Номер 14.1, страница 32 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Тепловые явления - номер 14.1, страница 32.

Условие.

Задание 14.1. На рисунке показана траектория брошенного с земли мяча.

а) В соответствующих окошках рисунка сделайте надписи:

$E_{к \max}$ — если кинетическая энергия мяча максимальна;

$E_{к \min}$ — если кинетическая энергия мяча минимальна;

$E_{п \max}$ — если потенциальная энергия мяча максимальна;

$E_{п \min}$ — около точки, в которой потенциальная энергия мяча минимальна.

б) Обведите синим карандашом участок траектории, на котором кинетическая энергия мяча переходит в потенциальную энергию, а чёрным карандашом участок траектории, на котором потенциальная энергия переходит в кинетическую.

Этот пример показывает, что процессы в механике могут быть обратимыми. Сила трения, действующая на мяч со стороны воздуха, мала, поэтому ею можно пренебречь.

Решение.

а) Проанализируем, как изменяются кинетическая и потенциальная энергии мяча во время его полёта. По условию, силой трения воздуха можно пренебречь, следовательно, полная механическая энергия мяча сохраняется.
Потенциальная энергия тела, поднятого над землей, вычисляется по формуле $E_п = mgh$, где $\text{m}$ – масса тела, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{h}$ – высота над нулевым уровнем (поверхностью земли). Таким образом, потенциальная энергия прямо пропорциональна высоте.
- В точках A и C мяч находится на поверхности земли, его высота $h=0$. Следовательно, в этих точках потенциальная энергия минимальна ($E_{п \min}$).
- В точке B мяч находится на максимальной высоте, следовательно, его потенциальная энергия в этой точке максимальна ($E_{п \max}$).
Кинетическая энергия тела вычисляется по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{v}$ – скорость тела. Кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости.
- В точке B, верхней точке траектории, вертикальная составляющая скорости становится равной нулю, а горизонтальная остаётся неизменной. Поэтому в точке B скорость мяча минимальна за всё время полёта. Следовательно, в этой точке кинетическая энергия минимальна ($E_{к \min}$).
- По закону сохранения энергии, полная механическая энергия $E = E_к + E_п$ остаётся постоянной. Это означает, что кинетическая энергия максимальна там, где потенциальная минимальна, и наоборот. Поскольку в точках A и C потенциальная энергия минимальна, кинетическая энергия в этих точках будет максимальной ($E_{к \max}$).
Таким образом, надписи в окошках должны быть следующими:
- Окошко у точки A: $E_{п \min}$ (минимальная потенциальная энергия).
- Окошко у точки B: $E_{п \max}$ (максимальная потенциальная энергия) и $E_{к \min}$ (минимальная кинетическая энергия).
- Окошко у точки C: $E_{к \max}$ (максимальная кинетическая энергия).
Ответ: В окошко, указывающее на точку A, следует вписать $E_{п \min}$. В окошко, указывающее на точку B, — $E_{п \max}$ и $E_{к \min}$. В окошко, указывающее на точку C, — $E_{к \max}$.

б) Превращение одного вида механической энергии в другой связано с изменением высоты и скорости мяча.
- На участке траектории от A до B мяч поднимается вверх. Его высота $\text{h}$ увеличивается, а скорость $\text{v}$ уменьшается. Следовательно, потенциальная энергия $E_п$ растёт, а кинетическая энергия $E_к$ убывает. Происходит переход кинетической энергии в потенциальную.
- На участке траектории от B до C мяч опускается вниз. Его высота $\text{h}$ уменьшается, а скорость $\text{v}$ увеличивается. Следовательно, потенциальная энергия $E_п$ убывает, а кинетическая энергия $E_к$ растёт. Происходит переход потенциальной энергии в кинетическую.
Ответ: Синим карандашом следует обвести участок траектории AB, на котором кинетическая энергия переходит в потенциальную. Чёрным карандашом следует обвести участок траектории BC, на котором потенциальная энергия переходит в кинетическую.