Номер 1, страница 91 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

Если бутылку, заполненную до половины водой при комнатной температуре, встряхивать в течение нескольких минут, то окажется, что вода нагрелась на $1-2 \text{ °C}$. Что является причиной повышения температуры воды?

Решение

Повышение температуры воды в бутылке при встряхивании является прямым следствием первого закона термодинамики и процесса преобразования одного вида энергии в другой. Когда человек встряхивает бутылку, он совершает механическую работу над находящейся в ней водой.

Эта работа заставляет воду двигаться, приходить в состояние интенсивного перемешивания. Поскольку вода является вязкой жидкостью, между ее слоями, движущимися с разными скоростями, возникают силы внутреннего трения. Также силы трения возникают между водой и внутренними стенками бутылки. Механическая работа, совершаемая при встряхивании, идет на преодоление этих сил трения.

Согласно закону сохранения энергии, работа, совершенная против сил трения, не исчезает, а преобразуется во внутреннюю энергию воды. Внутренняя энергия ($U$) — это сумма кинетических энергий хаотического теплового движения молекул и потенциальных энергий их взаимодействия. Увеличение внутренней энергии ($ΔU > 0$) означает, что средняя кинетическая энергия молекул воды возрастает.

Температура тела является макроскопической величиной, которая прямо пропорциональна средней кинетической энергии его частиц. Таким образом, увеличение внутренней энергии воды вследствие совершения над ней механической работы ($A$) приводит к повышению ее температуры.

Ответ: Причиной повышения температуры воды является преобразование механической работы, совершаемой при встряхивании, во внутреннюю энергию воды. Это происходит из-за действия сил внутреннего трения (вязкости) в самой воде и трения воды о стенки бутылки. Увеличение внутренней энергии проявляется как рост температуры.