Вариант 2, страница 62 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-1. Внутренняя энергия - страница 62.

Условие.

Вариант 3

1. Два одинаковых стальных шарика упали с одной и той же высоты. Первый упал на глину, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. У какого из шариков больше изменилась внутренняя энергия?

2. Почему наружные части сверхзвуковых самолётов приходится охлаждать при помощи специальных аппаратов?

3. Как и каким способом изменяется внутренняя энергия пилы при распиливании бревна?

Решение.

1. Внутренняя энергия больше изменилась у первого шарика, который упал на глину. Рассмотрим оба случая с точки зрения закона сохранения энергии. Оба шарика изначально находятся на одной и той же высоте $\text{h}$ и обладают одинаковой начальной потенциальной энергией $E_p = mgh$, где $\text{m}$ - масса шарика, $\text{g}$ - ускорение свободного падения. В момент перед ударом вся потенциальная энергия переходит в кинетическую, и оба шарика имеют одинаковую механическую энергию, равную $mgh$.
Первый шарик падает на глину и останавливается. Это пример неупругого удара. Вся его механическая энергия ($mgh$) переходит во внутреннюю энергию шарика и глины, вызывая их нагрев. Таким образом, изменение внутренней энергии системы "шарик-глина" составляет $\Delta U_1 = mgh$.
Второй шарик ударяется о камень и отскакивает на высоту $h'$. Это частично упругий удар. После отскока шарик обладает механической энергией (потенциальной), равной $mgh'$. Часть начальной механической энергии ($mgh - mgh'$) перешла во внутреннюю энергию шарика и камня. Таким образом, изменение внутренней энергии системы "шарик-камень" составляет $\Delta U_2 = mgh - mgh'$.
Поскольку шарик отскочил, высота $h' > 0$. Сравнивая изменения внутренней энергии, получаем, что $\Delta U_1 = mgh$, а $\Delta U_2 = mgh - mgh'$. Очевидно, что $mgh > mgh - mgh'$, следовательно, $\Delta U_1 > \Delta U_2$.
Ответ: Внутренняя энергия больше изменилась у первого шарика, упавшего на глину, так как вся его механическая энергия превратилась во внутреннюю, в то время как у второго шарика часть механической энергии сохранилась в виде потенциальной энергии после отскока.

2. Наружные части сверхзвуковых самолётов приходится охлаждать из-за явления, называемого аэродинамическим нагревом. При движении на сверхзвуковых скоростях (скоростях, превышающих скорость звука) самолёт очень сильно сжимает воздух перед собой. Этот процесс сжатия, а также трение слоёв воздуха о поверхность самолёта, приводит к резкому повышению температуры воздуха, обтекающего корпус. Температура обшивки может достигать нескольких сотен или даже тысяч градусов Цельсия. Такой сильный нагрев может привести к потере прочности материалов, из которых сделан самолёт, их деформации или даже разрушению. Для предотвращения этого и обеспечения безопасности полёта применяют специальные системы охлаждения (например, циркуляцию топлива под обшивкой) и используют жаропрочные материалы (титановые сплавы, композиты).
Ответ: Наружные части сверхзвуковых самолётов необходимо охлаждать из-за их сильного нагрева в результате трения о воздух и его сжатия на высоких скоростях полёта.

3. При распиливании бревна внутренняя энергия пилы увеличивается. Это проявляется в том, что пила нагревается.
Изменение внутренней энергии происходит способом совершения механической работы. В процессе пиления зубья пилы движутся сквозь древесину, преодолевая силу трения. Работа, совершаемая для преодоления этой силы трения, приводит к преобразованию механической энергии в тепловую (внутреннюю) энергию. Эта энергия распределяется между пилой и бревном (и опилками), вызывая их нагрев. Таким образом, внутренняя энергия пилы увеличивается за счёт работы сил трения.
Ответ: Внутренняя энергия пилы увеличивается за счёт совершения механической работы против сил трения, которая преобразуется в теплоту.