Номер 3, страница 73 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-60. Превращение механической энергии одного вида в другой. Вариант 1 - номер 3, страница 73.

Условие.

3. Как изменяются кинетическая и потенциальная энергия тела, брошенного вертикально вверх; свободно падающего тела? Ответ поясните.

Решение.

Тело, брошенное вертикально вверх

При движении тела, брошенного вертикально вверх, его кинетическая и потенциальная энергия изменяются в соответствии с законом сохранения энергии.

Кинетическая энергия тела определяется его скоростью по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{v}$ — его скорость. Потенциальная энергия в поле тяжести Земли определяется высотой тела над некоторым нулевым уровнем по формуле $E_p = mgh$, где $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота.

В начальный момент броска тело имеет максимальную скорость, следовательно, его кинетическая энергия максимальна. Высота в этот момент минимальна, поэтому потенциальная энергия также минимальна (часто принимается за ноль).

По мере подъема тела его скорость уменьшается под действием силы тяжести. Уменьшение скорости приводит к уменьшению кинетической энергии. Одновременно с этим высота тела над землей увеличивается, что ведет к росту его потенциальной энергии. В верхней точке траектории скорость тела становится равной нулю, его кинетическая энергия обращается в ноль, а потенциальная энергия достигает своего максимального значения.

Таким образом, при движении вверх происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную. Если пренебречь сопротивлением воздуха, полная механическая энергия ($E = E_k + E_p$) остается постоянной.

Ответ: При движении тела, брошенного вертикально вверх, его кинетическая энергия уменьшается (от максимального значения до нуля), а потенциальная энергия увеличивается (от минимального значения до максимального).

Свободно падающее тело

Для свободно падающего тела изменение энергий происходит в обратном порядке.

В начальный момент падения (в верхней точке) тело покоится, его скорость равна нулю, поэтому его кинетическая энергия ($E_k$) также равна нулю. Высота ($\text{h}$) в этот момент максимальна, следовательно, потенциальная энергия ($E_p$) максимальна.

В процессе падения высота тела уменьшается, что приводит к уменьшению его потенциальной энергии. Под действием силы тяжести тело ускоряется, его скорость растет, а значит, растет и его кинетическая энергия.

Непосредственно перед соприкосновением с поверхностью земли высота тела становится минимальной (стремится к нулю), и его потенциальная энергия также становится минимальной. Скорость тела в этот момент достигает максимального значения, а значит, и кинетическая энергия становится максимальной.

Таким образом, при свободном падении происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую. При отсутствии сопротивления воздуха полная механическая энергия сохраняется.

Ответ: При свободном падении тела его потенциальная энергия уменьшается (от максимального значения до минимального), а кинетическая энергия увеличивается (от нуля до максимального значения).