Номер 4, страница 126 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

4. Приведите примеры, доказывающие, что поднятое над поверхностью земли тело обладает энергией.

Решение

Тело, поднятое над поверхностью Земли, обладает потенциальной энергией. Эта энергия возникает благодаря тому, что на тело действует сила тяжести со стороны Земли. Чтобы поднять тело на некоторую высоту $h$, необходимо совершить работу против этой силы. Согласно закону сохранения энергии, эта работа не исчезает, а запасается в теле в виде потенциальной энергии. Величина этой энергии рассчитывается по формуле:

$E_p = mgh$

где $m$ — масса тела, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота, на которую поднято тело.

То, что тело действительно обладает этой энергией, доказывается его способностью совершить работу при падении или превратить свою потенциальную энергию в другие виды энергии (например, в кинетическую). Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1: Гидроэлектростанция (ГЭС)

Вода в водохранилище, удерживаемая плотиной, находится на большой высоте относительно турбин ГЭС. Благодаря этому огромная масса воды обладает колоссальной потенциальной энергией. Когда воду пропускают через специальные водоводы, она устремляется вниз. При этом её потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию движущегося потока. Этот поток воды вращает лопасти турбин (совершает работу), которые, в свою очередь, приводят в движение электрогенераторы, вырабатывающие электрическую энергию. Таким образом, запасенная в воде потенциальная энергия преобразуется в электрическую.

Пример 2: Строительный копёр (сваебойная машина)

Копёр используется для забивания свай в грунт. Его основной рабочий элемент — тяжёлый молот (баба), который поднимают на большую высоту. В верхнем положении молот обладает значительной потенциальной энергией. Затем его отпускают, и он свободно падает. При падении вся накопленная потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию $E_k = \frac{1}{2}mv^2$. В момент удара о сваю эта огромная кинетическая энергия расходуется на совершение работы — забивание сваи в землю.

Пример 3: Падающий с высоты камень

Самый простой пример. Камень, который мы держим в руке на некоторой высоте, обладает потенциальной энергией. Если его отпустить, он начнёт падать, набирая скорость. Это означает, что его потенциальная энергия ($E_p$) превращается в кинетическую ($E_k$). При ударе о землю мы услышим звук (звуковая энергия) и увидим, что в месте падения могла образоваться небольшая ямка или разлететься пыль (работа по деформации и перемещению грунта). Также в момент удара выделяется тепло (тепловая энергия). Всё это — следствия высвобождения энергии, которой обладал поднятый камень.

Ответ: Примерами, доказывающими, что поднятое над поверхностью Земли тело обладает энергией, являются: работа гидроэлектростанций, где потенциальная энергия воды, накопленная в водохранилище, преобразуется в электрическую энергию; принцип действия сваебойной машины, где потенциальная энергия поднятого молота используется для совершения работы по забиванию свай; падение любого предмета (например, камня), при котором его потенциальная энергия превращается в кинетическую, а при ударе о землю — в звуковую, тепловую энергию и работу по деформации.