Номер 5, страница 219 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

5. На чистую поверхность миллиметровой линейки положите фишку домино. Линейку расположите под таким наклоном, чтобы фишка медленно скользила по линейке. Измерьте высоту наклонной плоскости и массу фишки. Определите потенциальную энергию фишки в момент начала скольжения. Назовите виды превращения энергии в этом опыте.

Дано:

Так как это экспериментальная задача, для проведения расчетов необходимо провести измерения. Возьмем для примера следующие реалистичные значения:

Масса фишки домино, $m = 15 \text{ г}$

Высота наклонной плоскости, $h = 5 \text{ см}$

Ускорение свободного падения, $g \approx 9,8 \text{ Н/кг}$

Перевод в систему СИ: $m = 15 \text{ г} = 0,015 \text{ кг}$ $h = 5 \text{ см} = 0,05 \text{ м}$

Найти:

1. Потенциальную энергию фишки $E_p$ — ?

2. Виды превращения энергии — ?

Решение:

1. Потенциальная энергия тела, поднятого над нулевым уровнем, рассчитывается по формуле гравитационной потенциальной энергии: $E_p = mgh$ где $m$ — масса тела, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота тела над нулевым уровнем.

Подставим в формулу взятые для примера значения, переведенные в систему СИ: $E_p = 0,015 \text{ кг} \cdot 9,8 \text{ Н/кг} \cdot 0,05 \text{ м} = 0,00735 \text{ Дж}$

Таким образом, потенциальная энергия фишки в момент начала скольжения, при заданных нами условиях, составляет 0,00735 Дж.

2. Рассмотрим превращения энергии в ходе опыта. В начальный момент, когда фишка находится на верхней точке наклонной плоскости (линейки), она обладает максимальным запасом потенциальной энергии $E_p$ и нулевой кинетической энергией $E_k$, так как ее скорость равна нулю.

Когда фишка начинает скользить, ее высота $h$ уменьшается, что приводит к уменьшению ее потенциальной энергии.

Ключевым моментом в условии является то, что фишка скользит «медленно». Это означает, что ее движение является равномерным или близким к нему, то есть ее скорость $v$ постоянна. Следовательно, кинетическая энергия фишки, определяемая по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, также остается постоянной и не увеличивается.

Согласно закону сохранения и превращения энергии, энергия не может исчезнуть бесследно. Уменьшение потенциальной энергии должно быть скомпенсировано увеличением других видов энергии. Поскольку кинетическая энергия не растет, это означает, что работа силы тяжести, которая приводит к уменьшению потенциальной энергии, полностью расходуется на совершение работы против силы трения скольжения. Работа силы трения, в свою очередь, приводит к выделению тепла, то есть к увеличению внутренней энергии фишки и поверхности линейки.

Таким образом, в данном опыте происходит следующее превращение энергии: потенциальная энергия фишки переходит во внутреннюю энергию.

Ответ: Потенциальная энергия фишки в момент начала скольжения определяется по формуле $E_p = mgh$. Для точного значения необходимо измерить массу $m$ и высоту $h$. При примерных значениях $m = 0,015$ кг и $h = 0,05$ м, потенциальная энергия равна $E_p = 0,00735$ Дж. В процессе скольжения фишки по линейке происходит превращение ее потенциальной энергии во внутреннюю энергию (теплоту) из-за работы силы трения.