Question

Дівчинка підкинула м’яч вертикально вгору. Описати які перетворення енергії відбуваються до падіння м’яча на землю.

Answer 1

Ответ:

До кидка м’яча потенціальна й кінетична енергія тіла дорівнює 0. В момент кидка кінетична енергія тіла є найбільшою, бо вона пропорційно залежить від швидкості руху м’яча. Під час польоту кінетична енергія зменшується, проте збільшується потенційна енергія. Це пояснюється тим, що на м’яч діє сила тяжіння Землі, внаслідок цього м’яч сповільнюється (також сповільнення відбувається через силу опору повітря), а отже й відбувається зменшення кінетичної енергії; збільшення потенціальної енергії відбувається через збільшення висоти, на якій знаходиться м’яч, адже залежність потенціальної енергії від висоти є пропорційною й визначається за формулою Eп = mgh. В певній точці (hmax), внаслідок дії сили тяжіння м’яч на мить спиниться, його потенціальна енергія буде максимальною, а кінетична дорівнюватиме нулю. Після цього м’яч почне падати на землю з прискоренням 9.8 м/с2, кінетична енергія буде збільшуватися, а потенціальна навпаки зменшуватися. В момент коли м’яч впаде на землю його потенціальна й кінетична енергія дорівнюватиме нулю.  

Answer 2

Перед тим як дівчинка підкинула м'яч вертикально вгору, енергія системи (м'яч + дівчинка) перебувала у вигляді потенційної енергії та кінетичної енергії. Основні перетворення енергії відбуваються таким чином:

1. Початкова потенційна енергія: Перед тим як м'яч був підкинутий, він мав певну висоту над землею, і ця висота надавала йому потенційну енергію. Потенційна енергія (Еп) залежить від маси м'яча (м), висоти (h) та гравітаційного прискорення (g) і розраховується за формулою Еп = m * g * h.

2. Кінетична енергія: Коли дівчинка підкинула м'яч, його потенційна енергія зменшилася, але збільшилася кінетична енергія. Кінетична енергія (Ек) залежить від маси м'яча (м) та його швидкості (v) і розраховується за формулою Ек = (1/2) * m * v^2.

3. Зменшення потенційної енергії: Під час підкидання м'яча вгору, його висота зменшується, що призводить до зменшення потенційної енергії.

4. Збільшення кінетичної енергії: Одночасно зі зменшенням потенційної енергії, збільшується кінетична енергія м'яча, оскільки він набуває швидкості вгору.

5. Максимальна точка: Коли м'яч досягає своєї найвищої точки, його швидкість стає нульовою, і вся енергія в цей момент є потенційною.

6. Падіння м'яча: Після досягнення найвищої точки, м'яч починає падати. Потенційна енергія знову перетворюється в кінетичну енергію, і м'яч набуває швидкості вниз.

7. Збільшення кінетичної енергії під час падіння: Якщо ігнорувати опір повітря, кінетична енергія м'яча збільшується по мірі його падіння.

8. Приземлення: Коли м'яч долати вся висота і досягає землі, вся його потенційна енергія перетворюється в кінетичну енергію. Це момент, коли м'яч має максимальну кінетичну енергію, і він рухається з максимальною швидкістю.

9. Втрати енергії: В реальних умовах, через опір повітря та інші фактори, частина енергії може бути втрачена у вигляді тепла під час руху м'яча.

Отже, від підкидання м'яча до його падіння на землю відбуваються постійні перетворення потенційної та кінетичної енергії, а також можливі втрати енергії через опір повітря та інші фактори.