The solution at revision #13672 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

2.4.29. Предлагается наполнять вагоны поезда углем на ходу. Найдите дополнительную работу, совершаемую двигателем локомотива при засыпке угля массы , если скорость поезда постоянна и равна . Сравните эту работу с кинетической энергией, которую получил погруженный уголь. Почему эти величины оказываются различны?

Решение

Уголь до погрузки покоился относительно земли, то есть его начальная скорость была . После засыпки уголь приобретает скорость , равную скорости поезда. Изменение импульса угля:

Сила, приложенная к углю для его разгона, передается от вагона, а следовательно, и от локомотива. Это значит, что двигатель локомотива должен совершить дополнительную работу.

После засыпки уголь начинает двигаться со скоростью , поэтому его кинетическая энергия становится:

кин

Работа , совершаемая локомотивом для разгона угля, выражается через силу и пройденный путь:

Используя второй закон Ньютона, запишем:

Так как путь, пройденный углем во время разгона, равен , работа локомотива:

Видно, что работа локомотива вдвое больше, чем кинетическая энергия угля. Дело в том, что при погрузке угля в системе присутствуют потери энергии, связанные с перераспределением импульса между камнями угля при падении в вагон, трением и неупругими ударами угля о вагон., то есть эта энергия идёт на увеличение внутренней энергии системы вагон-уголь.

Ответ

Половина работы идет на увеличение внутренней энергии.