Номер 36, страница 101, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава V. Работа, мощность, энергия. Параграф 26. Механическая энергия - номер 36, страница 101.

Условие.

36. Изучение закона сохранения механической энергии

Прикрепите к концу нити небольшой металлический груз (на-пример, гайку). Другой конец нити прикрепите к нижнейповерхности горизонтальной доски (можно использовать ниж-нюю поверхность крышки стола) так, чтобы, когда нить на-ходится в горизонтальном положении, груз чуть-чуть высту-пал за край доски (рис. 26.2). Отпустите груз, когда нитьнаходится в этом положении и пронаблюдайте за движениемгруза: поднимется ли груз практически на ту же высоту (приэтом должен быть слышен звук удара)? Сделайте и запишитевывод из вашего опыта.

Рис. 26.2

Решение.

В ходе описанного опыта груз, отпущенный из горизонтального положения, не поднимется на ту же самую высоту. Высота его подъема с другой стороны будет незначительно меньше первоначальной. Следовательно, груз не коснется нижней поверхности доски, и звук удара слышен не будет.

Это явление объясняется законом сохранения энергии с учетом действия неконсервативных (диссипативных) сил.

В идеальной системе, где отсутствуют силы трения и сопротивление воздуха, полная механическая энергия $\text{E}$ маятника, равная сумме его кинетической $E_k$ и потенциальной $E_p$ энергий, сохранялась бы:

$E = E_k + E_p = \frac{mv^2}{2} + mgh = \text{const}$

Здесь $\text{m}$ — масса груза, $\text{v}$ — его скорость, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{h}$ — высота над некоторым нулевым уровнем. В этом случае потенциальная энергия, которой обладал груз в начальный момент, полностью бы перешла обратно в потенциальную энергию в конечной точке траектории, и груз поднялся бы на исходную высоту.

Однако в реальных условиях на движущийся груз действует сила сопротивления воздуха. Эта сила совершает отрицательную работу $W_{сопр}$, в результате чего часть механической энергии системы переходит во внутреннюю энергию (тепло), нагревая груз и окружающий воздух. Согласно закону изменения механической энергии, изменение полной механической энергии системы равно работе неконсервативных сил:

$\Delta E = E_{конечная} - E_{начальная} = W_{сопр}$

Поскольку работа силы сопротивления воздуха отрицательна ($W_{сопр} < 0$), конечная механическая энергия груза будет меньше начальной ($E_{конечная} < E_{начальная}$). Это означает, что в конечной точке, где скорость груза снова становится равной нулю, его потенциальная энергия (а значит, и высота подъема) будет меньше, чем в начале движения.

Сделайте и запишите вывод из вашего опыта

В реальных механических системах всегда присутствуют силы трения или сопротивления среды. Эти силы приводят к тому, что полная механическая энергия системы не сохраняется, а постепенно уменьшается, переходя в другие виды энергии, в основном во внутреннюю (тепловую). Таким образом, закон сохранения полной механической энергии выполняется строго только для замкнутых систем, в которых действуют только консервативные силы. Данный опыт демонстрирует, что из-за работы силы сопротивления воздуха механическая энергия маятника уменьшается, и он не может достичь своей первоначальной высоты.

Ответ: Груз не поднимется практически на ту же высоту, а поднимется на высоту немного меньшую. Это происходит из-за потерь механической энергии на преодоление силы сопротивления воздуха. Соответственно, звука удара о доску не будет.