Опыт 1, страница 17 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Опыт 1. Возьмите монету в 100 тенге и энергично потрите ее о поверхность стола. Менее чем через минуту вы почувствуете, что она нагрелась, ее внутренняя энергия увеличилась.

Опыт 1.

В описанном опыте наблюдается преобразование механической энергии во внутреннюю энергию. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Когда мы трём монету о поверхность стола, мы прикладываем силу и перемещаем монету, то есть совершаем механическую работу. Эта работа совершается против силы трения скольжения, которая возникает на границе соприкосновения монеты и стола.

Сила трения не является консервативной силой. Это означает, что работа, совершённая против силы трения, не запасается в виде потенциальной энергии, а рассеивается, переходя в другие формы энергии. В данном случае, механическая энергия, затраченная на преодоление трения, преобразуется в тепловую энергию.

Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии хаотического (теплового) движения составляющих его частиц (атомов, молекул, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Процесс трения на микроуровне — это многочисленные столкновения и зацепления микронеровностей поверхностей монеты и стола. Совершаемая работа приводит к усилению колебаний атомов в кристаллических решётках монеты и стола. Увеличение средней кинетической энергии этих колебаний и есть то, что мы макроскопически воспринимаем как повышение температуры, то есть нагрев.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы $ \Delta U $ равно сумме количества теплоты $ Q $, подведенного к системе, и работы $ A' $, совершенной над системой внешними силами: $ \Delta U = Q + A' $

В данном опыте теплообмен с окружающей средой изначально отсутствует ($Q=0$), а над монетой совершается работа силой трения $ A'_{трения} $. Эта работа положительна, так как сила трения, действующая на монету со стороны стола, направлена в сторону движения (в системе отсчета, связанной с рукой), или же можно рассматривать работу внешних сил, которая идет на преодоление трения. В любом случае, эта работа приводит к увеличению внутренней энергии: $ \Delta U = A'_{трения} > 0 $. Следовательно, внутренняя энергия монеты увеличивается, что и проявляется в её нагревании.

Ответ: Увеличение внутренней энергии монеты происходит за счёт совершения механической работы против силы трения. Эта работа преобразуется во внутреннюю энергию монеты (и стола), что приводит к увеличению кинетической энергии хаотического движения частиц вещества и, как следствие, к повышению температуры.