С высоты h = 5,0 м бросают вертикально вверх тело массой m = 0,20 кг с начальной скоростью υ0 = 2,0 м/с. При падении на Землю тело углубляется в грунт на глубину l = 5,0 см. Какова средняя сила сопротивления грунта, действующая на движущееся тело?

Физика 11 класс Законы движения и силы сила сопротивления физика 11 класс движение тела Падение тела углубление в грунт начальная скорость масса тела высота броска Новый

Для решения задачи мы будем использовать закон сохранения энергии и второй закон Ньютона. Нам нужно найти среднюю силу сопротивления грунта, действующую на тело, когда оно падает и углубляется в грунт.

Шаг 1: Определим потенциальную энергию тела на высоте h.

Потенциальная энергия (Eпот) тела на высоте h рассчитывается по формуле:

Eпот = m * g * h

где:

• m = 0,20 кг (масса тела)
• g = 9,81 м/с² (ускорение свободного падения)
• h = 5,0 м (высота)

Подставляем значения:

Eпот = 0,20 * 9,81 * 5,0 = 9,81 Дж

Шаг 2: Определим кинетическую энергию тела при броске.

Кинетическая энергия (Eкин) тела, брошенного вверх, рассчитывается по формуле:

Eкин = 0,5 * m * υ0²

где υ0 = 2,0 м/с (начальная скорость).

Подставляем значения:

Eкин = 0,5 * 0,20 * (2,0)² = 0,5 * 0,20 * 4 = 0,4 Дж

Шаг 3: Определим полную механическую энергию тела в начале движения.

Полная энергия (Eполная) равна сумме потенциальной и кинетической энергий:

Eполная = Eпот + Eкин = 9,81 + 0,4 = 10,21 Дж

Шаг 4: Определим работу силы сопротивления грунта.

Когда тело углубляется в грунт, оно теряет всю свою механическую энергию. Работа (A) силы сопротивления грунта равна изменению полной энергии:

A = -Eполная = -10,21 Дж

Шаг 5: Найдем среднюю силу сопротивления грунта.

Работа силы сопротивления также может быть выражена через силу и путь:

A = F * l

где:

• F - средняя сила сопротивления грунта;
• l = 0,05 м (глубина углубления в грунт).

Таким образом, средняя сила сопротивления грунта будет равна:

F = A / l

Подставляем значения:

F = -10,21 / 0,05 = -204,2 Н

Шаг 6: Интерпретация результата.

Отрицательное значение силы указывает на то, что сила сопротивления направлена вверх, против движения тела. Таким образом, средняя сила сопротивления грунта, действующая на тело, составляет 204,2 Н.

Ответ: Средняя сила сопротивления грунта составляет 204,2 Н.