Номер 1.21, страница 6 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.21, страница 6.

Условие.

1.21. Если ударить молотком по стальной плите, то молоток отскочит, а если тем же молотком ударить по куску свинца, то молоток не отскочит. Какому металлу при ударе передается больше энергии? Кинетическую энергию молотка перед ударом считайте в обоих случаях одинаковой.

Решение.

Дано:

Случай 1: Удар молотком по стальной плите, молоток отскакивает.

Случай 2: Удар молотком по куску свинца, молоток не отскакивает (останавливается).

Начальная кинетическая энергия молотка перед ударом $E_{к1}$ в обоих случаях одинакова.

Найти:

Какому металлу (стали или свинцу) передается больше энергии $\Delta E$?

Решение:

Энергия, которую молоток передает металлу при ударе, равна изменению кинетической энергии самого молотка. Это следует из закона сохранения энергии. Обозначим начальную кинетическую энергию молотка как $E_{к1}$, а конечную кинетическую энергию после удара — как $E_{к2}$. Тогда переданная металлу энергия $\Delta E$ равна разности начальной и конечной кинетических энергий молотка:

$\Delta E = E_{к1} - E_{к2}$

Рассмотрим оба случая отдельно.

1. Удар по стальной плите.

В этом случае молоток отскакивает. Это значит, что после столкновения он имеет некоторую скорость, а следовательно, и ненулевую кинетическую энергию. Обозначим ее $E_{к2, сталь}$. Так как молоток движется, то $E_{к2, сталь} > 0$. Такой удар является упругим или близким к упругому. Энергия, переданная стальной плите, будет равна:

$\Delta E_{сталь} = E_{к1} - E_{к2, сталь}$

2. Удар по куску свинца.

В этом случае молоток не отскакивает, то есть его скорость после удара становится равной нулю. Следовательно, его конечная кинетическая энергия $E_{к2, свинец}$ также равна нулю: $E_{к2, свинец} = 0$. Такой удар является неупругим. Вся кинетическая энергия молотка переходит в другие виды энергии, в основном на пластическую деформацию свинца и его нагрев. Энергия, переданная свинцу, равна:

$\Delta E_{свинец} = E_{к1} - E_{к2, свинец} = E_{к1} - 0 = E_{к1}$

Теперь сравним энергию, переданную каждому из металлов.

$\Delta E_{свинец} = E_{к1}$

$\Delta E_{сталь} = E_{к1} - E_{к2, сталь}$

Поскольку $E_{к2, сталь} > 0$, то величина $E_{к1} - E_{к2, сталь}$ будет меньше, чем $E_{к1}$. Таким образом, мы можем сделать вывод, что:

$\Delta E_{свинец} > \Delta E_{сталь}$

Свинцу передается больше энергии, так как он пластически деформируется, поглощая всю кинетическую энергию молотка. Сталь же является упругим материалом, и большая часть энергии возвращается молотку в виде его собственной кинетической энергии после отскока.

Ответ: Больше энергии при ударе передается свинцу.