Номер 106, страница 80, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Материалы для повторения при подготовке к экзамену. 5. Тепловые явления - номер 106, страница 80.

Условие.

106. Шарик скатывается по наклонному жёлобу и, двигаясь далее по горизонтальному столу, через некоторое время останавливается. Какие превращения энергии происходят при этом?

Решение.

В процессе движения шарика можно выделить два основных этапа, на каждом из которых происходят свои превращения энергии.

1. Движение по наклонному жёлобу

В начальный момент времени, находясь на вершине жёлоба, шарик обладает запасом потенциальной энергии, так как поднят на некоторую высоту $\text{h}$ над поверхностью стола. Его потенциальная энергия определяется формулой $E_п = mgh$. Кинетическая энергия в этот момент равна нулю, так как шарик покоится.

Когда шарик начинает скатываться, его высота $\text{h}$ уменьшается, следовательно, уменьшается и его потенциальная энергия. По закону сохранения энергии, эта энергия не исчезает, а преобразуется в другие виды. Скорость шарика $\text{v}$ растет, а значит, увеличивается его кинетическая энергия, которая вычисляется по формуле $E_к = \frac{mv^2}{2}$. Кроме того, из-за наличия сил трения (трения качения шарика о жёлоб и сопротивления воздуха) часть механической энергии переходит во внутреннюю энергию — шарик, жёлоб и окружающий воздух немного нагреваются.

Таким образом, на первом этапе потенциальная энергия шарика превращается в кинетическую и внутреннюю энергию.

2. Движение по горизонтальному столу

Когда шарик выкатывается на горизонтальный стол, его высота над поверхностью стола больше не изменяется, поэтому его потенциальная энергия остается постоянной (можно считать ее равной нулю). В этот момент шарик обладает максимальной кинетической энергией.

При движении по столу на шарик действуют силы трения (трение качения и сопротивление воздуха). Эти силы совершают отрицательную работу, замедляя движение шарика. В результате его кинетическая энергия уменьшается. Эта убывающая кинетическая энергия полностью преобразуется во внутреннюю энергию. Шарик, поверхность стола и воздух нагреваются. В конечном итоге шарик останавливается, его скорость и кинетическая энергия становятся равными нулю. Вся начальная механическая энергия шарика перешла во внутреннюю.

Ответ: При скатывании шарика по наклонному жёлобу его потенциальная энергия превращается в кинетическую и внутреннюю энергию. При дальнейшем движении по горизонтальному столу вся кинетическая энергия шарика превращается во внутреннюю энергию до полной остановки.