Номер 8, страница 37 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Работа и мощность. Энергия. ТЗ-21. Механическая энергия - номер 8, страница 37.

Условие.

8. На соревнованиях по прыжкам в воду спортсмен сначала прыгает на доску-трамплин, а затем — вверх. Почему этот прыжок получается более высоким?

Решение.

Решение

Прыжок с доски-трамплина получается более высоким по сравнению с прыжком с неподвижной опоры из-за сложения нескольких видов энергии и их преобразования. Рассмотрим этот процесс по шагам.

1. Прыжок на доску. Спортсмен сначала подпрыгивает и приземляется на конец доски. В этот момент его тело обладает кинетической энергией. Под действием этой энергии и веса спортсмена доска прогибается.

2. Накопление энергии. Прогибаясь, упругая доска накапливает потенциальную энергию упругой деформации. Эта энергия похожа на энергию сжатой пружины. Чем сильнее прогиб, тем больше запасенной энергии.

3. Передача энергии. Когда доска достигает максимального прогиба, она начинает быстро распрямляться. При этом запасенная в ней упругая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию и передается телу спортсмена, выталкивая его вверх. Одновременно с этим спортсмен сам отталкивается от доски ногами, совершая работу за счет силы своих мышц и сообщая себе дополнительную кинетическую энергию.

Таким образом, начальная кинетическая энергия спортсмена при прыжке вверх с трамплина $E_к$ складывается из двух частей: энергии, полученной от распрямляющейся доски ($E_{упр}$), и энергии, затраченной собственными мышцами ($E_{мышц}$):

$E_к = E_{упр} + E_{мышц}$

При прыжке с неподвижной поверхности начальная кинетическая энергия создается только за счет работы мышц ($E_к = E_{мышц}$). Поскольку в случае с трамплином полная начальная энергия больше, то по закону сохранения энергии она преобразуется в большую потенциальную энергию ($E_п = mgh$), что позволяет спортсмену достичь большей высоты $\text{h}$.

Ответ: Прыжок с доски-трамплина получается более высоким, потому что к энергии, создаваемой мышцами спортсмена при отталкивании, добавляется потенциальная энергия упругой деформации, запасенная в прогнувшейся доске. Распрямляясь, доска передает эту дополнительную энергию спортсмену, сообщая ему большую начальную скорость и, как следствие, позволяя достичь большей высоты.