Номер 37, страница 8 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия и способы её изменения - номер 37, страница 8.

Условие.

37. Мяч, надутый воздухом, падает с балкона. Сопротивлением воздуха можно пренебречь. Что происходит с механической и внутренней энергией воздуха в мяче?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

Рис. 1

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Механическая энергия воздуха в мячеВнутренняя энергия воздуха в мяче

Решение.

Решение

Для решения задачи проанализируем, как изменяются механическая и внутренняя энергии воздуха, находящегося внутри падающего мяча.

Механическая энергия воздуха в мяче

Полная механическая энергия $E_{мех}$ является суммой кинетической энергии $E_к$ (энергии движения) и потенциальной энергии $E_п$ (энергии положения). Для воздуха внутри мяча: $E_{мех} = E_к + E_п = \frac{mv^2}{2} + mgh$.

Когда мяч падает с балкона, его высота $\text{h}$ над землёй уменьшается, что приводит к уменьшению потенциальной энергии воздуха. В то же время, скорость падения мяча $\text{v}$ возрастает, что приводит к увеличению его кинетической энергии.

В задаче указано, что сопротивлением воздуха можно пренебречь. Это означает, что на систему (мяч и воздух внутри него) не действуют силы трения, и полная механическая энергия системы сохраняется. Уменьшение потенциальной энергии полностью преобразуется в увеличение кинетической энергии, поэтому их сумма остаётся неизменной в процессе падения.

Таким образом, механическая энергия воздуха в мяче не изменяется.

Ответ: 3.

Внутренняя энергия воздуха в мяче

Внутренняя энергия идеального газа (моделью которого мы считаем воздух) напрямую зависит от его температуры. Изменение внутренней энергии $\Delta U$ определяется первым законом термодинамики: $\Delta U = Q + A'$, где $\text{Q}$ — количество теплоты, переданное газу, а $A'$ — работа, совершённая над газом.

Поскольку падение происходит быстро, можно предположить, что значительного теплообмена с окружающей средой не происходит, то есть количество теплоты $Q \approx 0$.

Работа совершается над газом или самим газом только при изменении его объёма. В условии задачи нет информации об изменении формы или объёма мяча во время падения. Следовательно, мы можем считать объём воздуха внутри мяча постоянным. При постоянном объёме работа не совершается, $A' = 0$.

Поскольку и теплообмен, и работа отсутствуют ($Q=0$ и $A'=0$), изменение внутренней энергии равно нулю: $\Delta U = 0$. Это означает, что внутренняя энергия, а значит и температура воздуха в мяче, не изменяется.

Ответ: 3.

Запишем выбранные цифры в таблицу:

Механическая энергия воздуха в мяче	Внутренняя энергия воздуха в мяче
3	3