Номер 3, страница 40, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Основы кинематики. Параграф 10. Движение с ускорением свободного падения. Вопросы и задания - номер 3, страница 40.

Условие.

3. Как найти максимальную высоту подъёма тела, брошенного вертикально вверх, если сопротивление воздуха не учитывать? Как изменится ответ, если учесть сопротивление воздуха?

Решение.

Как найти максимальную высоту подъёма тела, брошенного вертикально вверх, если сопротивление воздуха не учитывать?
Если пренебречь сопротивлением воздуха, то на тело действует только сила тяжести, а его полная механическая энергия сохраняется. В начальный момент (у поверхности земли) тело обладает максимальной кинетической энергией $E_к = \frac{mv_0^2}{2}$ и нулевой потенциальной энергией (если принять уровень земли за нулевой). В точке максимального подъёма $h_{max}$ скорость тела становится равной нулю, поэтому его кинетическая энергия также равна нулю, а потенциальная энергия достигает максимума: $E_п = mgh_{max}$.
Согласно закону сохранения механической энергии, начальная кинетическая энергия полностью переходит в потенциальную:
$E_к = E_п$
$\frac{mv_0^2}{2} = mgh_{max}$
Из этого равенства можно выразить максимальную высоту подъёма:
$h_{max} = \frac{v_0^2}{2g}$
где $v_0$ — начальная скорость тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.
Ответ: Максимальную высоту подъёма можно найти по формуле $h_{max} = \frac{v_0^2}{2g}$, зная начальную скорость тела $v_0$.

Как изменится ответ, если учесть сопротивление воздуха?
Если учесть сопротивление воздуха, то на тело во время подъёма будут действовать две силы, направленные вниз: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Сила сопротивления воздуха является неконсервативной силой, и её работа приводит к уменьшению полной механической энергии системы. Часть начальной кинетической энергии будет расходоваться на совершение работы против силы сопротивления и превращаться во внутреннюю энергию (теплоту).
В результате на превращение в потенциальную энергию останется меньшая часть начальной энергии, чем в идеальном случае. Это означает, что тело достигнет меньшей максимальной высоты.
Другими словами, равнодействующая сила, тормозящая тело, будет больше ($F_{равн} = mg + F_{сопр}$), чем одна лишь сила тяжести. Следовательно, ускорение тела (направленное вниз) будет по модулю больше, чем $\text{g}$, тело будет быстрее терять скорость и остановится на меньшей высоте.
Ответ: Если учесть сопротивление воздуха, максимальная высота подъёма тела уменьшится, так как часть его начальной энергии будет рассеиваться из-за работы силы сопротивления воздуха.