Тело было брошено вертикально вверх со скоростью v=16 м/с. На какой высоте h кинетическая энергия этого тела станет равной его потенциальной энергии, если не учитывать сопротивление воздуха?
Физика 11 класс Законы сохранения энергии физика 11 класс кинетическая энергия потенциальная энергия высота тела движение тела вверх
Чтобы решить эту задачу, давайте вспомним основные формулы для кинетической и потенциальной энергии.
Кинетическая энергия (K) тела определяется формулой:
где m - масса тела, v - скорость тела.
Потенциальная энергия (U) тела на высоте h определяется формулой:
где g - ускорение свободного падения (приблизительно 9.8 м/с²), h - высота.
В условии задачи нам нужно найти такую высоту h, при которой кинетическая энергия равна потенциальной энергии:
Подставим формулы для K и U в это уравнение:
Мы можем сократить массу m, так как она одинаковая с обеих сторон уравнения (при условии, что m не равно 0):
Теперь выразим высоту h:
Теперь подставим известные значения:
Подставим эти значения в формулу для h:
Однако это высота, на которой кинетическая энергия будет равна потенциальной энергии, если тело двигалось бы вверх с начальной скоростью. Но нам нужно найти высоту, на которой эта равенство будет достигнуто на пути вверх.
Когда тело поднимается, его скорость уменьшается, и в какой-то момент она станет равной нулю. Это происходит на максимальной высоте. Для нахождения этой высоты мы можем использовать уравнение движения:
где v0 - начальная скорость, v - конечная скорость (в момент максимальной высоты v = 0).
Подставим значения:
Теперь нам нужно найти высоту, на которой K = U. Мы знаем, что на высоте h, где K = U, тело будет находиться на высоте, равной половине максимальной высоты:
Таким образом, высота, на которой кинетическая энергия тела станет равной его потенциальной энергии, составляет примерно 6.5 м.
Ответ: 6.5 м.