Номер 2, страница 205 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Авторы: Пёрышкин И. М., Иванов А. И.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2023 - 2025
Уровень обучения: базовый
Цвет обложки: белый
ISBN: 978-5-09-103443-1
Допущено Министерством просвещения Российской Федерации
Популярные ГДЗ в 7 классе
Задание 41. Параграф 60. Превращение механической энергии одного вида в другой. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - номер 2, страница 205.
№2 (с. 205)
Условие. №2 (с. 205)
скриншот условия

2. Посмотрите ролик «Маятник Максвелла» "http://gotourl.ru/12654 Изучите принципы работы маятника. Почему маятник с течением времени поднимается на меньшую высоту? На что расходуется первоначальная энергия маятника?
Решение. №2 (с. 205)

Решение 2. №2 (с. 205)
Изучите принципы работы маятника.
Маятник Максвелла — это физическое устройство, которое наглядно демонстрирует закон сохранения энергии, а именно превращение потенциальной энергии во вращательную и поступательную кинетическую энергию и обратно.
Принцип его работы заключается в следующем:
- В начальный момент времени диск маятника намотан на нити и поднят на максимальную высоту $h$. В этом положении он обладает максимальной потенциальной энергией $E_p = mgh$ и нулевой кинетической энергией.
- Когда маятник отпускают, он под действием силы тяжести начинает падать вниз, одновременно раскручиваясь. Его потенциальная энергия начинает переходить в кинетическую. Кинетическая энергия маятника складывается из двух компонент: энергии поступательного движения центра масс $E_{k,пост} = \frac{1}{2}mv^2$ и энергии вращательного движения диска вокруг своей оси $E_{k,вращ} = \frac{1}{2}I\omega^2$. Таким образом, полная кинетическая энергия равна $E_k = \frac{1}{2}mv^2 + \frac{1}{2}I\omega^2$.
- В нижней точке траектории высота маятника минимальна, а его потенциальная энергия близка к нулю. При этом линейная ($v$) и угловая ($\omega$) скорости достигают максимальных значений, а значит, и кинетическая энергия максимальна.
- После прохождения нижней точки нити оказываются полностью размотанными. Однако, по инерции, диск продолжает вращаться в том же направлении. Это вращение заставляет нити наматываться на ось уже в обратную сторону, и маятник начинает подниматься вверх.
- Во время подъема происходит обратный процесс: кинетическая энергия (и поступательная, и вращательная) преобразуется обратно в потенциальную. Подъем продолжается до тех пор, пока вся кинетическая энергия не иссякнет. В этот момент маятник достигает максимальной высоты для данного цикла и на мгновение замирает, после чего цикл повторяется.
Ответ: Принцип работы маятника Максвелла основан на циклическом преобразовании энергии: потенциальная энергия тела, поднятого на высоту, переходит в кинетическую энергию поступательного и вращательного движения при падении, а затем эта кинетическая энергия за счет инерции вращения снова переходит в потенциальную при подъеме.
Почему маятник с течением времени поднимается на меньшую высоту?
В идеальной физической системе, где отсутствуют любые потери энергии, маятник Максвелла каждый раз поднимался бы на первоначальную высоту. Это было бы прямым следствием закона сохранения полной механической энергии ($E = E_p + E_k = \text{const}$).
Однако в реальных условиях всегда действуют диссипативные силы (силы, приводящие к рассеиванию энергии), из-за которых полная механическая энергия системы не сохраняется, а постепенно уменьшается. Основными причинами потерь энергии являются:
- Сопротивление воздуха: Движущийся и вращающийся диск испытывает трение о воздух. Работа силы сопротивления воздуха "отбирает" часть механической энергии, превращая ее в тепло.
- Трение в подвесе и нитях: Возникает трение между нитями и осью маятника, а также внутреннее трение в волокнах самих нитей при их скручивании и раскручивании. Эта работа сил трения также приводит к уменьшению механической энергии системы и ее переходу во внутреннюю энергию (нагрев).
Так как с каждым циклом (движение вниз и вверх) часть механической энергии теряется, то максимальная потенциальная энергия, которую маятник может достичь при подъеме, с каждым разом становится все меньше. Поскольку потенциальная энергия прямо пропорциональна высоте ($E_p = mgh$), уменьшение энергии приводит к уменьшению высоты подъема.
Ответ: Маятник с течением времени поднимается на меньшую высоту из-за неизбежных потерь механической энергии на преодоление сил сопротивления воздуха и сил трения.
На что расходуется первоначальная энергия маятника?
Первоначальная энергия маятника — это его полная механическая энергия в начальный момент, равная потенциальной энергии $E_p = mgh_{max}$ в самой верхней точке. В идеальной системе эта энергия сохранялась бы. Однако в реальной системе она постепенно расходуется на совершение работы против неконсервативных сил.
Таким образом, первоначальная энергия маятника расходуется на:
- Работу против силы сопротивления воздуха. Энергия тратится на то, чтобы "расталкивать" молекулы воздуха при движении и вращении диска.
- Работу против сил трения. Энергия расходуется на преодоление трения в точках подвеса и на внутреннее трение в нитях.
В конечном счете, вся первоначальная механическая энергия маятника необратимо переходит в другую форму — внутреннюю энергию. Это проявляется в незначительном нагревании самого маятника, нитей, опоры и окружающего воздуха. Когда вся механическая энергия будет рассеяна (превращена в тепло), движение маятника полностью прекратится.
Ответ: Первоначальная энергия маятника расходуется на совершение работы против сил трения и сопротивления воздуха, в конечном итоге превращаясь во внутреннюю энергию (теплоту) системы и окружающей среды.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 7 класс, для упражнения номер 2 расположенного на странице 205 к учебнику 2023 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №2 (с. 205), авторов: Пёрышкин (И М), Иванов (Александр Иванович), ФГОС (новый, красный) базовый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.