Экспериментальное задание, страница 194 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Экспериментальное задание

Определите, какая часть полной механической энергии теннисного шарика теряется на взаимодействие с воздухом и поверхностью стола при одном подскоке. Сделайте вывод. Возможна ли передача энергии от одного тела другому?

Для определения доли потерянной механической энергии необходимо провести эксперимент. Полная механическая энергия теннисного шарика в верхней точке траектории (как до падения, так и после отскока) равна его потенциальной энергии, так как скорость в этот момент равна нулю. Потенциальная энергия вычисляется по формуле $E_p = mgh$, где $\text{m}$ — масса шарика, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{h}$ — высота над поверхностью.

Если шарик отпустить с высоты $h_1$, его начальная механическая энергия будет $E_1 = mgh_1$. После отскока от стола он поднимется на меньшую высоту $h_2$, и его энергия в верхней точке составит $E_2 = mgh_2$. Потеря энергии происходит из-за сопротивления воздуха и неупругого удара о стол. Доля потерянной энергии $(\eta)$ может быть рассчитана как отношение потерянной энергии $\Delta E = E_1 - E_2$ к начальной энергии $E_1$.

$\eta = \frac{E_1 - E_2}{E_1} = \frac{mgh_1 - mgh_2}{mgh_1} = \frac{h_1 - h_2}{h_1} = 1 - \frac{h_2}{h_1}$

Таким образом, для нахождения искомой величины достаточно измерить начальную высоту падения и высоту отскока. Проведем расчет на основе гипотетических экспериментальных данных.

Дано:

Начальная высота падения: $h_1 = 1.0$ м

Высота после первого отскока: $h_2 = 0.55$ м

Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

$\eta$ — долю потерянной механической энергии.

Решение:

Используем выведенную формулу для расчета доли потерянной энергии:

$\eta = 1 - \frac{h_2}{h_1}$

Подставим числовые значения из эксперимента:

$\eta = 1 - \frac{0.55 \text{ м}}{1.0 \text{ м}} = 1 - 0.55 = 0.45$

Доля потерянной энергии составляет 0.45, или 45%.

Эта потеря энергии означает, что механическая энергия шарика не сохранилась. Она перешла в другие формы и передалась другим телам. При ударе о стол часть кинетической энергии шарика превратилась во внутреннюю энергию (нагрев) шарика и стола, а также в энергию звуковых волн (мы слышим звук удара). Кроме того, при движении шарика в воздухе часть его энергии расходуется на преодоление силы сопротивления воздуха, что также приводит к нагреву воздуха и шарика.

Отсюда следует вывод на вторую часть вопроса. Поскольку энергия от шарика перешла к столу и воздуху, изменив их состояние (увеличив их внутреннюю энергию), то передача энергии от одного тела другому возможна. Это фундаментальное свойство физических взаимодействий, описываемое законом сохранения энергии, который гласит, что энергия не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую или от одного тела к другому.

Ответ: При одном подскоке теряется примерно 45% (или доля 0,45) полной механической энергии теннисного шарика. Передача энергии от одного тела другому возможна, что и демонстрируется в данном опыте: механическая энергия шарика переходит во внутреннюю энергию стола и воздуха, а также в энергию звука.