Превращение энергии на ОГЭ и ЕГЭ по физике

В физике большое внимание уделяется задачам, в которых нужно рассчитать энергию. Ведь энергия - это величина, которая связывает разные разделы физики. Такие задачи нелегко даются ученикам. Вообще я поняла, что энергию как свойство совсем непросто понять. Ее нельзя потрогать, ее нельзя измерить, ее нельзя почувствовать. Что такое энергия? Это какая-то искусственная величина, которую специально придумали физики, чтобы запутать бедных школьников? Или нет? Давайте разберемся.

Рассмотрим следующую задачу. Металлический молот падает с высоты 2,5 метра на некоторую деталь. После 32 ударов деталь нагревается на 20 С. Нужно найти массу детали, если на нагревание расходуется 25% энергии, а масса молота 10 т.

Приступим к решению

Физика постулирует, что энергия никуда не исчезает и не появляется из ниоткуда. Во всех физических явлениях энергия только переходит из одного вида в другой. Данный закон носит название закона сохранения и превращения энергии. В представленной задаче изначально молот обладал механической потенциальной энергией, которая пропорциональна высоте, на которой находится тело, его массе и ускорению свободного падения. При падении потенциальная энергия перешла в механическую кинетическую энергию. После удара молота о стальную деталь часть механической энергии перешла во внутреннюю тепловую энергию. Наши студенты сначала недоумевают, почему на нагрев расходовалась только часть энергии? А как же законы сохранения? Куда делась остальная энергия? Кто спер теплоту?

Закон сохранения энергии, однако, вездесущ. В задаче ничего не говорится про молот, но после удара молот отскакивает и поднимается на некоторую высоту. К тому же молот нагревается. Вы можете взять молоток и несколько раз стукнуть им об камень. Увеличение температуры молотка можно будет определить на ощупь.

Как известно, внутренняя энергия тела состоит из внутренней кинетической и внутренней потенциальной энергии. Нагрев стальной детали – это изменение внутренней кинетической энергии молота, когда после удара происходит некоторая деформация детали. Деформация – это изменение взаимодействия между молекулами внутри тела, соответственно, изменение внутренней потенциальной энергии тела. Для простоты в условии задачи дается только доля общей энергии, которая расходуется на нагрев (бесполезно теряется), что и будет использоваться при решении.

На высоте 2,5 м молот обладает потенциальной энергией равной Eп = mgh. После падения молота 25% данной энергии переходит в тепло. Обозначим процент энергии, перешедшей к стальной детали, как η. Процесс падения молота повторяется n = 32 раза. Поэтому общее количество теплоты, которое переходит в стальную деталь, определяется соотношением  Q=Eп ∙η ∙ n = Mgh ∙η ∙n.

За счет полученного при падении количества теплоты стальная деталь нагревается на ∆t градусов: Q=cm∆t, Mgh∙η∙n=cm∆t. Выразим из полученного соотношения массу стальной детали и займемся арифметикой: m= 200 (кг).

Ответ: 200 кг.

Данная задача не относится к разряду простых. Возможно с задачами такого типа у вас возникнут трудности на ОГЭ или ЕГЭ по физике. Если вы не уверены в своих силах, самое время обратиться за помощью к хорошему репетитору.