Номер 7, страница 201 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. Параграф 59. Механическая энергия. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - номер 7, страница 201.

Условие.

7. Как экспериментально доказать, что тело, поднятое над землёй, обладает потенциальной энергией?

Решение.

Решение 2.

Чтобы экспериментально доказать, что тело, поднятое над землей, обладает потенциальной энергией, необходимо продемонстрировать, что это тело способно совершить работу. Энергия — это физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершать работу. Потенциальная энергия — это энергия, которая определяется взаимным положением тел или частей одного и того же тела. В случае тела, поднятого над землей, речь идет о гравитационной потенциальной энергии, которая зависит от высоты $h$ над некоторым нулевым уровнем.

Для доказательства можно провести следующий простой опыт:

1. Подготовка: Возьмем небольшой тяжелый предмет, например, металлический шарик. На стол или на землю положим кусок мягкого пластилина или насыплем небольшую горку песка.
2. Действие: Поднимем шарик на некоторую высоту $h$ над пластилином или песком и отпустим его.
3. Наблюдение: Шарик, падая, ударяется о пластилин (или песок) и оставляет в нем углубление (воронку).
4. Анализ: Создание углубления — это совершение работы по деформации пластилина. Шарик смог совершить эту работу, потому что, будучи поднят на высоту $h$, он обладал запасом энергии. Эта энергия, обусловленная его положением (высотой) относительно Земли, и есть потенциальная энергия. В процессе падения потенциальная энергия переходила в кинетическую (энергию движения), а в момент удара эта энергия была затрачена на совершение работы.

Другой вариант эксперимента: можно забить в деревянную доску небольшой гвоздь не до конца. Затем поднять над ним молоток (или любой другой тяжелый предмет) и отпустить. Упав на гвоздь, предмет совершит работу, забив гвоздь глубже. Чем выше был поднят предмет, тем большей потенциальной энергией он обладал и тем большую работу смог совершить.

Ответ: Экспериментально доказать наличие потенциальной энергии у поднятого тела можно, позволив ему упасть. При падении оно совершит работу (например, деформирует пластилин или забьет гвоздь), что доказывает наличие у него запаса энергии, который был обусловлен его высотой.

8. Утверждение "потенциальная энергия не изменяется при движении" является верным только при определенных условиях. Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли, определяется формулой: $E_p = mgh$ где $m$ — масса тела, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота тела над некоторым условно выбранным нулевым уровнем.

Из этой формулы видно, что потенциальная энергия зависит от высоты $h$, но не зависит от скорости движения тела. Поэтому:

• Потенциальная энергия не изменяется, если тело движется горизонтально, то есть его высота $h$ остается постоянной. Например, когда автомобиль едет по ровной горизонтальной дороге, его потенциальная энергия не меняется, хотя он и находится в движении (и обладает кинетической энергией).
• Потенциальная энергия изменяется, если в процессе движения меняется высота тела. Например, когда мяч летит вверх, его высота $h$ увеличивается, и его потенциальная энергия растет. Когда он падает вниз, высота $h$ уменьшается, и потенциальная энергия также уменьшается, превращаясь в кинетическую.

Таким образом, вопрос, вероятно, подразумевает движение, при котором не меняется взаимное расположение взаимодействующих тел (в данном случае, не меняется высота тела над Землей). Потенциальная энергия по своей сути является энергией взаимодействия и зависит от конфигурации системы (то есть от положения тел), а не от того, как именно система пришла в эту конфигурацию или с какой скоростью ее части движутся в данный момент.

Ответ: Потенциальная энергия тела не изменяется при движении только в том случае, если его высота над нулевым уровнем остается постоянной. Это связано с тем, что гравитационная потенциальная энергия зависит от положения тела в поле тяготения (от высоты), а не от его скорости.