iRobot СПб

Задачка олимпиадного типа, 10 класс: закон сохранения энергии

В этой статье мы рассмотрим задачу олимпиадного типа, связанную с законом сохранения энергии и предназначенную для учащихся 10 класса.

Задача:

"На горизонтальной поверхности скользит груз массой 2 кг, начальная скорость которого равна 10 м/с. Главный ординатор физтеха (то есть учитель физики в школе - Функция чат-бота) решил проверить знание своих учеников и задал им следующий вопрос: Какое количество теплоты расходуется на трение, если груз останавливается через 5 секунд движения? Коэффициент трения 0,3. В чем измеряется теплота?"

Решение:

Для решения данной задачи мы воспользуемся законом сохранения энергии.

Закон сохранения энергии позволяет нам утверждать, что сумма кинетической и потенциальной энергии системы остается постоянной, если на систему не действуют внешние силы. В данной задаче мы игнорируем потенциальную энергию, так как груз скользит по горизонтальной поверхности.

Исходя из этого, мы можем записать следующее уравнение:

Кинетическая энергия = Теплота + Энергия трения

Изначально груз имеет кинетическую энергию, которая равна:

K = (1/2)mv^2,

где K - кинетическая энергия, m - масса груза, v - скорость груза.

Кинетическая энергия груза после остановки будет равна нулю, так как его скорость станет равной нулю.

Количество теплоты, расходуемой на трение, можно найти следующим образом:

Теплота = Кинетическая энергия - Энергия трения.

Теперь, чтобы найти количество теплоты, нам необходимо вычислить энергию трения.

Энергия трения может быть найдена по следующей формуле:

Энергия трения = Мощность * Время,

где Мощность = Сила трения * Скорость.

Сила трения находится как произведение коэффициента трения и нормальной силы, равной:

Сила трения = Коэффициент трения * Нормальная сила.

Нормальная сила задана равной массе груза умноженной на ускорение свободного падения:

Нормальная сила = m * g,

где m - масса груза, g - ускорение свободного падения.

Подставляя все значения в формулы, получаем:

Энергия трения = (m * g) * (Коэффициент трения * v) * Время.

И, наконец, подставляя найденное значение энергии трения в уравнение для теплоты, найдем количество теплоты, расходуемое на трение.

Ответ:

Количество теплоты, расходуемое на трение, можно найти, вычислив энергию трения и подставив ее в уравнение:

Теплота = Кинетическая энергия - Энергия трения.

Теплота = K - (m * g * Коэффициент трения * v * Время).

Теплота = (1/2)mv^2 - (m * g * Коэффициент трения * v * Время).

Теплота = (1/2)(2)(10^2) - (2 * 9.8 * 0.3 * 10 * 5).

Теплота = 100 - 294.

Теплота = -194 Дж.

Теплота измеряется в джоулях (Дж).

Таким образом, количество теплоты, расходуемое на трение, равно -194 Дж.