Номер 724, страница 99 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Работа и мощность. Энергия. Механическая энергия. Превращение механической энергии одного вида в другой - номер 724, страница 99.

Условие.

724. Для акробатических занятий и прыжков в воду применяется трамплин, представляющий собой упругую доску, один конец которой прочно закреплён. Прежде чем сделать основной прыжок, спортсмен прыгает на свободный конец трамплина. Объясните действие трамплина и укажите, какие превращения энергии происходят при пользовании им.

Решение.

Решение

Действие трамплина

Трамплин представляет собой упругую доску. Когда спортсмен прыгает на свободный конец трамплина, под действием его веса и силы удара доска изгибается, то есть деформируется. Вследствие этого в доске возникает сила упругости, которая стремится вернуть доску в исходное, недеформированное состояние. Эта сила направлена вверх, против силы, вызвавшей деформацию. Когда доска начинает распрямляться, она с большой силой выталкивает спортсмена вверх. Эта выталкивающая сила значительно превышает силу, которую спортсмен мог бы развить, отталкиваясь от неподвижной опоры. В результате спортсмен подлетает на значительно большую высоту, что позволяет ему выполнить акробатический прыжок.

Ответ: Действие трамплина основано на использовании силы упругости, возникающей в доске при ее деформации. Спортсмен, прыгая на доску, изгибает ее. Распрямляясь, доска сообщает спортсмену большую скорость, направленную вверх, что позволяет ему совершить высокий прыжок.

Превращения энергии

При использовании трамплина происходят следующие превращения энергии.

1. Когда спортсмен приземляется на доску, его кинетическая энергия ($E_к = \frac{1}{2}mv^2$) и потенциальная энергия ($E_п = mgh$) превращаются в потенциальную энергию упруго-деформированной доски ($E_{п, упр} = \frac{1}{2}kx^2$). В нижней точке прогиба доски, когда скорость спортсмена на мгновение становится равной нулю, эта потенциальная энергия упругой деформации максимальна.

2. Когда доска начинает распрямляться, накопленная в ней потенциальная энергия упругой деформации переходит обратно в кинетическую энергию спортсмена, сообщая ему скорость, направленную вверх.

3. По мере подъема спортсмена вверх после отрыва от трамплина его кинетическая энергия уменьшается, превращаясь в его потенциальную энергию. В высшей точке траектории кинетическая энергия становится минимальной, а потенциальная энергия – максимальной.

Таким образом, общая цепь превращений энергии выглядит так: Потенциальная и кинетическая энергия спортсмена $\rightarrow$ Потенциальная энергия упругой деформации трамплина $\rightarrow$ Кинетическая энергия спортсмена $\rightarrow$ Потенциальная энергия спортсмена.

Ответ: При прыжке на трамплин кинетическая и потенциальная энергия спортсмена переходит в потенциальную энергию упруго-деформированной доски. Затем потенциальная энергия доски переходит в кинетическую энергию спортсмена, которая по мере его подъема переходит в его потенциальную энергию.