Камень массой 200 г был брошен с горизонтальной поверхности под углом к горизонту и упал на нее на расстоянии 40 м через 4 секунды. Какую работу было затрачено на этот бросок, если g=10 м/с^2?

Физика 11 класс Динамика и кинематика движения камень масса бросок угол горизонтальная поверхность расстояние время работа ускорение свободного падения физика 11 класс Новый

Для решения этой задачи нам нужно рассмотреть несколько аспектов: движение камня, работу, затраченную на бросок, и силы, действующие на камень. Давайте разберем все шаги по порядку.

Шаг 1: Определение начальных условий

• Масса камня (m) = 200 г = 0.2 кг (переведем в килограммы).
• Расстояние (S) = 40 м.
• Время (t) = 4 с.
• Ускорение свободного падения (g) = 10 м/с².

Шаг 2: Определение горизонтальной и вертикальной составляющих скорости

Поскольку камень был брошен под углом, его движение можно разбить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Мы знаем, что горизонтальная составляющая скорости (Vx) будет постоянной, так как на нее не действуют силы (в идеальных условиях). Вертикальная составляющая скорости (Vy) будет изменяться под действием силы тяжести.

Горизонтальная составляющая скорости:

Горизонтальная скорость можно найти по формуле:

Vx = S / t = 40 м / 4 с = 10 м/с.

Вертикальная составляющая скорости:

Так как мы не знаем угол броска, мы не можем сразу найти Vy. Однако мы можем использовать уравнение движения для вертикальной составляющей:

h = Vy * t - (1/2) * g * t².

Поскольку камень вернется на уровень, с которого был брошен, h = 0:

0 = Vy * 4 - (1/2) * 10 * (4)².

Решим это уравнение для Vy:

Vy * 4 = 80, следовательно, Vy = 80 / 4 = 20 м/с.

Шаг 3: Определение начальной скорости

Теперь, когда мы знаем обе составляющие скорости, можем найти начальную скорость (V0) камня:

V0 = sqrt(Vx² + Vy²) = sqrt((10)² + (20)²) = sqrt(100 + 400) = sqrt(500) ≈ 22.36 м/с.

Шаг 4: Определение работы, затраченной на бросок

Работа, затраченная на бросок, равна изменению кинетической энергии. Начальная скорость была равна 0, поэтому:

Работа (A) = ΔE = (1/2) * m * V0² - 0.

Подставим значения:

A = (1/2) * 0.2 кг * (22.36 м/с)².

A = 0.1 * 500 ≈ 50 Дж.

Ответ:

Работа, затраченная на бросок камня, составляет примерно 50 Дж.