Вопрос школьника
Мяч массой m падает на пол с высоты h1 и подпрыгивает на высоту h2. Определить изменение внутренней энергии мяча ΔU в момент удара, если коэффициент преобразования механической энергии в тепло равен ζ
Ответ от учителя
Первоначально мяч имеет потенциальную энергию, равную mgh1, где m — масса мяча, g — ускорение свободного падения, h1 — высота, с которой мяч падает на пол. При ударе мяч теряет часть своей механической энергии в виде тепла, которое передается окружающей среде. Коэффициент преобразования механической энергии в тепло ζ показывает, какая доля механической энергии мяча превращается в тепло.
После удара мяч подпрыгивает на высоту h2, при этом его кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию. Потенциальная энергия мяча на высоте h2 равна mgh2. Таким образом, изменение механической энергии мяча равно:
ΔE = mgh2 — mgh1
Часть этой энергии превращается во внутреннюю энергию мяча, которая связана с его внутренними свойствами, такими как температура, внутреннее движение молекул и т.д. Доля механической энергии, которая превращается во внутреннюю энергию, равна ζ. Тогда изменение внутренней энергии мяча будет равно:
ΔU = ζΔE
Таким образом, изменение внутренней энергии мяча при ударе на пол можно определить, зная массу мяча, высоты падения и подпрыгивания, а также коэффициент преобразования механической энергии в тепло.
