Номер 1, страница 15 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 1. Научный метод познания. Параграф 3. Метод моделирования. Задания и упражнения - номер 1, страница 15.

Условие.

1. Шарик, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити, совершает свободные колебания. Полная механическая энергия колеблющегося шарика равна 0,06 Дж.

а) Чему равна потенциальная энергия шарика при максимальном отклонении от положения равновесия?

б) Какая макромодель используется в данной задаче?

Решение.

Дано:

Полная механическая энергия $E_{полн} = 0,06$ Дж

Найти:

a) $E_{п,макс}$ - ?

б) Макромодель - ?

Решение:

а) Чему равна потенциальная энергия шарика при максимальном отклонении от положения равновесия?

Полная механическая энергия тела представляет собой сумму его кинетической и потенциальной энергий:

$E_{полн} = E_к + E_п$

В задаче указано, что шарик совершает свободные колебания. Это означает, что мы пренебрегаем силами трения и сопротивления воздуха. В такой идеализированной системе полная механическая энергия сохраняется, то есть $E_{полн} = const$.

В точке максимального отклонения от положения равновесия (амплитудное положение) шарик на мгновение останавливается, и его скорость становится равной нулю ($v = 0$).

Кинетическая энергия шарика, которая вычисляется по формуле $E_к = \frac{mv^2}{2}$, в этой точке также равна нулю.

Следовательно, в точке максимального отклонения вся полная механическая энергия переходит в потенциальную:

$E_{полн} = 0 + E_{п,макс}$

$E_{п,макс} = E_{полн} = 0,06$ Дж.

Ответ: потенциальная энергия шарика при максимальном отклонении равна 0,06 Дж.

б) Какая макромодель используется в данной задаче?

В данной задаче используется идеализированная физическая модель, которая называется математический маятник.

Эта модель включает в себя следующие допущения:

• Шарик рассматривается как материальная точка, то есть тело, размерами и формой которого можно пренебречь, а вся его масса считается сосредоточенной в одной точке.
• Нить является невесомой (ее масса равна нулю) и нерастяжимой (ее длина не изменяется в процессе колебаний).
• Колебания считаются свободными, то есть отсутствуют силы трения и сопротивление воздуха.

Ответ: в задаче используется макромодель "математический маятник" (материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити).