Обсуди с товарищами, страница 13 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Чем объяснить, что при вколачивании гвоздя в стену его шляпка почти не нагревается, но, когда гвоздь вбит, достаточно нескольких ударов, чтобы шляпка сильно нагрелась?

Данное явление объясняется законом сохранения энергии и тем, как энергия удара молотка распределяется в двух разных ситуациях.

1. Процесс вколачивания гвоздя.

Когда молоток ударяет по шляпке гвоздя, который еще не полностью вошел в стену, кинетическая энергия молотка совершает механическую работу. Эта работа заключается в продвижении гвоздя вглубь материала стены, преодолевая силы сопротивления (трения и упругости). Работа $A$, совершаемая силой $F$ на перемещении $s$, определяется формулой:

$A = F \cdot s$

В этом случае перемещение гвоздя $s$ после каждого удара больше нуля. Таким образом, основная часть энергии удара преобразуется в механическую работу. На нагрев самой шляпки из-за неупругого удара расходуется лишь незначительная доля энергии.

2. Удары по уже вбитому гвоздю.

Когда гвоздь уже полностью вбит в стену, он больше не может двигаться вперед. Его перемещение при ударе практически равно нулю: $s \approx 0$. Соответственно, механическая работа по его продвижению также становится равной нулю: $A \approx 0$.

Согласно закону сохранения энергии, кинетическая энергия ударяющего молотка не исчезает бесследно. Поскольку она не может быть преобразована в механическую работу, почти вся энергия удара переходит во внутреннюю энергию шляпки гвоздя и самого молотка. Этот переход происходит из-за пластической (неупругой) деформации металла шляпки. Значительное и резкое увеличение внутренней энергии и воспринимается как сильный нагрев.

Ответ: При вколачивании гвоздя энергия удара молотка в основном расходуется на совершение механической работы по продвижению гвоздя в стену. Когда гвоздь уже вбит, он не может двигаться, и поэтому вся энергия удара преобразуется во внутреннюю энергию шляпки гвоздя из-за ее пластической деформации, что вызывает сильный нагрев.