Номер 3, страница 82 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

VIII. Работа, мощность, энергия. Работаем с текстом - номер 3, страница 82.

Условие.

3. Придумайте и опишите ситуацию, в которой полная и потенциальная энергии могли бы изменяться согласно предложенным графикам.

Решение.

1 График 1 показывает зависимость полной механической энергии $E_0$ системы от времени $\text{t}$.

На графике видно, что полная механическая энергия системы не изменяется со временем, то есть $E_0 = \text{const}$. Это означает, что в системе выполняется закон сохранения полной механической энергии. Такая ситуация характерна для замкнутых систем, в которых действуют только консервативные силы (например, сила тяжести или сила упругости) и отсутствуют диссипативные силы (например, сила трения или сопротивление воздуха).

Примером такой ситуации может служить движение тела, брошенного вертикально вверх в вакууме. Во время полета его потенциальная энергия $E_п = mgh$ и кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$ непрерывно изменяются: при подъеме $E_п$ растет, а $E_к$ убывает; при падении, наоборот, $E_п$ убывает, а $E_к$ растет. Однако их сумма, полная механическая энергия $E_0 = E_п + E_к$, остается постоянной в любой момент времени.

Ответ: График 1 описывает изменение полной механической энергии в любой замкнутой консервативной системе, например, движение камня, брошенного под углом к горизонту, или колебания математического маятника при отсутствии сил трения.

2 График 2 показывает зависимость потенциальной энергии $E_п$ тела от времени $\text{t}$. Будем рассматривать потенциальную энергию тела в поле тяготения Земли, которая вычисляется по формуле $E_п = mgh$, где $\text{m}$ — масса тела, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота над условным нулевым уровнем.

Так как $\text{m}$ и $\text{g}$ являются постоянными величинами, график зависимости потенциальной энергии от времени $E_п(t)$ по своей форме идентичен графику зависимости высоты от времени $h(t)$. Проанализируем движение тела, соответствующее каждому участку графика.

На участке от $\text{0}$ до $t_1$ потенциальная энергия линейно возрастает от нуля. Это соответствует подъему тела с некоторой постоянной скоростью $v_1$ с нулевого уровня.

На участке от $t_1$ до $t_2$ потенциальная энергия постоянна. Это означает, что высота тела не меняется, то есть тело находится в состоянии покоя на достигнутой высоте.

На участке от $t_2$ до $t_3$ потенциальная энергия снова линейно возрастает, но наклон графика меньше, чем на первом участке. Это означает, что тело продолжают поднимать с постоянной скоростью $v_2$, причем $v_2 < v_1$.

На участке от $t_3$ до $t_4$ потенциальная энергия опять постоянна, но уже на максимальном уровне. Тело снова находится в состоянии покоя на новой, большей высоте.

На участке от $t_4$ до $t_5$ потенциальная энергия линейно убывает. Это означает, что тело опускают вниз с постоянной скоростью $v_3$.

Такой характер движения можно наблюдать, например, при работе подъемного крана или движении лифта с остановками.

Ответ: График 2 может описывать изменение потенциальной энергии пассажира в лифте, который сначала поднимается с постоянной скоростью ($0 - t_1$), затем останавливается на этаже ($t_1 - t_2$), продолжает подъем с меньшей скоростью ($t_2 - t_3$), снова останавливается ($t_3 - t_4$), а затем начинает спускаться с постоянной скоростью ($t_4 - t_5$).