Номер 14.10, страница 35 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Тепловые явления - номер 14.10, страница 35.

Условие.

Задание 14.10. Приведите примеры процессов, происходящих в изолированной системе тел, при которых её механическая энергия переходит во внутреннюю энергию.

Решение.

В изолированной системе тел её полная энергия остаётся постоянной (закон сохранения энергии). Однако механическая энергия, которая является суммой кинетической ($E_k$) и потенциальной ($E_p$) энергий, может не сохраняться, если в системе действуют неконсервативные силы, такие как сила трения или силы сопротивления. В таких процессах механическая энергия переходит во внутреннюю энергию ($\text{U}$) тел системы, что обычно проявляется в их нагревании. Величина изменения внутренней энергии системы равна работе всех неконсервативных сил: $\Delta U = - \Delta E_{мех}$.

Ниже приведены примеры таких процессов.

Пример 1: Неупругое столкновение

Рассмотрим систему из двух пластилиновых шаров, летящих навстречу друг другу в вакууме. Эту систему можно считать изолированной. До столкновения каждый шар обладает кинетической энергией. В момент столкновения шары деформируются и слипаются в один комок. В результате абсолютно неупругого удара часть начальной кинетической энергии системы переходит во внутреннюю энергию: шары нагреваются. Механическая энергия системы уменьшается, а внутренняя — увеличивается на ту же величину.

Пример 2: Торможение тела силой трения

Представим себе брусок, скользящий по горизонтальной поверхности до полной остановки. Если считать систему «брусок + поверхность» изолированной (например, они находятся в термосе), то можно наблюдать переход механической энергии во внутреннюю. Начальная кинетическая энергия бруска полностью переходит во внутреннюю энергию бруска и поверхности из-за работы силы трения. В результате и брусок, и поверхность, по которой он скользил, нагреваются. Полная энергия системы при этом сохраняется.

Пример 3: Падение тела на поверхность

Свинцовый шар падает на свинцовую плиту. Систему «шар + плита + Земля» считаем изолированной. В начальный момент шар обладает потенциальной энергией. При падении она переходит в кинетическую. В момент удара о плиту происходит неупругая деформация, и шар останавливается. Вся механическая энергия, которой обладал шар непосредственно перед ударом, переходит во внутреннюю энергию шара и плиты, что приводит к их значительному нагреву.

Пример 4: Затухание колебаний маятника

Колебания математического или пружинного маятника в реальных условиях всегда затухают. Если рассматривать маятник и окружающую среду (воздух, точку подвеса) как изолированную систему, то причиной затухания является сила сопротивления воздуха и трение в точке подвеса. Начальная механическая энергия маятника постепенно расходуется на совершение работы против этих сил, что приводит к увеличению внутренней энергии воздуха, элементов подвеса и самого маятника.

Ответ: Примерами процессов в изолированной системе, при которых механическая энергия переходит во внутреннюю, являются: неупругое столкновение тел (например, слипание пластилиновых шаров), торможение тела за счёт силы трения, неупругий удар падающего тела о поверхность, затухание механических колебаний из-за трения и сопротивления среды.