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压缩弹簧固定

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压缩弹簧固定

如果把一根弹簧压缩固定并投入硫酸溶解的话,它的弹性势能去哪了?

答:这是一个能量守恒的经典案例,弹簧的弹性势能,最终都转化为硫酸溶液的内能了!要解释这个问题,需要一点微观物理学的知识,金属铜由铜原子组成,铜原子本身又由原子核与电子组成;其中原子核带正电,电子带负电,导致相邻原子间的作用力变得非常复杂。

对于相邻的两个铜原子(化合物则为分子),可以用下图来表示它们之间的排斥力和吸引力,还有相对势能:对于高中理科的童鞋,这两幅图应该非常熟悉,我们就用它来解释题目的疑问。

铜弹簧被压缩,在微观上就是铜原子之间的间隙减小,微观上产生排斥力,排斥力的合力就是弹簧的伸张力,铜原子之间的平均距离小于r0,分子(铜原子)势能为正。

然后我们把压缩的铜弹簧,放置在硫酸溶液当中,铜弹簧会逐渐溶解掉,我们分解成离散模型来解释:理想情况下:第一个铜原子被溶解时,它原本与其他铜原子的相对势能减小,必定造成这个铜原子的动能增加,然后和其他分子或者原子的碰撞过程中,这部分动能就会转变为整个溶液的内能。

同样,第二个、第三个……第n个铜原子,也会把原有储存的势能,释放到硫酸溶液中,转化为整个溶液的内能,于是题目疑问就得到了解释。

好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

这问题问的有点意思。

单从弹簧的角度上看,弹簧被压缩后,由于弹簧的弹性变形也就储存了一定的变形能,即题主说的弹性势能。

当弹簧被硫酸溶解后,这变形能好像无影无踪了,这显然和能量守恒相矛盾。

其实这个问题很简单,答案就在提出的问题之中。

题目中也说到,弹簧是在被压缩的情况下,放入硫酸的,压缩被固定。

但没提到弹簧是怎样固定的。

其实无论怎样固定,固定物必然同时受到和弹簧大小相同,方向相反的力。

比如可以用一个夹具,也可以用一条绳索。

它们在固定弹簧的同时,一样会产生变形。

当弹簧被慢慢腐蚀的时候,随着弹簧力的减小,作用在夹具或绳索上的力也会变小,而且力的作用点会有一定的位移,方向和力的方向相反,也就是作用在夹具或绳索上的力作了负功。

说到这里问题就清楚了,也就是当弹簧被腐蚀的时候,弹簧储存的能量,释放在夹具或绳索的变形上了。

即使夹具或绳索也被腐蚀,但是这个过程是必然存在的。

当弹簧中的分子之间的位移,由于腐蚀发生变化的时候,还有少量的变形能变成为热量散发(不考虑化学能),不过这部分能量所占比例很小。

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