Номер 7, страница 37 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Работа и мощность. Энергия. ТЗ-21. Механическая энергия - номер 7, страница 37.

Условие.

7. Ударившись о землю, мяч подпрыгивает несколько раз. Почему при каждом последующем прыжке он подскакивает на меньшую высоту?

Решение.

Когда мяч падает, его потенциальная энергия, определяемая формулой $E_p = mgh$ (где $\text{m}$ – масса, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{h}$ – высота), превращается в кинетическую энергию движения $E_k = \frac{mv^2}{2}$ (где $\text{v}$ – скорость). В идеальной, полностью упругой системе без потерь энергии, мяч после удара о землю подпрыгнул бы на свою первоначальную высоту, так как вся его кинетическая энергия снова преобразовалась бы в потенциальную.

Однако в реальности столкновение мяча с землей не является абсолютно упругим. Это означает, что при каждом ударе часть полной механической энергии мяча теряется, переходя в другие формы. Основные причины этих потерь следующие. Во-первых, это деформация и внутреннее трение. В момент удара и мяч, и в меньшей степени поверхность земли деформируются. При этом процессе и последующем восстановлении формы возникает внутреннее трение в материале мяча, которое превращает часть механической энергии во внутреннюю (тепловую) энергию, нагревая мяч и землю. Во-вторых, это излучение звука. Мы слышим звук удара, а звук – это волны, переносящие энергию. Эта звуковая энергия также "забирается" у механической энергии мяча. В-третьих, на протяжении всего полета (как вниз, так и вверх) на мяч действует сила сопротивления воздуха, которая также уменьшает его механическую энергию, превращая её в тепло.

Таким образом, после каждого отскока полная механическая энергия мяча становится меньше, чем была до него. Уменьшенной кинетической энергии, с которой мяч отталкивается от земли, хватает лишь на то, чтобы поднять его на меньшую высоту. Этот процесс повторяется с каждым последующим прыжком, пока вся механическая энергия не будет рассеяна, и мяч не остановится.

Ответ: При каждом ударе о землю часть механической энергии мяча необратимо превращается в другие виды энергии (в основном во внутреннюю энергию из-за деформации и в энергию звуковых волн), поэтому на следующий прыжок у мяча остается меньше энергии, и он подскакивает на меньшую высоту.