Номер 3, страница 61 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

V. Законы сохранения в механике. Работаем с текстом - номер 3, страница 61.

Условие.

3. Придумайте и опишите ситуацию, в которой полная и потенциальная энергии могли бы изменяться согласно предложенным графикам.

Решение.

1 Этот график показывает, что полная механическая энергия системы $E_0$ остается постоянной с течением времени. Такая ситуация описывается законом сохранения механической энергии, который выполняется для замкнутых систем, где работа совершается только консервативными силами (например, силой тяжести, силой упругости) и отсутствуют диссипативные силы (например, сила трения).

Примером может служить движение тела, брошенного вертикально вверх или под углом к горизонту в вакууме (без сопротивления воздуха). Во время полета потенциальная энергия тела $E_п = mgh$ и его кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$ непрерывно изменяются, переходя друг в друга, но их сумма — полная механическая энергия $E_0 = E_к + E_п$ — остается неизменной. Другим примером являются колебания математического маятника при отсутствии сил трения и сопротивления воздуха.

Ответ: Ситуация, в которой выполняется закон сохранения полной механической энергии, например, полет тела в вакууме или колебания пружинного маятника на гладкой горизонтальной поверхности.

2 Этот график показывает изменение потенциальной энергии $E_п$ тела с течением времени. Будем рассматривать потенциальную энергию тела в однородном поле тяжести, которая определяется формулой $E_п = mgh$, где $\text{h}$ — высота тела над нулевым уровнем. В этом случае график зависимости $E_п(t)$ имеет ту же форму, что и график зависимости высоты от времени $h(t)$.

Опишем движение тела, соответствующее данному графику:

• Интервал $0 - t_1$: Потенциальная энергия линейно растет. Это означает, что тело равномерно (с постоянной скоростью) поднимают вверх.

• Интервал $t_1 - t_2$: Потенциальная энергия постоянна. Тело находится в покое на некоторой высоте.

• Интервал $t_2 - t_3$: Потенциальная энергия снова линейно растет, но медленнее (меньший наклон графика). Тело продолжают равномерно поднимать, но с меньшей скоростью.

• Интервал $t_3 - t_4$: Потенциальная энергия постоянна и имеет максимальное значение. Тело снова находится в покое на максимальной высоте.

• Интервал $t_4 - t_5$: Потенциальная энергия линейно убывает. Тело равномерно опускают вниз.

Такой график может описывать, например, движение груза, поднимаемого и опускаемого краном, или движение лифта с остановками на этажах. В этом случае полная механическая энергия тела не сохраняется, так как на него действует внешняя сила (сила тяги крана или лифта), которая совершает работу.

Ответ: Ситуация, в которой тело (например, груз на кране или кабина лифта) поднимают и опускают с постоянными скоростями и делают остановки на разных высотах.