Класс!ная физика

Занимательные фишки - 7 класс Занимательные фишки - 8 класс Занимательные фишки - 9 класс 10-11 класс Диафильмы по физике


Примеры решения задач по теме «Закон сохранения механической энергии»

«Физика - 10 класс»

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 hmax подъёма скорость мяча направлена горизонтально. Горизонтальная составляющая скорости при движении мяча остаётся постоянной и равной υx = υ0 cosα.

Механическая энергия в положении 2: Е2 = Ек2 + Еп2 = (mυ20cos2α)/2 + mghmax.

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 hmах:


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 Aупр = -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?


Р е ш е н и е.


При прохождении нити через вертикальное положение на груз действуют сила натяжения нити и сила тяжести m, лежащие на одной прямой (рис. 5.17). Поэтому ускорение груза является центростремительным и направлено вертикально вверх.

По второму закону Ньютона m = + m.

Запишем этот закон в проекции на ось OY (см. рис. 5.17): Т - mg = mа, где а = υ2/l. Учитывая, что Т = 2mg, получаем mg = mа, υ2 = gl.

Для определения h применим закон сохранения механической энергии, считая, что в положении 2 потенциальная энергия системы «тело—Земля» равна нулю. Тогда в положении 1 система имеет потенциальную энергию Еп = mgh, где h — высота тела относительно нулевого уровня. В положении 2 тело обладает лишь кинетической энергией Ек = mυ2/2.

По закону сохранения механической энергии mυ2/2 = mgh, υ2 = 2gh. Учитывая, что υ2 = gl, получаем 2gh = gl, откуда h = 1/2.


Задача 4.


Определите скорости двух шаров массами m1 и m2 после центрального абсолютно упругого удара. Скорости шаров до удара υ1 и υ2 соответственно.


Р е ш е н и е.


Закон сохранения импульса системы имеет вид

p align="center">m11 + m22 = m1 + m22,         (1)

где 1 и 2 — скорости шаров после удара.

Запишем уравнение (1) в проекции на ось X (рис. 5.18) (предположим, что шары после удара разлетаются в разные стороны):

m1υ1 - m2υ2 = - m1u1 + m2u2.         (2)

Запишем закон сохранения энергии:

m1υ21/2 + m2υ22/2 = m1u21/2 + m2u22/2.         (3)

Уравнения (2) и (3) образуют систему двух уравнений относительно двух неизвестных u1 и u2. Перенесём все члены системы, содержащие m1, в левую часть уравнения, а содержащие m2, в правую: m11 + u1) = m22 + u2), m121 - u21) = m2(u22 - υ22).

Очевидно. что u1 ≠ - υ1 и u2 ≠ - υ2, так как скорости шаров после соударения должны измениться. Разделив левые и правые части равенств одно на другое, получим υ1 — u1 = υ2 - u2, откуда u2 = υ1 + υ2 - u1.

Подставив u2 в уравнение (2), получим уравнение относительно u1:

m1υ1 - m2υ2 = -m1u1 + m2υ1 + m2υ2 - m2u1.

Окончательно


Источник: «Физика - 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский




Законы сохранения в механике - Физика, учебник для 10 класса - Класс!ная физика

Импульс материальной точки --- Закон сохранения импульса --- Реактивное движение. Успехи в освоении космоса --- Примеры решения задач по теме «Закон сохранения импульса» --- Механическая работа и мощность силы --- Энергия. Кинетическая энергия --- Примеры решения задач по теме «Кинетическая энергия и её изменение» --- Работа силы тяжести. Консервативные силы --- Работа силы упругости. Консервативные силы --- Потенциальная энергия --- Закон сохранения энергии в механике --- Работа силы тяготения. Потенциальная энергия в поле тяготения --- Примеры решения задач по теме «Закон сохранения механической энергии» --- Основное уравнение динамики вращательного движения --- Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия абсолютно твёрдого тела, вращающегося относительно неподвижной оси --- Примеры решения задач по теме «Динамика вращательного движения абсолютно твёрдого тела»



Устали? - Отдыхаем!

Вверх