Номер 1, страница 177, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава III. Законы сохранения в механике. Параграф 18. Закон сохранения энергии в механике - номер 1, страница 177.

Условие.

°1. Шар брошен вертикально вверх.

a) Как изменяются кинетическая и потенциальная энергии шара во время его полёта?

б) В результате взаимодействия с каким телом изменяются кинетическая и потенциальная энергии шара?

На этом примере мы видим, что уменьшение потенциальной энергии сопровождается увеличением кинетической энергии, а увеличение потенциальной энергии сопровождается уменьшением кинетической энергии. Поэтому можно предположить, что механическая энергия, то есть сумма потенциальной и кинетической энергий, остаётся неизменной. Как мы сейчас увидим, это предположение справедливо только при определённых условиях.

Решение 2.

а) Как изменяются кинетическая и потенциальная энергии шара во время его полёта?

Полёт шара, брошенного вертикально вверх, можно условно разделить на две части: подъём и падение.

При подъёме: По мере движения вверх скорость шара $\text{v}$ уменьшается под действием силы тяжести, достигая нуля в наивысшей точке траектории. Так как кинетическая энергия зависит от скорости ($E_k = \frac{mv^2}{2}$), она тоже уменьшается, превращаясь в потенциальную энергию. Высота шара $\text{h}$ над землёй, наоборот, увеличивается. Потенциальная энергия, которая зависит от высоты ($E_p = mgh$), соответственно, возрастает и достигает своего максимального значения в верхней точке полёта.

При падении: С верхней точки траектории шар начинает падать, и его скорость $\text{v}$ увеличивается. Это приводит к увеличению его кинетической энергии $E_k$. Одновременно высота $\text{h}$ уменьшается, что вызывает уменьшение потенциальной энергии $E_p$. В этом случае потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Таким образом, в процессе всего полёта (если пренебречь сопротивлением воздуха) происходит непрерывное взаимное превращение энергий: при движении вверх кинетическая энергия переходит в потенциальную, а при движении вниз — потенциальная обратно в кинетическую.

Ответ: При движении шара вверх его кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная — увеличивается. При движении вниз кинетическая энергия увеличивается, а потенциальная — уменьшается.

б) В результате взаимодействия с каким телом изменяются кинетическая и потенциальная энергии шара?

Изменение как кинетической, так и потенциальной энергии шара происходит из-за его гравитационного взаимодействия с планетой Земля.

Потенциальная энергия $E_p = mgh$ является энергией взаимодействия в системе «шар–Земля». Она изменяется, потому что меняется расстояние (высота) между шаром и центром Земли.

Кинетическая энергия $E_k = \frac{mv^2}{2}$ изменяется под действием силы тяжести ($F_т = mg$), которая является силой притяжения шара к Земле. Эта сила совершает работу: при подъёме работа отрицательна (скорость уменьшается), а при падении — положительна (скорость увеличивается). Изменение работы силы тяжести приводит к изменению кинетической энергии шара.

Ответ: В результате взаимодействия с Землёй.