Решить

Упражнение 10 у меня пока не отображается — ни текста, ни картинки в сообщении нет, поэтому решать нечего.

Пришлите, пожалуйста, фото страницы с упражнением 10 (или перепишите его условие текстом) — и я разберу все пункты полностью: краткий ответ, ключевые шаги и проверку.

Это упражнение 10 по теме «Превращения энергии» — разбираю все пункты. Сначала короткие ответы, затем пояснения, почему так.

1. Молот копра забивает сваю

Ответ. Потенциальная энергия молота → кинетическая → при ударе: внутренняя энергия (нагрев молота, сваи, грунта) + деформация + звук; часть идёт на движение сваи в землю и работу против сопротивления грунта.

По шагам.

1. Поднятый молот: \(E_p = mgh\).
2. Падение: \(E_p \to E_k = \dfrac{m v^2}{2}\).
3. Удар: \(E_k\) почти целиком переходит во внутреннюю энергию (детали нагреваются) и в работу по деформации и по внедрению сваи в грунт; часть — в звук.

2. Торможение автомобиля

Ответ. Кинетическая энергия автомобиля переходит во внутреннюю энергию (нагрев тормозных колодок и дисков, шин, дороги) и в работу против сил трения; небольшая доля — в звук.

Ключевая мысль. Автомобиль остановился, но энергия не исчезла: она «ушла в тепло» — поэтому тормоза и греются.

3. Два одинаковых стальных шарика

Оба падают с одинаковой высоты, значит перед ударом у них одинаковая кинетическая энергия.

Первый (стальная плита, отскакивает). Удар близок к упругому: \(E_k\) переходит в энергию упругой деформации шарика и плиты, а затем снова в \(E_k\) — шарик отскакивает. Небольшая часть всё же переходит во внутреннюю энергию (нагрев) и звук, поэтому высота отскока чуть меньше исходной.

Второй (песок, застревает). Удар неупругий: \(E_k\) целиком переходит во внутреннюю энергию (нагреваются шарик и песок) и в работу по раздвиганию и деформации песка, плюс звук. Механическая энергия не возвращается.

Итог для сравнения: в первом случае большая часть энергии сохраняется как механическая (потому и отскок), во втором вся механическая энергия становится внутренней.

4. Натирание трубки с эфиром, закрытой пробкой

Ответ (цепочка превращений).

1. Механическая работа рук → внутренняя энергия трубки и эфира (они нагреваются).
2. Нагревание → эфир испаряется: внутренняя энергия расходуется на парообразование, давление пара растёт.
3. Пар совершает работу и выталкивает пробку: внутренняя энергия пара → кинетическая энергия пробки (и струи пара), плюс потенциальная энергия поднятой пробки.
4. Быстрое расширение пара → он охлаждается, часть пара конденсируется — появляется туман.

Задание: модель ветряной мельницы

Принцип работы. Поток воздуха (ветер) обладает кинетической энергией. Ветряное колесо улавливает её и превращает в механическую энергию вращения вала: \(E_k\) воздуха \(\to\) \(E_k\) вращения лопастей \(\to\) механическая работа (вращение жерновов, генератора). Часть энергии неизбежно уходит на трение в оси и на нагрев воздуха и деталей — то есть во внутреннюю энергию, и в звук.

Как это показать на модели: лопасти из картона или пластика на оси, ось — на подшипнике (или втулке); при обдуве (фен, вентилятор) лопасти вращаются и приводят во вращение груз или второе колесо. Чем больше площадь лопастей и меньше трение, тем большая доля энергии ветра превращается в полезную работу.

Если в учебнике в упражнении 10 есть ещё пункт 5 или продолжение задания (на фото текст обрезан), пришлите фото — допишу.

Краткие ответы по пунктам упражнения 10:

1. Молот копра забивает сваю. Поднятый молот: \(E_p = mgh\) → при падении \(E_p \to E_k\) → при ударе \(E_k\) переходит во внутреннюю энергию (нагрев молота, сваи, грунта), работу по деформации и внедрению сваи, звук.

2. Торможение автомобиля. Кинетическая энергия \(\to\) внутренняя энергия (нагрев тормозных колодок, дисков, шин, дороги) и работа против сил трения; небольшая доля — в звук.

3. Два одинаковых стальных шарика. Перед ударом \(E_k\) у них одинакова, так как высота одна.

• о стальную плиту: удар почти упругий — энергия переходит в энергию упругой деформации и возвращается в \(E_k\), шарик отскакивает; малая часть уходит в тепло и звук;
• в песок: удар неупругий — вся механическая энергия переходит во внутреннюю (нагрев) и в работу по деформации песка.

4. Натирание трубки с эфиром. Механическая работа рук \(\to\) внутренняя энергия трубки и эфира → эфир испаряется, давление пара растёт → пар совершает работу и выталкивает пробку: внутренняя энергия пара \(\to\) кинетическая и потенциальная энергия пробки; при быстром расширении пар охлаждается, появляется туман.

5. Модель ветряной мельницы. Кинетическая энергия потока воздуха \(\to\) кинетическая энергия вращения лопастей \(\to\) механическая работа (вращение жерновов, генератора). Часть энергии теряется на трение в оси, нагрев деталей и воздуха, звук.

Если нужен развёрнутый разбор какого-то пункта или в упражнении есть ещё вопросы — напишите номер пункта.

Ответы под номерами — коротко, как для тетради:

1. Молот копра. \(E_p = mgh \to E_k = \frac{mv^2}{2}\) при падении; при ударе \(E_k\) переходит во внутреннюю энергию (нагрев молота, сваи, грунта), работу по деформации и внедрению сваи, звук.

2. Торможение автомобиля. \(E_k\) автомобиля \(\to\) внутренняя энергия (нагрев колодок, дисков, шин, дороги) и работа против силы трения; часть — в звук.

3. Два шарика. \(E_k\) перед ударом одинакова (высота одна). 3а) о плиту: удар почти упругий — энергия деформации возвращается в \(E_k\), шарик отскакивает; малая доля уходит в тепло и звук; 3б) в песок: удар неупругий — вся механическая энергия становится внутренней и идёт на деформацию песка.

4. Трубка с эфиром. Работа рук \(\to\) внутренняя энергия трубки и эфира → испарение, рост давления пара → пар совершает работу, выталкивает пробку: внутренняя энергия пара \(\to\) кинетическая и потенциальная энергия пробки; быстрое расширение → охлаждение → туман.

5. Ветряная мельница. Кинетическая энергия воздуха \(\to\) кинетическая энергия вращения лопастей \(\to\) механическая работа; потери — на трение в оси, нагрев деталей и воздуха, звук.

Если под «по цифрам» имелись в виду числовые расчёты (например, посчитать \(E_p\) и \(E_k\) при данных \(m\), \(h\), \(v\)) — напишите, какие числа даны в упражнении, и я посчитаю.

Упражнение 10, пункты 1–4

1. Молот копра забивает сваю

Ответ. Потенциальная энергия поднятого молота переходит в кинетическую, а при ударе — во внутреннюю энергию, работу по деформации и внедрению сваи, а также в звук.

По шагам:

1. Поднятый молот обладает энергией \(E_p = mgh\).
2. При падении \(E_p\) переходит в кинетическую \(E_k = \frac{mv^2}{2}\).
3. При ударе о сваю \(E_k\) расходуется на:
   • нагрев молота, сваи и грунта (внутренняя энергия);
   • деформацию и перемещение сваи (механическая работа);
   • звук.

2. Торможение автомобиля

Ответ. Кинетическая энергия автомобиля переходит во внутреннюю энергию тормозных колодок, дисков, шин и дороги, а также в работу против сил трения; часть — в звук.

Ключевая мысль. Автомобиль остановился, но энергия не исчезла: она «ушла в тепло», поэтому тормоза нагреваются.

3. Два одинаковых стальных шарика

Ответ. Перед ударом кинетические энергии шариков одинаковы, так как они падают с одной высоты. Но при ударе о плиту и о песок энергия превращается по-разному.

• О стальную плиту: удар почти упругий. Кинетическая энергия переходит в энергию упругой деформации, а затем снова в кинетическую — шарик отскакивает. Небольшая часть энергии уходит в тепло и звук.
• В песок: удар неупругий. Кинетическая энергия переходит во внутреннюю энергию и в работу по деформации песка; механическая энергия не возвращается, шарик застревает.

Вывод: в первом случае механическая энергия в основном сохраняется, во втором — почти полностью превращается во внутреннюю.

4. Натирание трубки с эфиром

Ответ. Механическая работа рук увеличивает внутреннюю энергию трубки и эфира. Эфир испаряется, давление пара растёт, и пар, совершая работу, выталкивает пробку. При этом внутренняя энергия пара переходит в кинетическую и потенциальную энергию пробки, а при быстром расширении пар охлаждается — часть его конденсируется, образуя туман.

Цепочка превращений: \[ \text{работа рук} \to \text{внутренняя энергия эфира} \to \text{работа пара} \to E_k \text{ и } E_p \text{ пробки} \]

Проверка. Во всех четырёх явлениях механическая энергия не исчезает: она переходит во внутреннюю энергию, работу или звук. В упругом ударе (пункт 3) большая часть энергии возвращается в механическую форму.

Упражнение 10, пункты 1–4 (кратко)

1. Молот копра. \(E_p = mgh \to E_k = \frac{mv^2}{2}\) при падении; при ударе — во внутреннюю энергию (нагрев), работу по деформации и внедрению сваи, звук.

2. Торможение автомобиля. \(E_k \to\) внутренняя энергия (нагрев колодок, дисков, шин, дороги) + работа против трения; часть — в звук.

3. Два шарика. \(E_k\) перед ударом одинакова (высота одна).

• о плиту: удар почти упругий — энергия деформации возвращается в \(E_k\), шарик отскакивает; малая доля — в тепло и звук;
• в песок: удар неупругий — вся механическая энергия переходит во внутреннюю и в деформацию песка.

4. Трубка с эфиром. Работа рук \(\to\) внутренняя энергия трубки и эфира → испарение, рост давления → пар совершает работу и выталкивает пробку: внутренняя энергия пара \(\to\) \(E_k\) и \(E_p\) пробки; быстрое расширение → охлаждение → туман.

Итог: механическая энергия не исчезает — переходит во внутреннюю, работу и звук; при упругом ударе (п. 3) большая часть возвращается в механическую.

Упражнение 10, пункты 1–4 — готовые ответы

1. Молот копра забивает сваю. Потенциальная энергия поднятого молота переходит в кинетическую, а при ударе — во внутреннюю энергию (нагревание молота, сваи, грунта), в работу по деформации и погружению сваи и в звук.

2. Торможение автомобиля. Кинетическая энергия автомобиля переходит во внутреннюю энергию (нагревание тормозных колодок, дисков, шин, дороги) и в работу против сил трения; часть энергии уходит в звук.

3. Два одинаковых стальных шарика. Кинетические энергии перед ударом одинаковы, так как высота падения одна. При ударе о стальную плиту удар почти упругий: энергия деформации возвращается в кинетическую, шарик отскакивает, и лишь малая часть уходит в тепло и звук. При падении в песок удар неупругий: механическая энергия полностью переходит во внутреннюю энергию и в работу по деформации песка, шарик застревает.

4. Натирание трубки с эфиром. Работа рук увеличивает внутреннюю энергию трубки и эфира, эфир испаряется, давление пара растёт. Пар совершает работу и выталкивает пробку: его внутренняя энергия переходит в кинетическую и потенциальную энергию пробки. При быстром расширении пар охлаждается, часть его конденсируется — появляется туман.

На скриншоте две формулы энергии — это как раз то, что нужно для пункта 1:

\(E_p = mgh\) — потенциальная энергия

Энергия тела, поднятого над землёй:

• \(m\) — масса тела, кг;
• \(g \approx 9{,}8\) Н/кг (в задачах часто округляют до \(10\));
• \(h\) — высота над выбранным уровнем (обычно над землёй), м.

Смысл: чем тяжелее тело и чем выше поднято, тем больше энергии запасено. Молот копра подняли — у него появился запас \(E_p\).

\(E_k = \dfrac{mv^2}{2}\) — кинетическая энергия

Энергия движущегося тела:

• \(m\) — масса, кг;
• \(v\) — скорость, м/с.

Смысл: энергия движения. Обратите внимание на \(v^2\): при удвоении скорости энергия растёт в 4 раза.

Что означает стрелка \(\to\)

Это переход одного вида энергии в другой при падении молота: пока он наверху — у него \(E_p\); падает — высота уменьшается, а скорость растёт, то есть \(E_p\) переходит в \(E_k\).

Если сопротивлением воздуха пренебречь, вся потенциальная энергия переходит в кинетическую: \[ mgh = \frac{mv^2}{2} \] Масса сокращается, и получаем скорость у земли: \[ v = \sqrt{2gh} \] Например, при \(h = 5\) м и \(g = 10\): \(v = \sqrt{2 \cdot 10 \cdot 5} = 10\) м/с.

Проверка: размерности сходятся — \(mgh\) даёт кг·м/с²·м = Дж, и \(\frac{mv^2}{2}\) тоже даёт Дж.

Опыт с трубкой и эфиром: что происходит и почему

Что наблюдаем

Стеклянную трубку с небольшим количеством эфира закрывают пробкой и энергично натирают (трут верёвкой, тканью, ладонями). Через некоторое время пробка с шумом вылетает, а из трубки вырывается облачко тумана.

По шагам — и что происходит с энергией

1. Натирание. Руки (или верёвка) совершают работу против сил трения. Механическая работа переходит во внутреннюю энергию трубки и эфира — они нагреваются.

2. Испарение. Эфир — легкокипящая жидкость (кипит уже при ≈ 35 °C), поэтому он быстро испаряется. На испарение расходуется внутренняя энергия, но она же и пополняется за счёт трения: эфира становится всё больше в виде пара.

3. Рост давления. Пар заполняет трубку, и давление насыщенного пара растёт вместе с температурой. Пар давит на пробку — и совершает работу по её выталкиванию.

4. Вылет пробки. Внутренняя энергия пара переходит в кинетическую энергию пробки (и струи пара), а также в потенциальную энергию, если пробка поднимается, и частично в звук.

5. Туман. Пар вырвался наружу и быстро расширился, совершив работу. Энергия на эту работу берётся из внутренней энергии самого пара, поэтому пар охлаждается. При охлаждении часть пара конденсируется в мельчайшие капельки — они и видны как туман.

Цепочка превращений

\[ \text{работа рук} \to \text{внутренняя энергия эфира} \to \text{работа пара} \to E_k \text{ пробки} + \text{туман} \]

Главная мысль

Внутренняя энергия — это не «что-то внутри», а энергия движения и взаимодействия частиц: её можно увеличить механической работой (потереть) и снова превратить в движение целого тела (пробки). Туман — наглядное доказательство того, что пар при расширении охлаждается.

Важное замечание

Эфир легко воспламеняется, и опыт повторять дома нельзя — его показывает только учитель. По той же схеме можно понять и «облако в бутылке»: воздух с водяным паром быстро расширяется → охлаждается → пар конденсируется в капельки.

Проверка. Все переходы согласуются с законом сохранения энергии: сколько энергии внесли работой при натирании, столько ушло на нагрев, испарение, работу пара, движение пробки, звук и в конечном счёте — в тепло окружающей среде.

Упражнение 11, пункты 1–5

1. Будет ли плавиться свинец в расплавленном олове?

Ответ: нет, если олово нагрето только до своей температуры плавления.

Обоснование. По таблице 3:

• \(t_{\text{пл}}\) олова \(= 232\ ^\circ\text{C}\);
• \(t_{\text{пл}}\) свинца \(= 327\ ^\circ\text{C}\).

Расплавленное олово при \(232\ ^\circ\text{C}\) холоднее, чем нужно для плавления свинца. Свинец нагреется, но останется твёрдым. Если олово специально перегреть выше \(327\ ^\circ\text{C}\), тогда свинец расплавится.

2. Можно ли в алюминиевом сосуде расплавить цинк?

Ответ: да, можно.

Обоснование.

• \(t_{\text{пл}}\) цинка \(= 420\ ^\circ\text{C}\);
• \(t_{\text{пл}}\) алюминия \(= 660\ ^\circ\text{C}\).

Чтобы цинк расплавился, сосуд нужно нагреть примерно до \(420\ ^\circ\text{C}\). Алюминий при этой температуре ещё твёрдый, поэтому сосуд не расплавится.

3. Сравните температуры плавления твёрдой ртути и твёрдого спирта

Ответ: у ртути температура плавления выше.

По таблице 3: \[ t_{\text{пл}}(\text{ртуть}) = -39\ ^\circ\text{C}, \qquad t_{\text{пл}}(\text{спирт}) = -114\ ^\circ\text{C}. \] Так как \(-39 > -114\), ртуть плавится при более высокой температуре — на \(75\ ^\circ\text{C}\) выше, чем спирт.

4. Почему в холодных районах используют спиртовые термометры, а не ртутные?

Ответ: потому что ртуть замерзает при \(-39\ ^\circ\text{C}\) и в сильный мороз становится твёрдой — термометр перестаёт работать. Спирт остаётся жидким до \(-114\ ^\circ\text{C}\), поэтому подходит для измерения очень низких температур.

5. Самый легкоплавкий и самый тугоплавкий металл

Ответ:

• самый легкоплавкий — ртуть: \(t_{\text{пл}} = -39\ ^\circ\text{C}\) (при комнатной температуре она жидкая);
• самый тугоплавкий — вольфрам: \(t_{\text{пл}} = 3387\ ^\circ\text{C}\).

Краткий итог: плавление возможно только при достижении температуры плавления; если окружающее тело холоднее этой температуры, вещество останется твёрдым. Именно поэтому свинец в олове не плавится, а цинк в алюминиевом сосуде — плавится.

Упражнение 11, пункты 1–5 — кратко

1. Свинец в расплавленном олове — нет: олово плавится при 232 °C, а свинец — при 327 °C.

2. Цинк в алюминиевом сосуде — да: цинк плавится при 420 °C, алюминий — при 660 °C, сосуд останется целым.

3. Ртуть и спирт — у ртути температура плавления выше: −39 °C против −114 °C у спирта.

4. Спиртовой термометр вместо ртутного — ртуть замерзает при −39 °C, а спирт остаётся жидким до −114 °C.

5. Металлы — самый легкоплавкий: ртуть (−39 °C); самый тугоплавкий: вольфрам (3387 °C).

Упражнение 11, пункты 1–5 — чуть подробнее

1. Свинец в расплавленном олове. Нет, не расплавится. Олово плавится при 232 °C, свинец — при 327 °C. Жидкое олово при своей температуре плавления холоднее, чем нужно для плавления свинца: свинец только нагреется до 232 °C и останется твёрдым. Расплавится он лишь в том случае, если олово специально перегреть выше 327 °C.

2. Цинк в алюминиевом сосуде. Да, можно. Цинк плавится при 420 °C, алюминий — при 660 °C. Чтобы расплавить цинк, сосуд достаточно нагреть примерно до 420 °C, и алюминий при этом ещё твёрдый, так что посуда не пострадает.

3. Твёрдая ртуть и твёрдый спирт. У ртути температура плавления выше: −39 °C против −114 °C у спирта. То есть ртуть на 75 °C «тугоплавче» спирта: при −50 °C ртуть уже твёрдая, а спирт ещё жидкий.

4. Почему в холодных районах спиртовые термометры. В сильный мороз (ниже −39 °C) ртуть затвердевает, и ртутный термометр выходит из строя. Спирт остаётся жидким до −114 °C, поэтому им можно измерять очень низкие температуры; его и используют на Севере и в Арктике.

5. Самый легкоплавкий и самый тугоплавкий металлы. Легкоплавкий — ртуть: плавится при −39 °C, поэтому при комнатной температуре она жидкая. Тугоплавкий — вольфрам: 3387 °C, из него делают нити накаливания ламп.

Общий вывод. Плавление идёт только при достижении температуры плавления. Если окружающее вещество холоднее этой температуры, тело останется твёрдым — отсюда ответы 1 и 3. И наоборот, если температура плавления вещества ниже, чем у сосуда, то расплавить его в этом сосуде можно (ответ 2).

Упражнение 11, пункты 1–5 — покороче

1. Свинец в расплавленном олове — нет. Олово плавится при 232 °C, свинец — при 327 °C, поэтому жидкое олово свинец не расплавит, а только нагреет.

2. Цинк в алюминиевом сосуде — да. Цинк плавится при 420 °C, алюминий — при 660 °C, сосуд останется твёрдым.

3. Ртуть и спирт — у ртути температура плавления выше: −39 °C против −114 °C у спирта.

4. Спиртовой термометр на Севере — ртуть замерзает при −39 °C и прибор ломается, а спирт остаётся жидким до −114 °C.

5. Металлы — легкоплавкий: ртуть (−39 °C); тугоплавкий: вольфрам (3387 °C).

Вывод: вещество плавится только при своей температуре плавления — поэтому свинец в олове не плавится, а цинк в алюминии плавится.