Теоретическое исследование, страница 188 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

Теоретическое исследование

Какое из указанных на рис. 7.31.3 тел обладает энергией относительно стола и поверхности Земли? Как эта энергия называется и какими формулами описывается? Представьте задание как письменный проект.

Рис. 7.31.3

Рис. 7.31.4. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией

Какое из указанных на рис. 7.31.3 тел обладает энергией относительно стола и поверхности Земли?

На рисунке показаны два тела одинаковой массы m, находящиеся на разной высоте. Энергия, которой они обладают благодаря своему положению в гравитационном поле Земли, является потенциальной. Величина потенциальной энергии относительна и зависит от выбора нулевого уровня (уровня, на котором энергия считается равной нулю). В задаче рассматриваются два нулевых уровня: поверхность стола и поверхность Земли.

1. Тело, стоящее на столе.

- Его высота относительно поверхности стола равна нулю. Следовательно, его потенциальная энергия относительно стола также равна нулю.

- Относительно поверхности Земли это тело поднято на высоту h₂, поэтому оно обладает потенциальной энергией.

2. Тело, подвешенное над столом.

- Это тело находится на высоте h₁ относительно поверхности стола. Следовательно, оно обладает потенциальной энергией относительно стола.

- Относительно поверхности Земли это тело находится на высоте (h₁ + h₂). Следовательно, оно также обладает потенциальной энергией относительно Земли.

Таким образом, если вопрос понимать как "какое тело обладает ненулевой энергией одновременно относительно стола и поверхности Земли", то ответом будет только подвешенное тело.

Ответ: Энергией относительно поверхности Земли обладают оба тела. Энергией относительно стола обладает только подвешенное тело. Соответственно, ненулевой потенциальной энергией одновременно и относительно стола, и относительно поверхности Земли обладает только подвешенное тело.

Как эта энергия называется и какими формулами описывается?

Энергия, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих тел (или частей одного тела) и их положением в силовом поле, называется потенциальной энергией. В данном случае, поскольку энергия вызвана притяжением тел к Земле, ее называют гравитационной потенциальной энергией.

Общая формула для расчета гравитационной потенциальной энергии тела, поднятого на некоторую высоту, имеет вид:

$E_p = mgh$

где:

m — масса тела,

g — ускорение свободного падения (константа, примерно равная $9,8 \, \text{м/с}^2$),

h — высота тела над выбранным нулевым уровнем.

Применительно к телам на рисунке 7.31.3, конкретные формулы для их потенциальной энергии будут следующими:

Для тела на столе:

• Потенциальная энергия относительно поверхности Земли: $E_p = mgh_2$

• Потенциальная энергия относительно поверхности стола: $E_p = 0$ (так как h = 0)

Для подвешенного тела:

• Потенциальная энергия относительно поверхности стола: $E_p = mgh_1$

• Потенциальная энергия относительно поверхности Земли: $E_p = mg(h_1 + h_2)$

Ответ: Эта энергия называется потенциальной энергией. Она описывается общей формулой $E_p = mgh$. Для тела на столе энергия относительно Земли равна $mgh_2$. Для подвешенного тела энергия относительно стола равна $mgh_1$, а относительно Земли — $mg(h_1 + h_2)$.