался горячей рукояти, тепло таким же образом передавалось его руке, вызывая ощущение жара.

Ответ: Саблю было горячо держать в руках благодаря явлению теплопроводности.

Прав ли был Иван, прося царицу намочить платок? Да, с точки зрения физики Иван был абсолютно прав. Мокрый платок — эффективное средство для быстрого охлаждения горячего предмета. Охлаждение происходит за счёт двух процессов. Во-первых, при контакте платка с саблей происходит теплообмен, и часть тепла от сабли переходит к воде, нагревая её. Во-вторых, что более важно, вода на горячей сабле начинает интенсивно испаряться. Испарение — это процесс парообразования, который требует большого количества энергии. Эта энергия (теплота парообразования) забирается у горячей сабли, что приводит к её очень быстрому и эффективному охлаждению. Количество теплоты, отданное саблей при испарении воды массой $\text{m}$, равно $Q = L \cdot m$, где $\text{L}$ — удельная теплота парообразования воды, имеющая очень большое значение.

Ответ: Да, Иван был прав, так как испарение воды с поверхности горячей сабли — очень эффективный способ её охлаждения.

Объясните свои ответы с точки зрения физических законов. Все описанные в сказке явления объясняются фундаментальными физическими законами и явлениями:
1. Нагрев сабли: Закон сохранения энергии. Механическая работа, совершаемая против сил трения (сопротивления воздуха), преобразуется в тепловую энергию, увеличивая внутреннюю энергию сабли и её температуру.
2. Ощущение жара в руках: Явление теплопроводности. Энергия в виде тепла передаётся от раскалённого лезвия к рукояти через материал сабли, а затем к руке при контакте.
3. Охлаждение платком: Явления теплопередачи и фазового перехода (испарения). Тепло от сабли передаётся воде, которая затем испаряется. Процесс испарения требует поглощения большого количества энергии (теплоты парообразования) от сабли, что и вызывает её резкое охлаждение.

Ответ: Нагрев сабли объясняется законом сохранения энергии, передача тепла руке — явлением теплопроводности, а охлаждение мокрым платком — процессами теплопередачи и испарения (фазового перехода).