Номер 1, страница 10 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

УПРАЖНЕНИЕ 2

1. Сравните внутренние и механические энергии самолёта, стоящего на земле и находящегося в полёте, если его температуру на земле и в воздухе считать: а) одинаковой; б) различной.

Для сравнения энергий самолета в двух состояниях (на земле и в полете) необходимо рассмотреть его механическую и внутреннюю энергии.

Механическая энергия ($E_{мех}$) — это сумма кинетической энергии ($E_к$), связанной со скоростью движения тела, и потенциальной энергии ($E_п$), связанной с его положением в поле тяготения: $E_{мех} = E_к + E_п = \frac{1}{2}mv^2 + mgh$

• Для самолета, стоящего на земле, его скорость $v_1 = 0$ и высота $h_1 = 0$ (относительно земли). Следовательно, его механическая энергия $E_{мех,1} = 0$.
• Для самолета в полете его скорость $v_2 > 0$ и высота $h_2 > 0$. Следовательно, его механическая энергия $E_{мех,2} = \frac{1}{2}mv_2^2 + mgh_2 > 0$.

Таким образом, независимо от условий, механическая энергия самолета в полете всегда больше, чем механическая энергия самолета, стоящего на земле.

Внутренняя энергия ($U$) макроскопического тела определяется кинетической энергией хаотического движения его молекул и потенциальной энергией их взаимодействия. Внутренняя энергия напрямую зависит от температуры тела.

Рассмотрим оба случая, указанные в задаче.

а) температуру на земле и в воздухе считать одинаковой

В этом случае температура самолета на земле ($T_{земля}$) и в полете ($T_{полет}$) равны: $T_{земля} = T_{полет}$. Поскольку внутренняя энергия зависит от температуры, то и внутренние энергии самолета в обоих состояниях будут одинаковыми: $U_{земля} = U_{полет}$.

Ответ: Внутренняя энергия самолета на земле и в полете одинакова, а механическая энергия в полете больше, чем на земле.

б) температуру на земле и в воздухе считать различной

В этом случае температуры не равны: $T_{земля} \neq T_{полет}$. На температуру летящего самолета влияют несколько факторов: с одной стороны, он охлаждается из-за низкой температуры воздуха на большой высоте, а с другой — нагревается из-за работы двигателей и силы трения о воздух. Обычно эффект нагрева оказывается более существенным, поэтому средняя температура самолета в полете выше, чем на земле ($T_{полет} > T_{земля}$).

Поскольку внутренняя энергия тела увеличивается с ростом его температуры, внутренняя энергия самолета в полете будет больше, чем на земле: $U_{полет} > U_{земля}$.

Ответ: И внутренняя, и механическая энергии самолета в полете больше, чем на земле.