Номер 1, страница 132 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

1. Объясните, какие превращения энергии и почему происходят в следующих случаях:

а) при движении мяча, брошенного вверх;

б) при скатывании шара с наклонной плоскости;

в) при падении потока воды в водопаде;

г) при падении пластилинового шарика на пол.

а) при движении мяча, брошенного вверх;

В начальный момент, сразу после броска, мяч обладает максимальной кинетической энергией ($E_k = \frac{mv^2}{2}$), так как его скорость ($v$) максимальна, и минимальной потенциальной энергией ($E_p = mgh$), так как его высота ($h$) минимальна (если считать уровень броска за нулевой). По мере движения вверх под действием силы тяжести скорость мяча уменьшается, а высота увеличивается. Это означает, что кинетическая энергия мяча уменьшается, а его потенциальная энергия растет. Таким образом, происходит превращение кинетической энергии в потенциальную. В верхней точке траектории, где скорость мяча на мгновение становится равной нулю, его кинетическая энергия также равна нулю, а потенциальная энергия достигает своего максимального значения. Если пренебречь сопротивлением воздуха, полная механическая энергия ($E = E_k + E_p$) сохраняется. Если же учесть сопротивление воздуха, то часть механической энергии в процессе подъема будет превращаться во внутреннюю энергию (тепло) из-за работы сил трения о воздух.

Ответ: Кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию. При наличии сопротивления воздуха часть механической энергии также превращается во внутреннюю энергию.

б) при скатывании шара с наклонной плоскости;

В начальный момент, находясь на вершине наклонной плоскости в состоянии покоя, шар обладает максимальной потенциальной энергией ($E_p = mgh$) и нулевой кинетической энергией. Когда шар начинает скатываться, его высота ($h$) уменьшается, а скорость увеличивается. Следовательно, его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая — растет. Происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую. Поскольку шар катится, его кинетическая энергия состоит из двух частей: кинетической энергии поступательного движения ($E_{k,пост} = \frac{mv^2}{2}$) и кинетической энергии вращательного движения ($E_{k,вращ} = \frac{I\omega^2}{2}$). Причиной этого превращения является работа, совершаемая силой тяжести. В реальности силы трения качения и сопротивления воздуха совершают работу, в результате чего часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию (тепло).

Ответ: Потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию (поступательного и вращательного движения). Часть механической энергии может переходить во внутреннюю из-за сил трения.

в) при падении потока воды в водопаде;

В верхней точке водопада вода обладает большим запасом потенциальной энергии ($E_p = mgh$) из-за своей высоты ($h$) над основанием водопада. В процессе падения под действием силы тяжести высота воды уменьшается, а ее скорость растет. Это приводит к уменьшению потенциальной энергии и одновременному увеличению кинетической энергии ($E_k = \frac{mv^2}{2}$). Таким образом, происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую. У основания водопада, при ударе о воду или скалы, эта кинетическая энергия резко преобразуется в другие виды: во внутреннюю энергию (вода и окружение немного нагреваются), в звуковую энергию (шум водопада), а также совершает работу по перемешиванию воды.

Ответ: Потенциальная энергия падающей воды превращается в кинетическую энергию, которая у основания водопада переходит во внутреннюю и звуковую энергию.

г) при падении пластилинового шарика на пол.

Процесс можно разделить на две стадии: падение и удар. Во время падения шарика его высота уменьшается, а скорость увеличивается, то есть происходит превращение его потенциальной энергии ($E_p = mgh$) в кинетическую ($E_k = \frac{mv^2}{2}$). В момент удара о пол происходит абсолютно неупругое столкновение: шарик деформируется и останавливается, не отскакивая. Вся кинетическая энергия, которой обладал шарик перед ударом, полностью переходит в другие виды. Основная часть превращается во внутреннюю энергию (шарик и пол нагреваются) и расходуется на работу по необратимой деформации самого шарика. Небольшая часть энергии также превращается в звуковую энергию (звук удара).

Ответ: В процессе падения потенциальная энергия превращается в кинетическую. В момент удара о пол вся кинетическая энергия превращается во внутреннюю энергию (нагрев, деформация) и, в меньшей степени, в звуковую энергию.