Номер 2, страница 81 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. Как соотносятся между собой работа силы давления газа и работа внешних сил над газом?

Решение

Работа силы давления газа ($A_{газа}$) и работа внешних сил над газом ($A_{внеш}$) — это величины, которые всегда равны по модулю, но противоположны по знаку. Рассмотрим это соотношение подробнее.

Представим газ в цилиндре под подвижным поршнем.

1. Работа силы давления газа ($A_{газа}$). Газ давит на поршень с силой $F_{газа}$. Если газ расширяется, он толкает поршень, и его работа положительна, так как направление силы совпадает с направлением перемещения. Если газ сжимается, поршень движется против силы давления газа, и работа газа отрицательна.

2. Работа внешних сил над газом ($A_{внеш}$). На поршень действует внешняя сила $F_{внеш}$ (например, со стороны атмосферы или пресса). При сжатии газа эта сила совершает положительную работу, так как ее направление совпадает с перемещением поршня. При расширении газа работа внешней силы отрицательна, так как поршень движется в направлении, противоположном действию этой силы.

Согласно третьему закону Ньютона, в любом квазиравновесном (медленном) процессе сила, с которой газ действует на поршень, равна по модулю и противоположна по направлению внешней силе, удерживающей поршень: $$ \vec{F}_{газа} = - \vec{F}_{внеш} $$

Поскольку работа — это произведение силы на перемещение, а перемещение поршня для обеих сил одинаково, то работы, совершаемые этими силами, будут также равны по модулю и противоположны по знаку: $$ A_{газа} = -A_{внеш} $$

Таким образом:
- при расширении газа: $A_{газа} > 0$ и $A_{внеш} < 0$;
- при сжатии газа: $A_{газа} < 0$ и $A_{внеш} > 0$.

Ответ: Работа силы давления газа и работа внешних сил над газом равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Математически это соотношение выражается формулой $A_{газа} = -A_{внеш}$.