Номер 11, страница 22, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 2. Основы термодинамики. Параграф 8. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате совершения работы - номер 11, страница 22.

Условие.

11*. Упавший на пол с высоты 5 м мяч массой 0,6 кг в результате отскока поднялся вертикально вверх на высоту 3 м. Оцените изменение внутренней энергии системы «мяч – пол», произошедшее в результате удара мяча о пол. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Ответ: ________.

Решение.

Дано:

$h_1 = 5$ м (начальная высота)

$m = 0,6$ кг (масса мяча)

$h_2 = 3$ м (высота после отскока)

$g \approx 10$ Н/кг (ускорение свободного падения)

Найти:

$\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы «мяч – пол».

Решение:

Изменение внутренней энергии системы «мяч – пол» происходит за счет потери механической энергии мяча во время его неупругого удара о пол. Поскольку сопротивлением воздуха можно пренебречь, полная механическая энергия мяча сохраняется во время его падения и подъема, но не во время самого удара.

1. Начальная механическая энергия мяча. В начальный момент времени мяч находится на высоте $h_1$ и покоится. Его полная механическая энергия $E_1$ равна его потенциальной энергии относительно пола (уровень пола принимаем за нулевой уровень потенциальной энергии).

$E_1 = E_{p1} = mgh_1$

2. Конечная механическая энергия мяча. После отскока мяч поднимается на максимальную высоту $h_2$, где его скорость становится равной нулю. Его полная механическая энергия $E_2$ в этот момент снова равна его потенциальной энергии.

$E_2 = E_{p2} = mgh_2$

3. Изменение внутренней энергии. Согласно закону сохранения энергии, потеря механической энергии мяча ($\Delta E_{мех}$) в результате удара переходит в другие виды энергии, в данном случае — во внутреннюю энергию системы «мяч – пол» ($\Delta U$). Это проявляется в виде нагрева мяча и пола, а также звука удара.

$\Delta U = \Delta E_{мех} = E_1 - E_2$

Подставляя выражения для $E_1$ и $E_2$, получаем:

$\Delta U = mgh_1 - mgh_2 = mg(h_1 - h_2)$

Теперь подставим числовые значения и произведем расчет:

$\Delta U = 0,6 \text{ кг} \cdot 10 \frac{\text{Н}}{\text{кг}} \cdot (5 \text{ м} - 3 \text{ м})$

$\Delta U = 6 \text{ Н} \cdot 2 \text{ м}$

$\Delta U = 12 \text{ Дж}$

Ответ: изменение внутренней энергии системы «мяч – пол» составило 12 Дж.