Задача 12. Камень, подброшенный вверх в точке 1, совершает падение в тормозящей его движение атмосфере. Как изменятся полная механическая и внутренняя энергия камня при переходе из точки 1 в точку 3?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличивается
- уменьшается
- не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение:
Рассмотрим движение камня из точки 1 в точку 3.
1. Полная механическая энергия.
Полная механическая энергия тела состоит из кинетической и потенциальной энергии:
\[E_{мех} = E_к + E_п\]где \(E_к = \frac{mv^2}{2}\) — кинетическая энергия, а \(E_п = mgh\) — потенциальная энергия (для гравитационного поля).
В условии задачи сказано, что камень совершает падение в тормозящей его движение атмосфере. Это означает, что на камень действует сила сопротивления воздуха. Сила сопротивления воздуха является неконсервативной силой.
Работа неконсервативных сил приводит к изменению полной механической энергии системы. В данном случае, сила сопротивления воздуха совершает отрицательную работу, так как она направлена против движения камня.
Согласно закону сохранения энергии с учетом неконсервативных сил:
\[\Delta E_{мех} = A_{неконс}\]где \(A_{неконс}\) — работа неконсервативных сил.
Поскольку сила сопротивления воздуха совершает отрицательную работу (\(A_{сопр} < 0\)), полная механическая энергия камня будет уменьшаться.
Таким образом, при переходе из точки 1 в точку 3 полная механическая энергия уменьшается.
2. Внутренняя энергия.
Внутренняя энергия системы связана с хаотическим движением молекул и их взаимодействием. Работа силы сопротивления воздуха приводит к нагреванию как самого камня, так и окружающего воздуха. Это означает, что часть механической энергии камня переходит во внутреннюю энергию системы (камня и воздуха).
В данном случае, нас интересует внутренняя энергия камня. При трении о воздух, камень нагревается, что приводит к увеличению его внутренней энергии.
Таким образом, при переходе из точки 1 в точку 3 внутренняя энергия камня увеличивается.
Выводы:
- Полная механическая энергия: 2 (уменьшается)
- Внутренняя энергия: 1 (увеличивается)
Запишем в таблицу:
| Полная механическая энергия | Внутренняя энергия |
| 2 | 1 |