Номер 170, 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 170, страница 30.

Условие.

170. Кинетическая и потенциальная энергия автомобиля, движущегося по горизонтальному пути с постоянной скоростью, остается неизменной. На что тогда расходуется энергия сжигаемого топлива?

Решение.

Поскольку автомобиль движется с постоянной скоростью, его кинетическая энергия, определяемая формулой $E_к = \frac{mv^2}{2}$, остается неизменной. Так как движение происходит по горизонтальному пути, высота автомобиля над землей не меняется, и его потенциальная энергия $E_п = mgh$ также постоянна. Следовательно, полная механическая энергия автомобиля, равная сумме кинетической и потенциальной энергий, не изменяется.

Согласно первому закону Ньютона, если тело движется с постоянной скоростью (равномерно и прямолинейно), то векторная сумма всех действующих на него сил равна нулю. Это означает, что сила тяги, создаваемая двигателем автомобиля, в точности уравновешивает сумму всех сил сопротивления, действующих в противоположном направлении. К этим силам относятся в первую очередь сила трения качения колес о дорогу и сила сопротивления воздуха.

Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется двигателем в механическую работу. Эта работа совершается силой тяги для преодоления сил сопротивления. Работа, совершаемая против диссипативных сил, таких как трение и сопротивление воздуха, приводит к преобразованию энергии в тепло. Таким образом, энергия топлива расходуется не на увеличение механической энергии автомобиля, а на компенсацию потерь энергии.

Конкретно, энергия сжигаемого топлива расходуется на следующие процессы:
1. Совершение работы против сил трения (трение качения шин о дорогу, трение в подшипниках и других механизмах автомобиля). Эта работа приводит к нагреву соответствующих деталей и дорожного полотна.
2. Совершение работы против силы сопротивления воздуха. Эта энергия идет на приведение в движение и нагрев воздуха, обтекающего автомобиль.
3. Значительная часть энергии топлива (у современных ДВС — более 60-70%) не преобразуется в полезную работу из-за неидеального коэффициента полезного действия (КПД) двигателя. Эта энергия рассеивается в виде тепла через систему охлаждения и с выхлопными газами, нагревая окружающую среду.

Ответ: Энергия сжигаемого топлива расходуется на совершение работы против сил сопротивления движению (трения и сопротивления воздуха), а также на компенсацию тепловых потерь в самом двигателе из-за его неидеального КПД. В конечном итоге вся эта энергия переходит во внутреннюю энергию (тепло) и рассеивается в окружающей среде.