Какова температура капли воды, которая падает на землю с высоты 420 м, если вся её кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю?

Физика 11 класс Превращение энергии температура капли воды высота 420 м кинетическая энергия преобразование энергии физика 11 класс Новый

Чтобы найти температуру капли воды, которая падает на землю с высоты 420 м, нам нужно рассмотреть, как кинетическая энергия капли преобразуется во внутреннюю энергию. Мы будем использовать закон сохранения энергии.

1. **Определим кинетическую энергию капли воды**. Кинетическая энергия (KE) определяется по формуле:

KE = (m * v^2) / 2

где m - масса капли, v - скорость капли при падении.

2. **Найдем скорость капли в момент удара о землю**. Для этого воспользуемся уравнением движения с постоянным ускорением (в данном случае ускорением свободного падения g ≈ 9.81 м/с²). Скорость капли можно найти по формуле:

v = sqrt(2 * g * h)

где h - высота падения (420 м).

Подставим значения:

• g = 9.81 м/с²
• h = 420 м

v = sqrt(2 * 9.81 * 420)

3. **Вычислим скорость v**:

v = sqrt(2 * 9.81 * 420) ≈ sqrt(8256.6) ≈ 90.9 м/с

4. **Теперь подставим значение скорости в формулу для кинетической энергии**:

KE = (m * (90.9)^2) / 2

Для дальнейших вычислений нам потребуется масса капли воды. Предположим, что масса капли составляет 0.01 кг (10 грамм), что является типичной массой для капли дождя.

5. **Вычислим кинетическую энергию**:

KE = (0.01 * (90.9)^2) / 2 ≈ (0.01 * 8265.81) / 2 ≈ 41.33 Дж

6. **Теперь определим, как эта энергия преобразуется во внутреннюю энергию и, следовательно, в температуру воды**. Изменение внутренней энергии (ΔU) связано с изменением температуры (ΔT) по формуле:

ΔU = m * c * ΔT

где c - удельная теплоемкость воды (приблизительно 4200 Дж/(кг·°C)).

7. **Теперь можем выразить изменение температуры**:

ΔT = ΔU / (m * c)

Подставим известные значения:

ΔT = 41.33 / (0.01 * 4200)

8. **Вычислим изменение температуры**:

ΔT = 41.33 / 42 ≈ 0.983 °C

9. **Таким образом, если капля воды была изначально при температуре 20 °C (стандартная температура), то её температура при ударе о землю составит**:

Т = 20 + ΔT ≈ 20 + 0.983 ≈ 20.98 °C

Итак, температура капли воды, которая падает на землю с высоты 420 м, составляет примерно 20.98 °C.