Номер 1.9, страница 4 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.9, страница 4.

Условие.

1.9. Как изменяется внутренняя и механическая энергия хоккейной шайбы:

а) когда ее выносят из теплой комнаты на мороз;

б) когда самолет, на котором перевозят шайбу (вместе с хоккейной командой), разгоняется на взлетной полосе;

в) когда самолет набирает высоту;

г) когда по шайбе бьют клюшкой?

Решение.

а) когда ее выносят из теплой комнаты на мороз; Внутренняя энергия тела напрямую зависит от его температуры. Когда шайбу перемещают из теплого помещения в холодное, происходит теплообмен с окружающей средой. Шайба отдает тепло, ее температура понижается до тех пор, пока не сравняется с температурой на улице. Снижение температуры означает уменьшение средней кинетической энергии хаотического движения частиц, из которых состоит шайба. Следовательно, ее внутренняя энергия уменьшается. Механическая энергия, равная сумме кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергий, при этом не изменяется, так как скорость шайбы и ее высота относительно выбранного нулевого уровня остаются постоянными (предполагается, что шайбу просто вынесли и держат неподвижно). Ответ: внутренняя энергия уменьшается, механическая энергия не изменяется.

б) когда самолет, на котором перевозят шайбу (вместе с хоккейной командой), разгоняется на взлетной полосе; Будем считать, что температура внутри салона самолета поддерживается постоянной, поэтому температура шайбы, а значит и ее внутренняя энергия, не изменяются. Механическую энергию будем рассматривать относительно поверхности Земли. Во время разгона на взлетной полосе скорость самолета (и находящейся в нем шайбы) увеличивается от нуля до некоторой взлетной скорости $\text{v}$. Кинетическая энергия шайбы, вычисляемая по формуле $E_к = \frac{1}{2}mv^2$, увеличивается, так как растет скорость. Высота над землей при этом остается практически неизменной, поэтому потенциальная энергия $E_п = mgh$ не меняется. Полная механическая энергия $E_{мех} = E_к + E_п$ увеличивается за счет увеличения кинетической энергии. Ответ: внутренняя энергия не изменяется, механическая энергия увеличивается.

в) когда самолет набирает высоту; Аналогично предыдущему пункту, будем считать, что внутренняя энергия шайбы не изменяется, так как температура в самолете поддерживается постоянной. При наборе высоты самолет поднимается над землей, то есть увеличивается его высота $\text{h}$. Это приводит к увеличению потенциальной энергии шайбы, которая рассчитывается по формуле $E_п = mgh$. Кинетическая энергия при этом может оставаться постоянной (при наборе высоты с постоянной скоростью) или также увеличиваться. Поскольку потенциальная энергия растет, полная механическая энергия шайбы $E_{мех} = E_к + E_п$ также увеличивается. Ответ: внутренняя энергия не изменяется, механическая энергия увеличивается.

г) когда по шайбе бьют клюшкой? Удар клюшки по шайбе является примером неупругого удара. В процессе такого взаимодействия часть механической работы, совершенной клюшкой, идет на увеличение кинетической энергии шайбы, а другая часть превращается во внутреннюю энергию из-за деформации шайбы и трения. Нагрев шайбы в точке удара свидетельствует об увеличении ее внутренней энергии. Механическая энергия шайбы также увеличивается. До удара шайба покоилась, и ее кинетическая энергия была равна нулю. После удара она приобретает скорость, и ее кинетическая энергия $E_к = \frac{1}{2}mv^2$ становится больше нуля. Так как высота шайбы не меняется, ее потенциальная энергия остается постоянной. Следовательно, ее полная механическая энергия увеличивается. Ответ: внутренняя и механическая энергии увеличиваются.