Задание 7

Расчёт физической величины: механические явления · 72 задания

Задание №7
№7
Лёгкий рычаг находится в равновесии под действием двух сил. Сила F 1 = 6 Н. Чему равна сила F 2 , если длина рычага равна 25 см, а плечо силы F 1 равн…
Простые механизмы. Рычаг. КПД
Задание №7
№7
При взвешивании груза в воздухе показание динамометра равно 2 Н. Если груз погружён в воду, показание динамометра равно 1,6 Н. Какова выталкивающая си…
Закон Архимеда. Плавание тел
Задание №7
№7
Камень массой 1 кг, брошенный вертикально вверх, достиг максимальной высоты – 20 м. Чему равна кинетическая энергия камня в момент броска? Сопротивлен…
Закон сохранения энергии
Задание №7
№7
Груз массой 2 кг упал из состояния покоя с высоты 4 м от пола на стол высотой 1 м, стоящий на полу. Чему равна работа силы тяжести при падении груза?
Работа и мощность
Задание №7
№7
На рисунке изображён неподвижный блок, с помощью которого равномерно поднимают груз массой 200 кг. Какую силу при этом прикладывают к свободному концу…
Простые механизмы. Рычаг. КПД
Задание №7
№7
Движущийся со скоростью 3 м/с шар массой 2 кг соударяется с неподвижным шаром массой 1 кг. После удара шары движутся как единое целое. Чему равна скор…
Закон сохранения импульса
Задание №7
№7
Тело брошено вертикально вверх. На рисунке показан график зависимости кинетической энергии тела от его высоты над точкой броска. Чему равна потенциаль…
Закон сохранения энергии
Задание №7
№7
Груз подвесили на упругую пружину жёсткостью 50 Н/м . При этом пружина растянулась на 4 см. Чему равна масса подвешенного груза?
Закон Гука
Задание №7
№7
В U -образном сосуде находятся две несмешивающиеся жидкости. Во сколько раз плотность жидкости 1 меньше плотности жидкости 2?
Давление
Задание №7
№7
Камень массой 2 кг бросили вертикально вверх с поверхности Земли. В момент броска его кинетическая энергия была равна 400 Дж. Какую потенциальную энер…
Закон сохранения энергии
Задание №7
№7
Тело движется в положительном направлении оси Ox . На рисунке представлен график зависимости от времени t для проекции F x силы, действующей на тело.…
Импульс тела
Задание №7
№7
Брусок равномерно и прямолинейно перемещали по горизонтальной поверхности, прикладывая силу тяги, направленную по движению бруска и равную по модулю 1…
Работа и мощность

Задание №7 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Мяч массой 200 г подбросили с поверхности Земли вертикально вверх. В результате мяч поднялся на высоту 3 м, а затем упал обратно на Землю. Чему равна работа силы тяжести на всём пути мяча?

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для решения задачи проанализируем движение мяча и работу силы тяжести на каждом этапе пути.

Дано:
$m = 200$ г $= 0,2$ кг
$h = 3$ м
$g = 10$ м/с²
Найти: $A_{полн}$ — ?

Физическое обоснование и расчет:
1. Работа силы тяжести $A$ определяется формулой: $A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$ , где $F = mg$ — сила тяжести, $s$ — перемещение, $\alpha$ — угол между направлением силы и направлением перемещения.
2. При движении мяча вверх сила тяжести направлена вниз, а перемещение — вверх. Угол между ними равен $180^\circ$ , следовательно, работа отрицательна:
$A_1 = -m \cdot g \cdot h$
3. При движении мяча вниз сила тяжести и перемещение направлены в одну сторону (вниз). Угол между ними равен $0^\circ$ , работа положительна:
$A_2 = m \cdot g \cdot h$
4. Полная работа силы тяжести на всем пути (вверх и вниз) равна сумме работ на отдельных участках:
$A_{полн} = A_1 + A_2$
$A_{полн} = -mgh + mgh = 0$ Дж

Альтернативное объяснение:
Сила тяжести является консервативной (потенциальной) силой. Работа консервативной силы по замкнутой траектории (когда тело возвращается в исходную точку) всегда равна нулю. Поскольку мяч был брошен с поверхности Земли и вернулся на поверхность Земли, его общее изменение высоты равно нулю, а значит, и суммарная работа силы тяжести равна нулю.

Подставим значения для проверки:
$A_{полн} = -0,2 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с}^2 \cdot 3 \text{ м} + 0,2 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с}^2 \cdot 3 \text{ м} = -6 \text{ Дж} + 6 \text{ Дж} = 0 \text{ Дж}$ .

Ответ: 0 Дж

Источник: ФИПИ