Номер 1, страница 180 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

1. На каких примерах можно показать, что работа и энергия связаны друг с другом?

Связь между работой и энергией является одним из фундаментальных принципов физики, который можно продемонстрировать на множестве примеров из повседневной жизни и техники. Основная идея заключается в том, что работа является мерой передачи или преобразования энергии. Если над телом совершается работа, его энергия изменяется. Этот принцип выражается, в частности, теоремой о кинетической энергии, которая гласит, что работа всех сил, действующих на тело, равна изменению его кинетической энергии $A = \Delta E_k$.

Рассмотрим несколько конкретных примеров:

1. Поднятие тела над землей

Когда мы поднимаем какой-либо предмет, например, книгу, с пола на полку, мы совершаем работу против силы тяжести. Чтобы поднять книгу массой $m$ на высоту $h$, необходимо приложить силу $F$, равную по модулю силе тяжести $mg$. Работа, совершаемая при этом, равна $A = Fh = mgh$. Эта работа не исчезает бесследно. Она преобразуется в потенциальную энергию книги, которая увеличивается на величину $\Delta E_p = mgh$. Таким образом, совершенная нами работа в точности равна приросту потенциальной энергии книги. Если затем книга упадет с полки, эта запасенная потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию движения.

Ответ: Совершенная работа по поднятию тела преобразуется в его потенциальную энергию.

2. Разгон автомобиля

Двигатель автомобиля создает силу тяги, которая, действуя на определенном расстоянии, совершает работу. Эта работа идет на увеличение скорости автомобиля, то есть на увеличение его кинетической энергии $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Когда водитель нажимает на педаль газа, двигатель совершает большую работу, что приводит к быстрому росту кинетической энергии. И наоборот, при торможении сила трения (в тормозных колодках и между шинами и дорогой) совершает отрицательную работу, в результате чего кинетическая энергия автомобиля уменьшается и переходит в тепловую энергию. Величина совершенной работы силой тяги (за вычетом работы сил сопротивления) равна изменению кинетической энергии автомобиля.

Ответ: Работа, совершаемая силой тяги двигателя, преобразуется в кинетическую энергию автомобиля.

3. Стрельба из лука

Когда лучник натягивает тетиву лука, он совершает работу, прикладывая силу на расстоянии, равном натяжению тетивы. Эта работа запасается в согнутых плечах лука и натянутой тетиве в виде потенциальной энергии упругой деформации. Формула для потенциальной энергии упруго деформированного тела (в данном случае лука) имеет вид $E_p = \frac{kx^2}{2}$, где $k$ - жесткость системы, а $x$ - величина деформации. Когда лучник отпускает тетиву, эта запасенная потенциальная энергия быстро освобождается и совершает работу по разгону стрелы, превращаясь в кинетическую энергию стрелы.

Ответ: Работа, совершённая при натягивании тетивы лука, запасается в виде потенциальной энергии, которая затем преобразуется в кинетическую энергию стрелы.

4. Работа гидроэлектростанции

На гидроэлектростанциях используется энергия падающей воды. Вода, находящаяся на большой высоте за плотиной, обладает значительной потенциальной энергией $E_p = mgh$. Падая вниз по трубам, вода теряет свою потенциальную энергию, которая под действием силы тяжести преобразуется в кинетическую энергию. Поток воды совершает работу, вращая лопасти турбины. Турбина, в свою очередь, вращает ротор электрогенератора, который совершает работу по созданию электрического тока. Таким образом, происходит целая цепочка преобразований: потенциальная энергия воды $\rightarrow$ кинетическая энергия воды $\rightarrow$ работа по вращению турбины $\rightarrow$ работа по генерации электрической энергии.

Ответ: Потенциальная энергия воды совершает работу по вращению турбин, которая преобразуется в электрическую энергию.