Номер 5, страница 61 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава II. Динамика. Параграф 13. Закон сохранения энергии - номер 5, страница 61.

Условие.

5. Пружинный пистолет заряжают шариком и стреляют вверх. Опишите происходящие при этом превращения энергии.

Решение.

Решение

Процесс выстрела из пружинного пистолета вверх и последующего полета шарика можно разбить на несколько этапов, на каждом из которых происходят последовательные превращения энергии.

1. Зарядка пистолета. Перед выстрелом пружину пистолета сжимают. Работа, совершаемая внешней силой, переходит в потенциальную энергию упруго деформированной (сжатой) пружины. В этот момент система обладает запасом потенциальной энергии $E_п = \frac{kx^2}{2}$, где $\text{k}$ – жесткость пружины, а $\text{x}$ – величина ее сжатия.

2. Выстрел. При нажатии на спусковой крючок пружина распрямляется и сообщает шарику скорость. Потенциальная энергия сжатой пружины переходит в кинетическую энергию шарика $E_к = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ – масса шарика, а $\text{v}$ – его скорость. В момент, когда шарик покидает ствол, его кинетическая энергия максимальна (пренебрегая потерями).

3. Полет шарика вверх. После вылета из ствола шарик движется вверх. По мере подъема его скорость уменьшается под действием силы тяжести, а высота над точкой выстрела увеличивается. Происходит превращение кинетической энергии шарика в его потенциальную гравитационную энергию $E_п = mgh$, где $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота подъема.

4. Верхняя точка траектории. В наивысшей точке полета скорость шарика на мгновение становится равной нулю. В этот момент его кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная энергия максимальна. Практически вся начальная кинетическая энергия (полученная от пружины) превратилась в потенциальную энергию.

5. Падение шарика. При падении происходит обратное превращение: потенциальная энергия шарика уменьшается, превращаясь обратно в кинетическую энергию, и скорость шарика возрастает.

На всех этапах движения (в стволе и в воздухе) часть механической энергии из-за сил трения и сопротивления воздуха превращается во внутреннюю энергию (тепло), нагревая шарик, ствол и окружающий воздух.

Таким образом, основная цепь превращений энергии выглядит следующим образом: потенциальная энергия пружины $\rightarrow$ кинетическая энергия шарика $\rightarrow$ потенциальная энергия шарика.

Ответ:

При выстреле из пружинного пистолета вверх и последующем полете шарика происходят следующие последовательные превращения энергии:
1. Потенциальная энергия сжатой пружины переходит в кинетическую энергию шарика (в момент выстрела).
2. Кинетическая энергия шарика переходит в его потенциальную (гравитационную) энергию (во время полета вверх).
В верхней точке траектории кинетическая энергия шарика становится равной нулю, а потенциальная энергия — максимальной. При последующем падении происходит обратный процесс превращения потенциальной энергии в кинетическую. На всех этапах часть механической энергии переходит во внутреннюю энергию из-за действия сил трения и сопротивления воздуха.