Номер 2, страница 144 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 44. Потенциальная энергия. Глава 4. Законы сохранения в механике - номер 2, страница 144.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли определяется с точностью до некоторой постоянной величины. Это связано с тем, что физический смысл имеет не само значение потенциальной энергии, а ее изменение. Общая формула для потенциальной энергии тела массы $m$, поднятого на высоту $h$, имеет вид:

$E_p = mgh + C$

где $g$ – ускорение свободного падения, а $C$ – произвольная постоянная, значение которой зависит от выбора нулевого уровня потенциальной энергии.

Нулевой уровень потенциальной энергии – это такая высота $h_{нул}$, на которой по определению потенциальная энергия равна нулю, то есть $E_p(h_{нул}) = 0$. Подставим это условие в общую формулу:

$0 = mgh_{нул} + C$

Из этого соотношения можно выразить константу $C$ через положение нулевого уровня $h_{нул}$:

$C = -mgh_{нул}$

В условии задачи предложено считать, что $C = mgh_0$. Приравняем два полученных выражения для константы $C$:

$mgh_0 = -mgh_{нул}$

Поскольку масса $m$ и ускорение свободного падения $g$ не равны нулю, мы можем сократить обе части уравнения на $mg$:

$h_0 = -h_{нул}$

откуда получаем:

$h_{нул} = -h_0$

Этот результат показывает, как изменится положение нулевого уровня. Если мы вводим в формулу для потенциальной энергии постоянную $C = mgh_0$, то новый нулевой уровень ($E_p=0$) будет находиться на высоте $h = -h_0$ относительно того уровня, от которого мы отсчитываем высоту $h$ (то есть, где $h=0$). Например, если $h$ отсчитывается от поверхности Земли вверх, а $h_0$ — положительная величина, то нулевой уровень потенциальной энергии окажется на глубине $h_0$ под поверхностью Земли.

Ответ: Если считать, что $C = mgh_0$, то положение нулевого уровня потенциальной энергии сместится в точку с координатой $h = -h_0$ относительно исходного начала отсчета высоты.