Розв'язання. На м'яч під час польоту діє тільки сила тяжіння, тому
механічна
енергія м'яча зберігається. Отже, , де
—маса м'яча,
—
його початкова швидкість,
— швидкість м'яча
на висоті
. Звідси
.
Підставляючи числові дані, одержуємо
=24
м/с.
2. На
нитці довжиною підвішено кульку
масою то. Кульку відхиляють так, що нитка стає горизонтальною, і відпускають. З
якою швидкістю
кулька пройде
положення рівноваги? Якою буде при цьому сила натягу нитки
?
Розв'язання. На кульку під час її руху діють тільки сила тяжіння і сила пружності, тому механічна енергія кульки зберігається. Зіставимо нульовой рівень потенціальної енергії зі станом системи, коли кулька перебуває в найнижчому положенні. Тоді, якщо нитка відхилена на 90°,
потенціальна енергія кульки дорівнює
. У нижній точці потенціальна
енергія кульки дорівнює нулю, а кінетична енергія дорівнює
. Відповідно до закону збереження
енергії,
. Звідси
. Слід
звернути увагу: швидкість кульки виявилася за модулем такою самою, якою була б
у випадку, якби кулька вільно падала з висоти
.
Знайдемо тепер силу натягу нитки в нижній точці (рис. 1).
На кульку діють дві сили: сила тяжіння і сила
реакції нитки
, напрямлені
протилежно. Оскільки кулька рухається по колу радіуса
,
рівнодійна цих сил надає кульці доцентрове прискорення, що дорівнює
.
У проекціях на напрямлену вгору вісь х рівняння
другого закона Ньютона має вигляд
- . Праву частину цього рівняння легко
знайти, скориставшись законом збереження енергії: з
випливає,
що
. Звідси
,
тобто
. Таким чином, під час
проходження положення рівноваги сила натягу нитки є втричі більшою, ніж сила
тяжіння.
3. Невелике тіло масою зісковзує
без тертя по похилому жолобу, що переходить у коло радіусом
,
і проходить «мертву петлю», не відриваючись
від жолоба. З якою силою
тисне тіло на
жолоб у верхній точці кола, якщо тіло зісковзує з висоти
? 3 якої мінімальної початкової
висоти
має зісковзувати тіло, щоб
воно під час руху не відривалося від жолоба (рис. 2)?
Розв'язання. Якщо тіло у верхній точці не відривається від жолоба, на
тіло в цій точці діють сила тяжіння і сила
реакції жолоба
, обидві напрямлені вниз.
Оскільки тіло рухається по колу радіусом
, рівнодійна
цих сил надає тілу доцентрового прискорення
,
де
— швидкість
тіла у верхній точці кола.
У проекціях на напрямлену вниз вісь х рівняння
другого закону Ньютона має
вигляд
. Щоб знайти праву частину цього
рівняння, можна скористатися законом збереження механічної енергії, оскільки на
тіло під час його руху діють тільки сила тяжіння і сила пружності. Зіставимо
нульовий рівень потенціальної енергії зі станом, коли тіло перебуває в нижній
точці кола. Тоді
, звідси
.
Підставляючи
одержаний вираз для у рівняння
,
знаходимо
, звідки
Оскільки
, одержуємо
,
тобто
.
4. Автомобіль
масою = 1 т
збільшує швидкість від
= 5 м/с до
=15 м/с. Накресліть графік залежності
його швидкості від часу, вважаючи корисну потужність двигуна сталою (
= 10 кВт) і нехтуючи силами
опору. (36: № 25.29)
Розв'язання. Автомобільний двигун за час виконав
роботу
.
За теоремою про кінетичну енергію
ця робота дорівнює зміні кінетичної енергії
,
де
— швидкість
автомобіля в момент
часу
. Звідси одержуємо формулу
(рис. 3).
5. Пружинний пістолет стріляє кульками вертикально вгору. Маса кульки 2,25 г. На яку висоту пістолет закине кульку, якщо жорсткість пружини 90 Н/м, а деформація пружини 3 см? З якою швидкістю кулька вилітає з пістолета? Масою пружини та опором повітря знехтувати.
Домашнє завдання
Основне:
1. К: впр. ЗО (1, 2, 4, 5).
2. Г:§ 24 (24.1, 24.2).
3. 1) Кокосовий горіх масою 8 кг падає з висоти 8 м. Знайдіть його кінетичну і потенціальну енергії через 1 с. На якій висоті ці енергії є однаковими? (36: № 25.20)
2) 3 якою швидкістю кинули баскетбольний м'яч, якщо він пролетів через кільце зі швидкістю 3 м/с? Кидок зроблено з висоти 2 м, кільце розташоване на висоті 3 м. (36: № 25.21)
3) Тіло кинуто зі швидкістю під
кутом а до горизонту. Користуючись законом збереження енергії, знайдіть: а)
висоту
верхньої точки траєкторії та
швидкість
тіла в цій точці; б) модуль і
напрям швидкості тіла на висоті
. (36: № 25.23)
4) Тіло масою 2 кг кинули під кутом до горизонту. У верхній точці траєкторії на висоті 20 м його кінетична енергія дорівнює 100 Дж. Якою була початкова швидкість тіла? Під яким кутом до горизонту його кинули? (36: № 25.24) Додаткове:
1. Ф-9: § 59.
2. 36: №25.30.
УРОК 15/70. ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ ТА ІМПУЛЬСУ
Мета уроку: розширити уявлення учнів про сферу використання законів збереження енергії та імпульсу; навчити їх застосовувати свої знання для розв'язування відповідних задач. Тип уроку: урок закріплення знань.
Рекомендації щодо розв'язування задач
Засвоєнню теоретичного матеріалу про використання законів збереження енергії й імпульсу сприяють правильно організовані заняття з розв'язування задач.
Структурним принципом усього курсу механіки середньої школи є розв'язання основної задачі механіки, бо саме ця задача визначає зміст і структуру всієї сукупності необхідних понять. Динамічний спосіб розв'язання основної задачі механіки вимагає знання сил, що діють на тіло в будь-який момент часу. Коли відбуваються реальні взаємодії, значення цих сил відомі далеко не завжди. У таких випадках застосовується енергетичний спосіб розв'язання. Крім того, енергетичний спосіб часто дає більш раціональне розв'язання і в тих випадках, коли можливим є застосування динамічного способу розв'язання основної задачі механіки. Низку задач можна розв'язати тільки в результаті застосування обох законів збереження (імпульсу й енергії).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.