Номер 4, страница 14 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-6. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах - номер 4, страница 14.

Условие.

4. Почему автобусам, работающим с частыми остановками, увеличиваются нормы расхода горючего? Какие превращения энергии происходят при торможении автобуса?

Решение.

Почему автобусам, работающим с частыми остановками, увеличиваются нормы расхода горючего?

Увеличение норм расхода горючего для автобусов, работающих в режиме с частыми остановками (так называемый "городской цикл"), объясняется фундаментальными законами физики, в частности, понятиями работы, энергии и инерции.

1. Разгон. Для того чтобы начать движение с места и набрать необходимую скорость, двигателю автобуса требуется совершить значительную работу. Эта работа идет на преодоление инерции массивного транспортного средства и на сообщение ему кинетической энергии, которая рассчитывается по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса автобуса, а $\text{v}$ — его скорость. Процесс разгона является наиболее энергозатратным и требует интенсивного сжигания топлива.

2. Торможение. При каждой остановке вся накопленная в процессе разгона кинетическая энергия должна быть погашена. В стандартных тормозных системах это происходит за счет работы сил трения (например, между тормозными колодками и дисками). В результате этого трения вся кинетическая энергия, на получение которой было затрачено топливо, преобразуется в тепловую энергию и бесполезно рассеивается в окружающую среду.

3. Цикличность. Городской автобус постоянно повторяет этот энергетически крайне неэффективный цикл "разгон-торможение". Он тратит большое количество топлива, чтобы набрать скорость, а затем через короткий промежуток времени полностью теряет эту энергию при торможении на следующей остановке. В отличие от этого, автобус, движущийся по загородной трассе, большую часть времени едет с постоянной скоростью, и двигателю нужно лишь преодолевать силы сопротивления воздуха и трения качения, что требует значительно меньшего расхода топлива.

Таким образом, частые остановки приводят к постоянной и непроизводительной трате энергии, полученной от сжигания топлива, что и является причиной установления для таких автобусов повышенных норм его расхода.

Ответ: Нормы расхода горючего увеличиваются потому, что при режиме движения с частыми остановками двигатель постоянно совершает большую работу по разгону массивного автобуса, а затем вся приобретенная кинетическая энергия бесполезно рассеивается в виде тепла при торможении. Этот повторяющийся цикл "разгон–торможение" энергетически очень неэффективен по сравнению с равномерным движением.

Какие превращения энергии происходят при торможении автобуса?

При торможении автобуса его кинетическая энергия (энергия движения) преобразуется в другие виды энергии. Конкретный вид преобразования зависит от типа тормозной системы.

В наиболее распространенной фрикционной тормозной системе происходят следующие превращения:
Основное превращение — это переход кинетической энергии автобуса ($E_k$) во внутреннюю (тепловую) энергию. Это происходит за счет работы сил трения между тормозными колодками и тормозными дисками (или барабанами). В результате этого тормозные механизмы и колеса сильно нагреваются, и это тепло затем рассеивается в окружающую среду.
Таким образом, главная цепочка преобразования выглядит так:
Кинетическая энергия → Внутренняя (тепловая) энергия

Кроме того, происходят и незначительные побочные преобразования. Часть кинетической энергии может превращаться в:

• Звуковую энергию (скрип тормозов).
• Световую энергию (если тормозные диски раскаляются докрасна при экстренном торможении).

В современных гибридных и электрических автобусах также применяется система рекуперативного торможения. В этом случае происходит другое преобразование: кинетическая энергия движения через трансмиссию заставляет электромотор работать в режиме генератора, превращаясь в электрическую энергию, которая запасается в аккумуляторах для дальнейшего использования.

Ответ: При торможении автобуса его кинетическая энергия в основном преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию за счет работы сил трения в тормозных механизмах. Эта тепловая энергия затем рассеивается в окружающую среду.