Номер 5, страница 92 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Решение

Когда мяч находится на некоторой высоте $\text{h}$, он обладает полной механической энергией, которая в начальный момент равна его потенциальной энергии: $E_{полная1} = E_{p1} = mgh$, где $\text{m}$ — масса мяча, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

При падении потенциальная энергия мяча переходит в кинетическую энергию $E_k = \frac{mv^2}{2}$. В идеальном мире, где нет потерь энергии, непосредственно перед ударом о поверхность вся потенциальная энергия превратилась бы в кинетическую. После абсолютно упругого удара мяч отскочил бы с той же скоростью и поднялся на исходную высоту $\text{h}$.

Однако в реальности мяч не достигает первоначальной высоты из-за необратимых потерь механической энергии, которые происходят по двум основным причинам:

1. Неупругий удар о поверхность.

Столкновение мяча с поверхностью не является абсолютно упругим. Это означает, что часть кинетической энергии мяча в момент удара преобразуется в другие виды энергии. Во-первых, происходит нагрев как самого мяча, так и поверхности, о которую он ударился, из-за их деформации и внутреннего трения (выделение теплоты). Во-вторых, мы слышим звук удара, который уносит часть энергии в виде звуковых волн. В-третьих, часть энергии расходуется на необратимое изменение формы мяча и поверхности. Из-за этих потерь кинетическая энергия мяча сразу после отскока становится меньше, чем кинетическая энергия перед ударом. Следовательно, и скорость мяча после отскока будет меньше.

2. Сопротивление воздуха.

При движении мяча, как при падении, так и при подъеме, на него действует сила сопротивления воздуха. Эта сила направлена против движения и совершает отрицательную работу, что приводит к уменьшению полной механической энергии мяча. Эта часть механической энергии также переходит в тепловую энергию, нагревая сам мяч и окружающий воздух.

Таким образом, полная механическая энергия мяча после отскока оказывается значительно меньше его начальной механической энергии. Максимальная высота подъема после отскока $h_{2}$ определяется из условия $mgh_{2} = E_{k2}$, где $E_{k2}$ — кинетическая энергия сразу после отскока. Поскольку $E_{k2} < mgh$, то и высота подъема $h_{2}$ будет строго меньше начальной высоты $\text{h}$.

Ответ: Мяч не достигает первоначальной высоты после отскока из-за потерь механической энергии. Эти потери происходят в основном из-за неупругого удара о поверхность, в результате которого часть кинетической энергии преобразуется в теплоту, звук и энергию деформации, а также из-за работы силы сопротивления воздуха, которая действует на мяч при его движении.