Номер 6, страница 18 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

6. Ведро воды подняли на высоту 20 м. Как изменилась механическая и внутренняя энергия воды? Ответ обоснуйте.

6. Дано:

Высота подъема, $h = 20$ м

Найти:

Изменение механической энергии воды, $\Delta E_м$ - ?
Изменение внутренней энергии воды, $\Delta U$ - ?

Решение:

Рассмотрим изменение каждого вида энергии по отдельности.

1. Механическая энергия.
Полная механическая энергия ($E_м$) является суммой кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергий: $E_м = E_к + E_п$.
Потенциальная энергия тела, поднятого на высоту $h$ над поверхностью Земли, рассчитывается по формуле $E_п = mgh$, где $m$ - масса тела, а $g$ - ускорение свободного падения.
При подъеме ведра с водой на высоту $h = 20$ м, его высота относительно начального положения увеличивается. Следовательно, его потенциальная энергия увеличивается. Изменение потенциальной энергии будет положительным: $\Delta E_п = mgh > 0$.
Кинетическая энергия тела зависит от его скорости: $E_к = \frac{mv^2}{2}$. В задаче не указано, что скорость ведра изменилась. Обычно в таких задачах подразумевается, что тело как было в покое до подъема, так и осталось в покое после. Поэтому изменение кинетической энергии можно считать равным нулю: $\Delta E_к = 0$.
Таким образом, изменение полной механической энергии равно изменению потенциальной энергии: $\Delta E_м = \Delta E_п + \Delta E_к = mgh + 0 = mgh$. Поскольку $m > 0$ и $h > 0$, то $\Delta E_м > 0$. Это означает, что механическая энергия воды увеличилась.

2. Внутренняя энергия.
Внутренняя энергия ($U$) — это сумма кинетической энергии хаотического движения частиц (молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия. Внутренняя энергия зависит от температуры и агрегатного состояния вещества.
В условии задачи нет информации об изменении температуры воды, теплообмене с окружающей средой или совершении работы за счет сил трения (например, трения о воздух при подъеме), которые могли бы привести к нагреву. Поднятие тела как единого целого не влияет на хаотическое движение его молекул. Поэтому в рамках данной идеализированной задачи мы полагаем, что внутренняя энергия воды не изменилась.

Ответ: Механическая энергия воды увеличилась, так как возросла ее потенциальная энергия. Внутренняя энергия воды не изменилась, так как ее температура и агрегатное состояние остались прежними, и мы пренебрегаем возможным нагревом из-за трения.