Номер 13, страница 11 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-4. Количество теплоты - номер 13, страница 11.

Условие.

13. Почему тормозные колодки самолётов делают из материалов с высокой температурой плавления и большой удельной теплоёмкостью?

Решение.

Решение:

При торможении самолёта, особенно во время посадки, его огромная кинетическая энергия ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$) за счёт работы силы трения преобразуется в тепловую энергию. Так как масса ($\text{m}$) и скорость ($\text{v}$) самолёта очень велики, при торможении выделяется колоссальное количество теплоты ($\text{Q}$), которое раскаляет тормозные колодки и диски до очень высоких температур. Чтобы тормозная система работала надёжно в таких экстремальных условиях, материалы, из которых она изготовлена, должны обладать особыми свойствами.

Высокая температура плавления

Это свойство необходимо для того, чтобы тормозные колодки не расплавились и не разрушились от сильного нагрева. Во время интенсивного торможения температура может достигать 1500 °C и более. Материалы с низкой температурой плавления в таких условиях просто потеряли бы свою твёрдую форму и прочность, что привело бы к полному отказу тормозов. Использование материалов, выдерживающих экстремально высокие температуры (например, углерод-углеродных композитов), гарантирует сохранение структурной целостности и работоспособности тормозной системы.

Большая удельная теплоёмкость

Это свойство важно, так как удельная теплоёмкость ($\text{c}$) определяет, как сильно изменится температура тела ($\Delta T$) при получении им определённого количества теплоты ($\text{Q}$). Эта зависимость выражается формулой: $\Delta T = \frac{Q}{cm}$, где $\text{m}$ — масса тела. Из формулы следует, что чем выше удельная теплоёмкость ($\text{c}$) материала, тем меньше он нагреется при поглощении того же количества тепла. Таким образом, материал с большой удельной теплоёмкостью способен поглотить большое количество тепловой энергии без катастрофического роста температуры. Это предотвращает перегрев, снижает риск потери эффективности торможения (так называемого "фейдинга", когда коэффициент трения падает из-за высокой температуры) и защищает от теплового повреждения другие элементы шасси, например, шины.

Ответ: Тормозные колодки самолётов изготавливают из материалов с высокой температурой плавления, чтобы они не расплавились и не разрушились под действием огромного количества тепла, выделяющегося при трении. Большая удельная теплоёмкость позволяет материалу колодок поглощать это тепло, нагреваясь при этом на меньшую температуру, что обеспечивает стабильную работу тормозов, предотвращает их перегрев и выход из строя.