Закон превращения и сохранения энергии в механических и тепловых процессах

394. Если ударить молотком по большому куску стали, молоток отско­чит, а если по куску свинца, то нет. Какому металлу при однократном уда­ре передастся больше энергии? Кине­тическую энергию молотка в момент удара считать в обоих случаях одина­ковой.

395. Стальной шарик равномерно падает в касторовом масле. Соверша­ется ли при этом работа? Какие пре­вращения энергии при этом происхо­дят?

ОТВЕТЫ, РЕШЕНИЯ И УКАЗАНИЯ

255. Работа насосов одинакова, так как в обоих случаях перекачивается одинаковое количество воды на оди­наковые высоты.

256. При наличии трения лошадь со­вершает работу и по преодолению сил трения, и по изменению скорости дви­жения телеги с лошадью.

257. При посадке на Землю, так как корабль при этом проходит больший путь, в плотных слоях атмосферы.

258. При наличии пассажиров сила тяжести (вес. —Ред.) вагона больше, увеличивается сила трения, равная в данном случае силе тяги, возрастает мощность, увеличивается расход элек­троэнергии.

259. С увеличением нагрузки ко­рабль глубже погружается в воду. Это увеличивает силу сопротивления воды движению корабля, что приводит к по­тере скорости.

260. На наименьшей, так как N = Fv,

261. Чем ближе груз расположен к плечу, тем меньше сила, с которой рука должна удерживать палку. Поэтому сила давления палки на плечо, равная сумме веса груза и силы воздействия руки, будет меньше.

262. Чтобы увеличить плечо силы и этим облегчить открывание двери.

263. Из рис. 53,о видно, что при двух опорах в точках О, и Од (пальцы рук) плечи сил F невелики. Поэтому надо прилагать большие силы. В слу­чае опоры на подставку О (рис. 53,6) плечи сил F увеличиваются, поэтому надо прилагать меньшие силы, чтобы сломать палку.

264. 50 Н.

265. Силу требуется приложить оди­наковую, равную половине силы тяже­сти плиты.

266. Это дает возможность умень­шить силу, прилагаемую к рукояткам ножниц.

267. Проигрыш в силе здесь не су­ществен, а выигрыш в скорости имеет большое значение.

268. Выигрыш в силе на рычаге ра­вен отношению плеч рычага. Выигрыш в силе у кусачек равен произведению отношений плеч составляющих их ры­чагов.

269. Чтобы напильник при движе­нии всегда был горизонтален при из­менении точки опоры, прилагаемые силы должны все время изменяться ло величине.

270. Чтобы сила была наименьшей, надо максимально увеличить ее плечо. Поэтому силу надо направить под пря­мым углом к линии ВС.

271. См. рис. 54.

272. См. рис. 55. 0,0, - ось вра­щения, -40,, ЯОд и СО^ — плечи сил.

273. Вес мальчика ивес части до­ски, на которой он сидит, уравновеши­ваются весом части доски, расположен­ной с другой стороны бревна.

274. Так как на рычаге уравновеши­ваются две силы, равные силе тяжес­ти. Изменение одной из них происхо­дит одновременно с изменением дру­гой.

275. Необходимо переходить так, как показано на рис. 56.

276. Сдвинется ящик В, по отноше­нию к которому рычаг имеет более вы­годное соотношение плеч.

277. Линейка имеет массу, и сила тяжести (вес. —Ред.) плеча АО боль­ше, чем плеча 0В.

278. Если шарик переместить к краю чашки, равновесие не нарушит­ся, ибо на основании закона Паскаля давление на левую и правую стенки чашки будет одинаковым.

279. Не изменится.

280. Равновесие нарушится, причем более тяжелая гиря перетянет.

281. а) При малом плече будет мала чувствительность весов; б) большая твердость призмы и подставки, разно­родность вещества, из которого они из­готовлены, способствуют уменьшению силы трения между ними и повышают чувствительность весов.

282. Изменится: гиря, находящаяся в масле, опустится, а в воде — подни­мется.

283. Да, перетянет шарик, который находился в воде.

284. Перетянет латунная гиря.

285. Одинаковы.

286. Действующую на монтажника силу тяжести уравновешивает сумма сил упругости свисающих с блока концов веревки. Поэтому сила натяжения каж­дого из них равна половине веса чело­века. Значит, рабочий тянет конец ве­ревки с силой 350 Н.

287. Действием силы трения.

288. Такое крепление дает возмож­ность уменьшить натяжение троса вдвое (если не учитывать трение в блоках).

289. Необходимо, чтобы в системе блоков было два подвижных блока. См. рис. 57.

290. Будет.

291. При отсутствии трения — в 4 раза.

292. В прыжке «перекатом» спортс­мен не так высоко поднимает свое тело над планкой, как в прыжке «пря­мо», поэтому совершает меньшую ра­боту.

293. Нет, у свинца энергия больше.

294. За счет разности потенциаль­ной энергии автомобиля на вершине и у подножия горы.

295. Подъем корабля совершается за счет потенциальной энергии сжато­го воздуха.

296. За счет потенциальной энергии, которую приобрел аэростат при напол­нении газом.

297. Разогнавшись, автомобиль пре­одолевает лужу за счет накопленной кинетической энергии.

298. За счет кинетической энергии инструмента и движущихся деталей станка, в которых он закреплен.

299. Используется кинетическая энергия полена.

300. При одинаковых скоростях тело, имеющее большую массу, обла­дает и большей кинетической энергией.

301. Да, для изменения кинетиче­ской энергии тела.

302. К Энергии, которую сообщает телу гимнаста работа мышц, прибавля­ется энергия, которую сообщает ему деформированная доска.

304. На первой части перегона по­тенциальная энергия превращается в кинетическую, на второй части имеет место обратный переход. Так как на разгон поезда расходуется меньше электроэнергии, то происходит ее эко­номия.

305. Потенциальные энергии одина­ковы. Кинетические энергии различны (у первой пробирки она меньше).

306. Пробивая доску, пуля соверша­ет работу против сил трения за счет изменения своей кинетической энергии. Скорость пули уменьшается. Противо­речия с законом сохранения энергии нет, так как пуля и доска при этом на­греваются.

308. Если машина делает разгон, то к механической энергии, вырабатывае­мой двигателем в данное время, при­бавляется ранее приобретенная кине­тическая энергия самого автомобиля.

309. Вода в реке течет от мест вы­соких к местам более низким. Следова­тельно, потенциальная энергия каждой единицы объема воды уменьшается.

310. За счет потенциальной энергии жидкости, находящейся в верхнем со­суде.

311. На равные части цилиндра, по­груженные в различные жидкости, дей­ствуют неравные архимедовы силы. Так как силы давления жидкостей перпен­дикулярны к любому элементу поверх­ности цилиндра, то каждая из вытал­кивающих сил проходит через его ось симметрии (плечо силы при этом рав­но нулю). Поэтому цилиндр вращаться не будет, и из этой конструкции вечно­го двигателя не получится.

312. Так как зимой воздух плотнее, чем летом, а кинетическая энергия тела зависит от массы, то зимой при той же скорости (и других равных условиях) ветер обладает большей мощностью.

313. (Проходя за секунду путь око­ло полукилометра, молекула находя­щегося при нормальных условиях газа двигается не по прямой: она испыты­вает за это время порядка 10¹⁰ стол­кновений с другими молекулами газа, так что ее траектория представляет собой сложную ломаную линию. — Ред.)

314. При недостаточной смазке под­шипников в результате трения механи­ческая энергия превращается во внут­реннюю (в тепловую. —Ред.). Темпе­ратура баббита поднимается до точки плавления, и он плавится.

315. Механическая энергия перехо­дит во внутреннюю. (В соответствии с законом сохранения энергии работа, совершаемая при деформации прово­локи, переходит в энергию теплового движения атомов алюминия. — Ред.)

316. Покрышки нагреваются и за счет работы трения, имеющей место при частичном проскальзывании их по полотну дороги, и за счет работы де­формации покрышки при качении.

317. При трении солома может ра­зогреться и воспламениться.

318. При остановке кинетическая энергия автомобиля расходуется на ра­боту против сил трения в тормозных ко­лодках, шин о дорогу и т. д. Чтобы каж­дый раз после остановки приобрести необходимую скорость (а значит, и ки­нетическую энергию), в двигателе дол­жно быть израсходовано дополнитель­но некоторое количество горючего.

319. При трении стали о камень ме­талл разогревается. Искры — это рас­каленные частицы стали, отрываемые от куска металла быстро движущими­ся бугорками точильного камня.

322. Первый. (При неупругом уда­ре шарика о мягкую глину приобре­тенная им кинетическая энергия пол­ностью переходит в тепловую (шарика и глины). У шарика, отскочившего на высоту, меньшую исходной, это превра­щение энергии было неполным. — Ред.)

323. Иначе они потеряли бы свою прочность вследствие нагревания при трении о воздух.

324. Стекло имеет меньшую тепло­проводность, чем железо.

325. В медной, так как теплопро­водность меди больше, чем чугуна. (Кроме того, дно чугунной посуды тол­ще, что способствует выравниванию температуры. — Ред.)

326. Разность давлений возникает из-за различного нагревания воздуха стержнями, из-за их разной теплопро­водности.

327. Алюминий обладает большей теплопроводностью, чем фарфор (и его температура практически совпадает с температурой кипятка. — Ред.)

328. При температуре, равной тем­пературе человеческого тела, когда не происходит теплопередача. (Теплопро­водность дерева значительно меньше, чем у металла. Поэтому нагретое (или охлажденное на морозе) дерево не кажется таким горячим (или холодным), как железо. — Ред.)

329. В новом, так как слой накипи ухудшает теплопроводность стенок чай­ника.

330. (Вследствие большей теплопро­водности меди (по сравнению со стек­лом и льдом) поток тепла от пальца во втором случае будет больше. —Ред.)

331. (Первые порции кипятка, сте­кая по металлической ложке, охлаж­даются, что уменьшает величину пер­воначального перепада температур, ко­торый мог бы привести к разрушению стакана, и способствует более плавно­му прогреванию стекла. — Ред.)

332. Увеличение поверхности нагре­ваемого тела способствует быстрейше­му его охлаждению. Ребристая поверх­ность имеет большую площадь. Поэто­му она будет способствовать лучшему охлаждению.

333. В процессе обработки прибор нагревается выше 20 °С, и вследствие теплового расширения его размеры из­меняются. Чтобы исключить тепловое расширение, слесарь кладет деталь на плиту, обладающую хорошей тепло­проводностью, и деталь охлаждается до температуры 20 °С.

334. Влажная, как имеющая боль­шую теплопроводность.

335. Днем стволы деревьев нагре­ваются, и некоторое количество теп­лоты передается вниз, так как влаж­ное дерево обладает хорошей тепло­проводностью. Вследствие этого почва согревается, и снег вокруг ствола от­таивает.

336. Жир обладает плохой тепло­проводностью и защищает организм животного от чрезмерного охлаждения в холодной воде полярного моря.

337. (Нарушается заключенный в вате равномерный теплоизоляционный слой воздуха. —Ред.)

338. Плотная синтетическая ткань обладает лучшей теплопроводностью, чем шерсть, содержащая внутри себя воздух.

339. Трикотажное, шерстяное.

340. (Точно такое же, как зимняя одежда для человека. -Ред.)

341. Вода обладает большей теп­лопроводностью, чем воздух, поэтому в воде тело человека охлаждается быс­трее.

342. Так как торф, навоз, опилки имеют малую теплопроводность, то покрытие ими приствольного круга пло­дового дерева предохраняет от силь­ного снижения температуры участок земли, где располагается его основная корневая система.

343. Пористый кирпич, различные пеноматериалы, стеклянная вата, вой­лок содержат воздух, обладающий малой теплопроводностью.

344. Чехол является теплоизолято-ром. Он предохраняет двигатель от пе­реохлаждения.

345. Теплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный. Поэтому ар­химедова сила вытесняет нагретый воз­дух в верхние его слои.

347. Когда лед положен на крыш­ку чайника.

348. Чтобы создать условия для воз­никновения конвекции воздуха в аппа­рате.

349. Вынужденная конвекция под­нимает более нагретые слои жидкости вверх и приводит их в соприкоснове­ние с менее нагретым воздухом.

350. Это улучшает циркуляцию воз­духа. Теплый воздух вместе с различ­ными примесями поднимается вверх и вентилятором удаляется из помещения.

351. Пленка удерживает воздух оп­ределенной температуры вблизи рас­тения.

352. Чтобы теплоизолировать ствол дерева от окружающего воздуха и этим уменьшить не только теплопроводность коры дерева, но и исключить обдува-ние ствола конвекционными токами хо­лодного воздуха и предупредить замер­зание питательных соков внутри ство­ла, а значит, и гибель дерева.

353. Парусным судам удобнее вхо­дить в гавань днем, когда бриз дует с моря на сушу.

354. Даже в самую тихую погоду над землей движутся вертикальные токи воздуха. Листья осины, имеющие тонкие длинные черенки, чувствитель­ны к самым ничтожным перемещениям воздуха.

355. Чем больше разность давлений наружного воздуха и воздуха в трубе, тем лучше тяга. Чем выше температура воздуха, тем меньше его плотность и давление в трубе. Теплопроводность кирпича меньше, чем железа. Поэтому в кирпичных трубах (при прочих рав­ных условиях) воздух меньше остыва­ет, чем в железных, и в них лучше тяга.

356. Холодный воздух в дымоходе создает такое же давление, как и на­ружный. После прогревания воздуха в дымоходе возникает тяга.

357. Чтобы обеспечить естествен­ную циркуляцию воды в системе водя­ного отопления.

358. Над неподвижной трубой зда­ния в одном и том же месте устанавли­вается конвекционный поток теплого воздуха, поднимаемого вверх архиме­довой силой. Труба движущегося па­ровоза выбрасывает небольшие коли­чества теплого воздуха в разных мес­тах дороги, этот теплый воздух очень медленно поднимается вверх. При быс­тром движении поезда получается, что дым стелется над ним.

359.'(Черная шероховатая повер­хность лучше поглощает падающее на нее излучение, чем гладкая и полиро­ванная. Показания закопченного тер­мометра будут выше. —Ред.)

360. Черная шероховатая поверх­ность лучше излучает, чем светлая по­лированная.

361. Лучше покрывать черной крас­кой.

362. Блестящая.

363. (Светлую. — Ред.)

364. Белая краска уменьшает луче-поглощательную способность холо­дильника.

365. Свернувшись, животное умень­шает поверхность лучеиспускания и не переохлаждается (...уменьшает пло­щадь поверхности соприкосновения с внешней средой, что уменьшает поте­ри тепла, происходящие как вследст­вие теплопроводности и конвекции, так и вследствии излучения. —Ред.).

366. При одинаковом объеме и вы­соте термос с круглым сечением имеет меньшую поверхность, поэтому он меньше поглощает и отдает теплоты.

367. Наряду с поглощением неко­торого количества теплоты происходят и потери энергии. В результате этого температура проволоки не может стать выше температуры пламени свечи.

368. Скорость охлаждения пропор­циональна разности температур нагре­того тела и окружающего воздуха. По­этому следует сразу несколько охла­дить кофе, влив в него молоко, чтобы дальнейшее остывание происходило медленнее.

369. Земля нагревается лучами солнца. Воздух нагревается землей. По­этому имеется некоторое запаздывание в достижении максимума нагревания воздуха и земли.

370. Наряду с процессом излучения энергии в космос происходит и про­цесс поглощения энергии Солнца и звезд. (Кроме того, имеется целый ряд процессов, происходящих внутри Зем­ли, которые способствуют ее разогре­ванию. — Ред.).

372. Первый и третий покажут 38 °С, второй - 39 °С.

374. На нагревание воды, имеющей большую удельную теплоемкость.

375. График А — для воды, график В — для чайника.

376. Температура ртути будет повы­шаться быстрее, так как удельная теп­лоемкость ртути меньше, чем воды.

377. Железо обладает большей теп­лопроводностью и меньшей удельной теплоемкостью, чем кирпич. Кроме того, масса кирпичной печи больше, чем железной.

379. Песок обладает малой удель­ной теплоемкостью, поэтому быстро на­гревается и охлаждается.

380. Медь обладает большей теп­лопроводностью. (Кроме того, она лег­ко залуживается.— Ред.)

381. При одинаковой теплоемкости стенки стаканов обладают различной теплопроводностью.Теплопроводность

алюминия значительно больше, чем теп­лопроводность стекла.

382. Малая удельная теплоемкость, большая теплопроводность, несмачива­ние стекла, сравнительная легкость по­лучения в химически чистом виде, вы­сокая температура кипения, более низ­кая, чем у воды, точка отвердевания.

383. Нельзя, так как быстрота ос­тывания зависит не только от тепло­проводности, но и от теплоемкости ша­риков.

384. Удельная теплоемкость керо­сина меньше, чем воды. Поэтому тем­пературные изменения, происходящие в калориметре, при прочих равных ус­ловиях более заметны, и точность из­мерений повышается.

386. Некоторое количество тепло­ты необходимо израсходовать на ис­парение воды, содержащейся в сырых дровах.

387. Порох в отличие от бензина имеет меньшую теплоту сгорания, но большую скорость сгорания (вся энер­гия пороха выделяется в тысячные доли секунды).

388. Энергии горящей спички недо­статочно, чтобы нагреть конец толсто­го полена до температуры его возго­рания, т. к. поступающее от спички теп­ло распространяется по всему вещест­ву полена.

389. См. ответ к задаче 388.

390. Сильная струя воздуха срыва­ет пламя со спички (фитиля свечи) и охлаждает горючее вещество ниже той температуры, при которой может про­исходить горение.

391. Металл, быстро отбирая энер­гию у раскаленного угля, охлаждает его ниже той температуры, при которой мо­жет происходить горение угля. Дере­вянная доска имеет меньшую тепло­проводность, чем металл, и охлаждает уголь медленнее.

393. Пластмасса горит быстрее бу­маги. Поэтому, частично сгорев, пласт­массовый прутик гаснет из-за недостат­ка кислорода и воспламеняется вновь, когда до него догорит бумага.

394. Свинцу, так как в этом случае вся кинетическая энергия молотка пре­вращается во внутреннюю энергию свинца и молотка.

395. Работа совершается против силы трения. Потенциальная энергия подня­того шарика превращается во внутрен­нюю энергию шарика и жидкости.