Номер 2, страница 7 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

2. Изменятся ли внутренняя и механическая энергии кирпича, если его из положения а перевести в положение б (рис. 4)?

Рис. 4

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать, как изменяются внутренняя и механическая энергии кирпича при его перемещении из положения а в положение б.

Решение

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии хаотического движения составляющих его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимного расположения и взаимодействия. Она напрямую зависит от температуры тела и его агрегатного состояния.

В данном случае кирпич просто перемещают в пространстве. В условии задачи не указано, что кирпич нагревается, охлаждается, деформируется или в нем происходят какие-либо химические реакции. Мы предполагаем, что температура кирпича и его внутреннее строение остаются неизменными. Следовательно, средняя кинетическая энергия его молекул и потенциальная энергия их взаимодействия не меняются.

Таким образом, внутренняя энергия кирпича не изменится.

Механическая энергия

Полная механическая энергия ($E_м$) тела складывается из его кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергий:

$E_м = E_к + E_п$

Кинетическая энергия тела зависит от его массы $m$ и скорости $v$ ($E_к = \frac{1}{2}mv^2$). В начальном положении а и в конечном положении б кирпич находится в состоянии покоя, то есть его скорость равна нулю. Это означает, что его кинетическая энергия в обоих положениях равна нулю, и изменение кинетической энергии также равно нулю.

Потенциальная энергия тела в поле тяжести Земли определяется его массой $m$, ускорением свободного падения $g$ и высотой $h$ его центра масс над условным нулевым уровнем: $E_п = mgh$. В качестве нулевого уровня примем поверхность, на которой стоит кирпич.

В положении а кирпич лежит плашмя на своей самой большой грани. Его центр масс находится на некоторой высоте $h_а$.

В положении б кирпич поставлен на ребро (на одну из меньших граней). Его центр масс теперь находится на высоте $h_б$.

Из рисунка очевидно, что центр масс кирпича в положении б расположен выше, чем в положении а. То есть, $h_б > h_а$. Для того чтобы перевести кирпич из положения а в положение б, необходимо совершить работу по подъему его центра масс, тем самым увеличив его потенциальную энергию.

Поскольку $h_б > h_а$, то и потенциальная энергия в положении б больше, чем в положении а ($E_{п,б} > E_{п,а}$).

Так как кинетическая энергия кирпича не изменилась ($E_к = 0$ в обоих случаях), а потенциальная энергия увеличилась, то его полная механическая энергия также увеличилась.

Ответ:

При переводе кирпича из положения а в положение б его внутренняя энергия не изменится (при условии, что его температура осталась постоянной), а его механическая энергия увеличится за счет увеличения потенциальной энергии, так как центр масс кирпича поднимается на большую высоту.