Внутренняя… — Задание Физика 8 Класс №00049176

Обшивку никто огнём не греет, а её всё равно приходится охлаждать. Значит, лишняя энергия появляется в самом полёте. Разберёмся, откуда она берётся.

Самолёт летит быстрее звука. Воздух перед ним не успевает расступиться и сильно сжимается у носа и передних кромок крыльев. А вдоль всей обшивки воздух ещё и трётся о металл.

И при сжатии, и при трении силы совершают работу. А работа — один из двух способов изменить внутреннюю энергию. Значит, часть механической энергии самолёта переходит во внутреннюю энергию воздуха и обшивки, и температура обшивки растёт.

Почему это опасно. Сильно нагретый металл становится менее прочным, а в полёте на него действуют огромные силы. Поэтому лишнюю энергию от наружных частей отводят специальными аппаратами.

Проверим себя числом. Прикинем, на сколько мог бы нагреться воздух у самой обшивки, если его энергия движения относительно самолёта целиком станет внутренней. На $1$ кг воздуха при скорости $600$ м/с (это быстрее звука) энергия такая:

$$E=\dfrac{mv^2}{2}=\dfrac{1\cdot 600^2}{2}=180\,000\text{ Дж}$$

Удельная теплоёмкость воздуха $1000$ Дж/(кг·°С), значит, нагрев примерно такой:

$$\Delta t=\dfrac{180\,000}{1000\cdot 1}=180\text{ }{}^\circ\text{С}$$

А при скорости автомобиля $20$ м/с тот же расчёт даёт всего $\dfrac{20^2}{2\cdot 1000}=0{,}2\text{ }{}^\circ\text{С}$. Поэтому машины такого нагрева не знают, а сверхзвуковому самолёту без охлаждения не обойтись.