Номер ?2, страница 204, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 5. Законы сохранения в механике. Параграф 49. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?2, страница 204.

Условие.

Воздушный шар поднимается вверх. При этом его потенциальная энергия увеличивается. За счёт чего это происходит?

Решение.

Воздушный шар поднимается вверх, потому что на него действует выталкивающая сила (сила Архимеда), которая превышает его силу тяжести. Эта выталкивающая сила создается окружающим воздухом и направлена вертикально вверх.

Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли зависит от его высоты и рассчитывается по формуле $E_п = mgh$, где $\text{m}$ — масса тела, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота тела над некоторым нулевым уровнем. Когда шар поднимается, его высота $\text{h}$ увеличивается, что и приводит к увеличению его потенциальной энергии.

Увеличение потенциальной энергии шара происходит за счет совершения работы выталкивающей силой. Эта сила, действуя в направлении движения шара, совершает положительную работу. Эта работа идет на увеличение потенциальной энергии шара ($mgh$), на увеличение его кинетической энергии (если он ускоряется) и на преодоление силы сопротивления воздуха.

Важно отметить, что если рассматривать систему «шар + окружающий воздух» в целом, то её полная потенциальная энергия уменьшается. Пока легкий шар поднимается, более тяжелый и плотный воздух опускается, чтобы занять его место. Это приводит к общему понижению центра масс системы, а значит, к уменьшению её суммарной потенциальной энергии. Эта высвободившаяся энергия и преобразуется в кинетическую энергию шара и работу против сил сопротивления.

Ответ: Увеличение потенциальной энергии воздушного шара происходит за счет работы, совершаемой выталкивающей силой (силой Архимеда) со стороны окружающего воздуха.