Номер 12, страница 6 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-2. Температура. Внутренняя энергия - номер 12, страница 6.

Условие.

12. Почему после сильного шторма вода в море становится теплее?

Решение.

Повышение температуры воды в море после сильного шторма объясняется двумя основными физическими процессами: перемешиванием водных слоев и преобразованием механической энергии в тепловую.

Перемешивание водных слоев

В спокойном состоянии вода в море, как правило, имеет температурную стратификацию, то есть состоит из слоев с разной температурой. В зависимости от времени года этот профиль может быть разным. Осенью или в начале зимы поверхность воды может быстро остывать из-за контакта с холодным воздухом, в то время как более глубокие слои еще сохраняют накопленное за лето тепло. В такой ситуации верхний слой воды оказывается холоднее, чем вода на некоторой глубине. Сильный шторм вызывает интенсивное вертикальное перемешивание, в результате которого более теплые глубинные воды поднимаются наверх. Это приводит к повышению средней температуры поверхностного слоя, где это изменение наиболее заметно.

Преобразование механической энергии в тепловую

Шторм передает воде огромную механическую энергию. Ветер создает волны и течения, сообщая воде кинетическую энергию. Эта энергия не исчезает, а из-за вязкости (внутреннего трения) воды постепенно переходит во внутреннюю энергию. Происходит диссипация энергии: механическая работа сил трения между движущимися слоями воды преобразуется в тепло. Этот процесс можно описать соотношением $W \rightarrow \Delta U$, где $\text{W}$ – механическая работа, а $\Delta U$ – изменение внутренней энергии. Увеличение внутренней энергии макроскопически проявляется как повышение температуры. Учитывая колоссальную энергию шторма, этот "прямой нагрев" может быть весьма существенным.

Таким образом, сочетание этих двух факторов – подъема более теплых глубинных вод (в определенные сезоны) и прямого нагрева за счет трения – приводит к тому, что после сильного шторма вода в море становится теплее.

Ответ: Вода в море после сильного шторма становится теплее в основном по двум причинам. Во-первых, шторм перемешивает слои воды. Если поверхностный слой холоднее глубинных (что характерно для осени), шторм поднимает теплую воду наверх, и температура у поверхности повышается. Во-вторых, огромная механическая энергия шторма из-за внутреннего трения в воде преобразуется в тепловую энергию, напрямую нагревая воду.