Как можно определить кинетическую энергию тела, брошенного вертикально вверх, в момент, когда она равна потенциальной, если известно, что тело упало на землю спустя t = 1,6 с и его масса составляет m = 300 г?

Физика 11 класс Законы сохранения энергии кинетическая энергия потенциальная энергия тело брошенное вверх время падения масса тела физика 11 класс расчет энергии механика законы физики энергия в движении Новый

Чтобы определить кинетическую энергию тела в момент, когда она равна потенциальной, нам нужно рассмотреть несколько шагов. Давайте разберем задачу поэтапно.

Шаг 1: Определение времени подъема

Тело, брошенное вертикально вверх, проходит два этапа: подъем и падение. В данном случае известно, что общее время полета тела (вверх и вниз) составляет t = 1,6 с. Поскольку подъем и падение занимают равное время, то время подъема будет:

• t_подъема = t / 2 = 1,6 с / 2 = 0,8 с.

Шаг 2: Определение высоты подъема

Во время подъема тело будет замедляться под действием силы тяжести. Для определения высоты, на которую поднимется тело, используем формулу:

• h = v_0 * t_подъема - (g * t_подъема^2) / 2,

где v_0 - начальная скорость, g - ускорение свободного падения (приблизительно 9,8 м/с²).

Однако нам нужно найти начальную скорость v_0. Мы можем использовать уравнение движения:

• v = v_0 - g * t_подъема,

где v в момент достижения максимальной высоты равно 0 (тело останавливается перед падением).

• 0 = v_0 - g * 0,8 с.
• v_0 = g * 0,8 с = 9,8 м/с² * 0,8 с = 7,84 м/с.

Шаг 3: Подсчет максимальной высоты

Теперь подставим v_0 в уравнение для высоты:

• h = 7,84 м/с * 0,8 с - (9,8 м/с² * (0,8 с)²) / 2.
• h = 6,272 м - (9,8 * 0,64) / 2.
• h = 6,272 м - 3,136 м = 3,136 м.

Шаг 4: Определение потенциальной энергии

Теперь, когда мы знаем максимальную высоту, можем найти потенциальную энергию (PE) в этой точке:

• PE = m * g * h,

где масса m = 300 г = 0,3 кг.

• PE = 0,3 кг * 9,8 м/с² * 3,136 м = 0,3 * 9,8 * 3,136.
• PE ≈ 0,3 * 30,74 ≈ 9,22 Дж.

Шаг 5: Определение кинетической энергии

Кинетическая энергия (KE) в момент, когда она равна потенциальной, будет равна 9,22 Дж, так как в этой точке они равны:

• KE = PE = 9,22 Дж.

Таким образом, кинетическая энергия тела в момент, когда она равна потенциальной, составляет примерно 9,22 Дж.