Номер 118, страница 232 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Работа и мощность. Энергия. Задачи для повторения - номер 118, страница 232.

Условие.

118. Какие превращения энергии происходят при прыжках ребёнка на батуте?

Решение.

Решение 2.

При прыжках ребёнка на батуте происходит сложный циклический процесс превращения энергии. В этом процессе участвуют несколько видов энергии: потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли ($E_п = mgh$), кинетическая энергия движущегося тела ($E_к = \frac{mv^2}{2}$), и потенциальная энергия упругой деформации батута ($E_{упр}$).

Рассмотрим полный цикл. Когда ребёнок находится в наивысшей точке своей траектории, его скорость равна нулю, поэтому кинетическая энергия отсутствует, а потенциальная энергия максимальна. При движении вниз под действием силы тяжести высота уменьшается, а скорость растёт — происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую ($E_п \rightarrow E_к$). В момент касания батута кинетическая энергия ребёнка максимальна. Далее, при взаимодействии с батутом, полотно начинает прогибаться. Кинетическая энергия ребёнка и его уменьшающаяся потенциальная энергия переходят в потенциальную энергию упруго деформированного батута ($E_к + E_п \rightarrow E_{упр}$). В самой нижней точке, когда прогиб батута максимален, скорость ребёнка на мгновение обнуляется, и почти вся его механическая энергия концентрируется в виде упругой энергии батута. Затем батут, распрямляясь, выталкивает ребёнка вверх. При этом происходит обратное преобразование: накопленная упругая энергия батута переходит в кинетическую и потенциальную энергию ребёнка ($E_{упр} \rightarrow E_к + E_п$). После отрыва от батута ребёнок летит вверх, его скорость уменьшается, а высота растёт, то есть кинетическая энергия снова переходит в потенциальную ($E_к \rightarrow E_п$). Достигнув верхней точки, ребёнок на мгновение замирает, и цикл начинается заново.

Важно учесть, что в реальной системе из-за действия сил трения (сопротивление воздуха) и неупругих деформаций полотна батута часть механической энергии на каждом этапе цикла необратимо переходит во внутреннюю энергию (теплоту) и в энергию звуковых волн. Поэтому для поддержания прыжков или увеличения их высоты ребёнок должен совершать работу, используя химическую энергию мышц своего тела.

Ответ: При прыжках на батуте происходят следующие циклические превращения энергии: потенциальная энергия ребёнка в верхней точке переходит в кинетическую во время падения; при контакте с батутом кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию упругой деформации батута; затем эта упругая энергия обратно преобразуется в кинетическую и потенциальную энергию ребёнка, подбрасывая его вверх. На каждом этапе часть механической энергии теряется, переходя во внутреннюю энергию (тепло) из-за сопротивления воздуха и неупругой деформации батута, а также в энергию звука.