Номер 1, страница 204 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. Параграф 60. Превращение механической энергии одного вида в другой. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - номер 1, страница 204.

Условие.

1. Как меняется потенциальная и кинетическая энергия при падении тела?

Решение.

Решение 2.

Как меняется потенциальная и кинетическая энергия при падении тела?

Решение

При падении тела в поле тяготения Земли происходят взаимные превращения двух видов механической энергии: потенциальной и кинетической. Если пренебречь сопротивлением воздуха, то полная механическая энергия системы остается постоянной в соответствии с законом сохранения энергии.

Потенциальная энергия ($E_п$) — это энергия, которой обладает тело из-за своего положения в поле сил тяготения. Она определяется по формуле: $E_п = mgh$, где $m$ — масса тела, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота тела над некоторым условно выбранным нулевым уровнем. Во время падения высота $h$ уменьшается, следовательно, потенциальная энергия тела уменьшается.

Кинетическая энергия ($E_к$) — это энергия движения тела. Она вычисляется по формуле: $E_к = \frac{mv^2}{2}$, где $m$ — масса тела, а $v$ — его скорость. При падении под действием силы тяжести скорость тела $v$ увеличивается. Следовательно, кинетическая энергия тела увеличивается.

Таким образом, в процессе падения происходит непрерывный переход потенциальной энергии в кинетическую. В начальный момент времени (в верхней точке траектории, если тело начинает падать из состояния покоя) потенциальная энергия максимальна, а кинетическая равна нулю. В конечный момент времени (непосредственно перед ударом о землю) потенциальная энергия минимальна (равна нулю, если принять поверхность за нулевой уровень), а кинетическая энергия достигает своего максимального значения.

Ответ: При падении тела его потенциальная энергия уменьшается, так как уменьшается высота, а кинетическая энергия увеличивается, так как растет скорость. Происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую.

2. Какие превращения энергии происходят при ударе тела?

Решение

При ударе тела (например, теннисного мяча о ракетку или о землю) происходят более сложные превращения энергии, поскольку реальный удар не является абсолютно упругим.

Рассмотрим последовательность превращений энергии:

1. Непосредственно перед ударом: Тело обладает максимальной кинетической энергией ($E_к = \frac{mv^2}{2}$), которую оно приобрело в результате падения или приданного ему движения.

2. Во время удара: В момент контакта тело и поверхность, с которой оно сталкивается, деформируются. В этот короткий промежуток времени происходит преобразование кинетической энергии в другие виды:

• Потенциальная энергия упругой деформации: Основная часть кинетической энергии переходит в потенциальную энергию сжатого тела и поверхности. Подобно сжатой пружине, деформированные тела накапливают энергию, которая может быть освобождена.
• Внутренняя (тепловая) энергия: Часть энергии расходуется на преодоление сил внутреннего трения в материалах при их быстрой деформации, что приводит к их нагреву. Таким образом, часть кинетической энергии необратимо превращается во внутреннюю энергию.
• Энергия звуковых волн: Удар, как правило, сопровождается звуком (хлопком). Звук — это механическая волна, которая уносит с собой часть энергии.

3. После удара (во время отскока): Накопленная потенциальная энергия упругой деформации снова переходит в кинетическую энергию, заставляя тело отскакивать. Однако, поскольку часть первоначальной кинетической энергии была преобразована во внутреннюю энергию (тепло) и звук, кинетическая энергия после отскока всегда меньше, чем до удара. Из-за этих потерь энергии мяч не может подпрыгнуть на ту же высоту, с которой упал.

Ответ: При ударе кинетическая энергия тела преобразуется в потенциальную энергию упругой деформации, внутреннюю (тепловую) энергию и энергию звуковых волн. Затем потенциальная энергия деформации частично обратно преобразуется в кинетическую энергию (что вызывает отскок).