Номер 6, страница 21, 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 6, страница 21.

Условие.

6. Сосулька массой $m = 150$ г падает в сугроб с высоты $h = 45$ м. Определите изменение внутренней энергии термодинамической системы, состоящей из сосульки и сугроба.

Ответ: ________.

Решение.

Дано:

$m = 150 \text{ г}$

$h = 45 \text{ м}$

Примем ускорение свободного падения $g \approx 10 \text{ м/с}^2$

Перевод в систему СИ:

$m = 150 \text{ г} = 0.15 \text{ кг}$

Найти:

$\Delta U$

Решение:

Рассмотрим термодинамическую систему, состоящую из сосульки и сугроба. В начальный момент времени, когда сосулька находится на высоте $\text{h}$, она обладает потенциальной энергией $E_p$ относительно поверхности сугроба. Будем считать начальную скорость сосульки равной нулю.

Потенциальная энергия вычисляется по формуле:

$E_p = mgh$

В процессе падения потенциальная энергия переходит в кинетическую. Когда сосулька попадает в сугроб и останавливается, вся ее механическая энергия (которая в момент перед ударом равна начальной потенциальной энергии) в результате неупругого взаимодействия и трения переходит во внутреннюю энергию системы "сосулька-сугроб".

Согласно закону сохранения энергии, изменение внутренней энергии системы $\Delta U$ равно убыли ее механической энергии. Так как в конечном состоянии сосулька покоится в сугробе (на нулевой высоте), ее механическая энергия равна нулю. Следовательно, изменение внутренней энергии равно начальной потенциальной энергии сосульки:

$\Delta U = E_p = mgh$

Выполним расчет:

$\Delta U = 0.15 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 \cdot 45 \, \text{м} = 67.5 \, \text{Дж}$

Ответ: изменение внутренней энергии системы составляет $67.5 \, \text{Дж}$.