Вопрос школьника
Теннисный шарик радиусом R = 15 мм и массой m = 5 г погрузили в воду на глубину h1 = 30 см. Когда шарик отпустили, он выпрыгнул из воды на высоту h2 = 10 см. Какая энергия перешла в теплоту вследствие трения шарика о воду
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон сохранения энергии. При погружении шарика в воду, его потенциальная энергия уменьшается на величину mgh1, где m — масса шарика, g — ускорение свободного падения, h1 — глубина погружения. При выходе шарика из воды, его потенциальная энергия увеличивается на величину mgh2, где h2 — высота, на которую шарик поднялся. Также при движении шарика в воде возникает сила трения, которая приводит к тому, что часть энергии переходит в теплоту.
Из закона сохранения энергии следует, что потенциальная энергия на выходе из воды должна быть равна потенциальной энергии на входе в воду, уменьшенной на энергию, потерянную на трение:
mgh2 = mgh1 — Wтр
где Wтр — работа силы трения, которая перешла в теплоту.
Выразим Wтр:
Wтр = mgh1 — mgh2
Подставим известные значения:
Wтр = 0,005 кг * 9,81 м/с^2 * 0,3 м — 0,005 кг * 9,81 м/с^2 * 0,1 м = 0,0147 Дж
Таким образом, энергия, перешедшая в теплоту вследствие трения шарика о воду, составляет 0,0147 Дж.
