Задание №19 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос задачи воспользуемся законом сохранения и превращения энергии. В обоих случаях начальная механическая энергия шариков одинакова, так как они имеют равные массы и находятся на одной высоте.

1. Анализ первого случая: Первый шарик падает в рыхлую землю и останавливается в ней. Это означает, что вся его начальная потенциальная энергия $E_{p} = mgh$ полностью перешла во внутреннюю энергию шарика и земли (так как кинетическая энергия в конце равна нулю, а высота конечного положения также равна нулю относительно уровня земли). Поскольку теплообменом с окружающей средой мы пренебрегаем, можно считать, что вся механическая энергия пошла на нагрев и деформацию тел.

2. Анализ второго случая: Второй шарик ударяется о камень и отскакивает на некоторую высоту $h_{1}$. В верхней точке отскока он обладает потенциальной энергией $E_{p1} = mgh_{1}$. Это означает, что во внутреннюю энергию перешла не вся начальная энергия, а только её часть, равная разности между начальной и конечной потенциальными энергиями: $\Delta U_{2} = mgh - mgh_{1}$.

3. Сравнение: В первом случае изменение внутренней энергии системы составляет $\Delta U_{1} = mgh$. Во втором случае $\Delta U_{2} = mgh - mgh_{1}$. Очевидно, что $\Delta U_{1} > \Delta U_{2}$.

4. Вывод: У первого шарика (вместе с поверхностью, с которой он взаимодействовал) внутренняя энергия изменилась на большую величину, так как он полностью растратил свой запас механической энергии, в то время как второй шарик сохранил часть энергии в виде потенциальной энергии на высоте отскока.

Ответ: Внутренняя энергия изменилась на большую величину у первого шарика.

Источник: ФИПИ