Номер 2, страница 107, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 73. Закон сохранения механической энергии. Вопросы и задания - номер 2, страница 107.

Условие.

2. Приведите примеры перехода одного вида механической энергии в другой.

Решение.

Механическая энергия представляет собой сумму кинетической энергии ($E_k$) и потенциальной энергии ($E_p$). Эти виды энергии могут превращаться друг в друга. Закон сохранения полной механической энергии гласит, что в замкнутой системе, где действуют только консервативные силы (например, сила тяжести или сила упругости), полная механическая энергия системы остается постоянной: $E_k + E_p = \text{const}$. Переход одного вида энергии в другой означает, что при уменьшении одного вида, другой на столько же увеличивается.

Падение тела

Тело, находящееся на некоторой высоте ($\text{h}$) над поверхностью Земли, обладает потенциальной энергией $E_p = mgh$. Если тело начинает падать из состояния покоя, его начальная кинетическая энергия равна нулю ($E_k = 0$). По мере падения высота уменьшается, что приводит к уменьшению потенциальной энергии. Одновременно, под действием силы тяжести, скорость тела растет, а значит, растет его кинетическая энергия $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Непосредственно перед касанием земли потенциальная энергия становится минимальной (практически нулевой, если принять уровень земли за нулевой), а кинетическая энергия достигает своего максимального значения.

Ответ: Происходит переход потенциальной энергии в кинетическую ($E_p \rightarrow E_k$).

Колебания маятника

Рассмотрим математический маятник, отклоненный от положения равновесия. В крайних точках своей траектории маятник на мгновение замирает, его скорость и кинетическая энергия равны нулю. При этом он поднят на максимальную высоту, и его потенциальная энергия максимальна. При движении к положению равновесия (самой нижней точке) высота маятника уменьшается, а скорость увеличивается. Потенциальная энергия переходит в кинетическую. В положении равновесия маятник имеет максимальную скорость (максимальная $E_k$) и минимальную высоту (минимальная $E_p$). Затем, двигаясь к противоположной крайней точке, маятник замедляется и поднимается, и кинетическая энергия снова переходит в потенциальную.

Ответ: Происходит периодическое взаимное превращение потенциальной и кинетической энергии ($E_p \leftrightarrow E_k$).

Движение тела, брошенного вертикально вверх

В момент броска у поверхности земли тело обладает максимальной начальной скоростью и, следовательно, максимальной кинетической энергией. Его потенциальная энергия в этот момент минимальна (можно принять за ноль). По мере подъема скорость тела уменьшается под действием силы тяжести, а высота увеличивается. Это означает, что кинетическая энергия переходит в потенциальную. В верхней точке траектории тело на мгновение останавливается, его кинетическая энергия становится равной нулю, а потенциальная энергия достигает максимума.

Ответ: Происходит переход кинетической энергии в потенциальную ($E_k \rightarrow E_p$).

Работа упругой пружины

Сжатая или растянутая пружина обладает потенциальной энергией упругой деформации, которая определяется по формуле $E_p = \frac{kx^2}{2}$, где $\text{k}$ – жесткость пружины, а $\text{x}$ – ее деформация. Если к сжатой пружине приставить шарик и отпустить ее, пружина начнет распрямляться. Потенциальная энергия пружины будет уменьшаться, передаваясь шарику в виде кинетической энергии. Скорость шарика будет расти. В момент, когда пружина полностью распрямится до недеформированного состояния, вся ее потенциальная энергия перейдет в кинетическую энергию шарика.

Ответ: Происходит переход потенциальной энергии упругой деформации в кинетическую энергию движущегося тела.