В цилиндре диаметром 0,6 м содержится 0,4 м3 воздуха при давлении 0,25 МПа и температуре t1 = 35 0С. До какой температуры (t2) должен быть нагрет воздух при постоянном давлении, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 0,4 м? ответ: t2=122 C
Такое явление обнаружили еще древние люди. И извлекли из него пользу, добывая огонь трением. Через много веков ученые поняли, что в результате трения механическая энергия превращается в тепловую энергию. В 1798 году Бенджамин Томпсон (он же граф Румфорд) по долгу службы осуществлял надзор за сверлением пушек на военном заводе. Процесс сверления жерла в отливке был трудоемким, сверло приводилось в движение лошадьми. Томпсон видел, что при сверлении металл сильно нагревается. Тогда он начал проводить целенаправленные опыты: ствол пушки сверлили под водой, которая нагревалась, а потом закипала. При этом для закипания определенного объема воды требовалось одно и то же время. Так Томпсон понял, что работа, выполняемая лошадьми, превращается в теплоту. В последующем точные опыты Джеймса Джоуля установили "механический эквивалент теплоты": 427 килограммометров работы эквивалентно одной килокалории теплоты.
Давайте обсудим конкретный пример полет мяча, подброшенного с поверхности Земли вертикально вверх. В момент броска человек, бросающий мяч, придает ему начальную скорость V , то есть мяч изменяет свою кинетическую энергию от нуля до величины Е = mV2/2. Эту энергию он получает от руки человека, которая приводится в движение мышцами. Другими словами, кинетическая энергия сокращения мышцы (то есть движения ее концов навстречу друг другу) превращается в кинетическую энергию движения руки с зажатым в ней мячем. Затем камень отделяется от руки, унося с собой некоторую часть этой кинетической энергии. Рука после этого тормозится другими мышцами тела, при этом ее кинетическая энергия превращается в тепло (кто не верит, может вспомнить, как согревался в холодную погоду, "дрожа мелкой дрожью", то есть сокращая мышцы своего тела). Брошенный мяч камень летит вверх, при этом его скорость уменьшается, а высота над землей увеличивается (то есть кинетическая энергия камня превращается в потенциальную). В верхней точке траектории кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная максимальна. Затем начинается обратное превращение: высота уменьшается, скорость увеличивается. В момент возвращения в точку броска скорость мяча равна скорости в момент броска, то есть его кинетическая энергия вернулась к начальному значению, а потенциальная энергия равна нулю. На самом деле последнее утверждения неточно: скорость (и полная энергия) мяча немного уменьшилась из-за того, что летящий мяч расталкивал молекулы воздуха, передавая им часть своей энергии. Как сказал бы физик, произошла потеря части энергии на трение о воздух.
