Главная >> Физика 10 класс. Мякишев

Глава 5. Закон сохранения энергии

§ 47. Примеры решения задач по теме «Закон сохранения механической энергии»

При применении закона сохранения механической энергии для решения задач надо, прежде всего, выяснить, какое состояние системы целесообразно считать начальным, а какое — конечным, затем записать выражение для начальной энергии системы и приравнять его выражению для конечной. При записи потенциальной энергии надо предварительно выбрать нулевой уровень отсчёта потенциальной энергии системы.

Задача 1. Мяч брошен с высоты 1 м под углом 60° к горизонту со скоростью 4 м/с. Определите максимальную высоту подъёма мяча над поверхностью Земли. Силу сопротивления при движении мяча не учитывайте.

Р е ш е н и е. Выберем нулевой уровень потенциальной энергии на поверхности Земли (рис. 5.16). В момент броска в начальном положении 1 мяч обладает кинетической и потенциальной энергиями:

В момент максимальной высоты h_max подъёма скорость мяча направлена горизонтально. Горизонтальная составляющая скорости при движении мяча остаётся постоянной и равной υ_x = υ₀ cosα.

Механическая энергия в положении 2: Е₂ = Е_к2 + Е_п2 = (mυ²₀cos²α)/2 + mgh_max.

Так как по условию задачи силой сопротивления можно пренебречь, то считаем, что на мяч действует только консервативная сила — сила тяжести, и, следовательно, полная механическая энергия мяча сохраняется:

Тогда максимальная высота h_mах:

Задача 2. Недеформированную пружину растягивают на Δl = 10 см. Определите работу деформирующей пружину силы и силы упругости пружины, если для растяжения пружины на Δl₀ = 1 см требуется сила F₀ = 2 Н.

Р е ш е н и е. Абсолютные удлинения пружины выразим в единицах СИ: Δl₀ = 0,01 м, Δl = 0,1 м. Найдём жёсткость пружины. Из закона Гука F₀ = kΔl₀ следует: k = F₀/Δl₀. Работа деформирующей силы:

Направление силы упругости противоположно направлению деформирующей силы, а по модулю эти силы равны, поэтому A_упр = -1 Дж.

Задача 3. На нити длиной l висит груз. На какую высоту необходимо поднять груз, отклоняя нить от вертикали, чтобы при движении груза вниз без начальной скорости в момент прохождения положения равновесия сила натяжения нити превышала в 2 раза силу тяжести, действующую на груз?

Продолжение >>>