Номер 9.10, страница 30 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 9. Инертность тел. Первый закон Ньютона. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 9.10, страница 30.

9.10 [180] Зачем велосипедист, приближаясь к подъёму дороги, увеличивает скорость движения?

Решение

Это явление объясняется законом сохранения энергии. Движение тела обладает кинетической энергией, а тело, поднятое на некоторую высоту, обладает потенциальной энергией.

1. Кинетическая энергия. Это энергия движения. Она рассчитывается по формуле: $E_к = \frac{mv^2}{2}$ где $m$ — масса велосипедиста с велосипедом, а $v$ — его скорость. Увеличивая скорость перед подъемом, велосипедист целенаправленно увеличивает свою кинетическую энергию.

2. Потенциальная энергия. Это энергия, связанная с положением тела в поле тяготения. Она рассчитывается по формуле: $E_п = mgh$ где $h$ — высота подъема. Чтобы заехать на гору, велосипедисту необходимо увеличить свою потенциальную энергию.

3. Превращение энергии. Когда велосипедист начинает двигаться вверх по склону, его скорость постепенно уменьшается (если он не прилагает дополнительных усилий). Это происходит потому, что накопленная кинетическая энергия ($E_к$) переходит в потенциальную энергию ($E_п$), которая необходима для набора высоты $h$.

Таким образом, разгоняясь на ровном участке, велосипедист создает "запас" кинетической энергии. Этот запас затем используется для совершения работы против силы тяжести при подъеме. Это позволяет преодолеть хотя бы часть подъема за счет инерции (накопленной энергии), что требует от велосипедиста меньших мышечных усилий непосредственно во время самого тяжелого этапа — движения в гору.

Ответ: Велосипедист увеличивает скорость перед подъемом, чтобы накопить больше кинетической энергии. Во время подъема эта кинетическая энергия будет превращаться в потенциальную, помогая преодолеть подъем и требуя от велосипедиста меньших усилий.