Номер 164, страница 30 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах - номер 164, страница 30.

Условие.

164. Почему можно обжечь ладони, если быстро скользить вниз по канату на руках? Какие превращения и переходы энергии при этом происходят?

Решение.

При быстром скольжении вниз по канату можно обжечь ладони из-за действия силы трения. Когда ладони скользят по поверхности каната, возникает сила трения скольжения, направленная в сторону, противоположную движению. Эта сила совершает работу, которая, в соответствии с законом сохранения энергии, приводит к выделению большого количества теплоты.

Работа силы трения $A_{тр}$ вычисляется как произведение модуля силы трения $F_{тр}$ на пройденный путь $\text{s}$:
$A_{тр} = F_{тр} \cdot s$
Эта работа полностью переходит во внутреннюю энергию ладоней и каната, вызывая их нагрев. Количество выделившейся теплоты $\text{Q}$ равно совершенной работе: $Q = A_{тр}$.

Если скольжение происходит быстро, то за короткий промежуток времени выделяется значительное количество теплоты. Это приводит к резкому повышению температуры поверхности ладоней, что и вызывает термический ожог.

Какие превращения и переходы энергии при этом происходят?
Во время спуска по канату происходят следующие преобразования энергии:
1. Уменьшается потенциальная энергия человека ($E_p = mgh$), поскольку уменьшается его высота $\text{h}$ над поверхностью земли.
2. Убыль потенциальной энергии преобразуется в два других вида энергии:
а) в кинетическую энергию ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$), так как тело движется и его скорость $\text{v}$ увеличивается.
б) во внутреннюю энергию ладоней и каната. Это происходит из-за работы силы трения и проявляется в виде выделения теплоты $\text{Q}$.

Таким образом, происходит переход потенциальной энергии в кинетическую и внутреннюю (тепловую). В соответствии с законом сохранения энергии, изменение полной механической энергии системы равно работе сил трения, то есть выделившейся теплоте.

Ответ: Ладони можно обжечь из-за интенсивного выделения теплоты при совершении работы силой трения скольжения между ладонями и канатом. При этом потенциальная энергия человека, обусловленная его высотой, превращается в кинетическую энергию его движения и во внутреннюю (тепловую) энергию ладоней и каната.