Какое время понадобилось для вертикального подъёма груза массой m= 2 кг на высоту H= 4 м, если внешней вертикальной силой была совершена работа A=116 Дж, и подъём происходил равноускоренно без начальной скорости?

Физика 8 класс Законы Ньютона вертикальный подъем работа силы движение груза физика 8 класс равноускоренное движение высота подъема масса груза расчет времени сила и работа законы физики Новый

Для решения этой задачи, давайте вспомним основные физические понятия, связанные с работой, энергией и движением. Мы знаем, что работа, совершенная силой, равна изменению потенциальной энергии груза.

Шаг 1: Определение потенциальной энергии

Потенциальная энергия (Eп) груза на высоте H рассчитывается по формуле:

Eп = m * g * H

где:

• m - масса груза (2 кг),
• g - ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с²),
• H - высота (4 м).

Подставим значения:

Eп = 2 кг * 9.81 м/с² * 4 м = 78.48 Дж

Шаг 2: Сравнение работы и потенциальной энергии

По условию задачи, работа, совершенная внешней силой, равна 116 Дж. Это больше, чем потенциальная энергия, которую мы рассчитали (78.48 Дж). Это означает, что часть работы идет на преодоление силы тяжести, а оставшаяся часть может быть использована для ускорения груза.

Шаг 3: Определение ускорения

Сначала найдем силу тяжести (Fт), действующую на груз:

Fт = m * g = 2 кг * 9.81 м/с² = 19.62 Н

Теперь определим результирующую силу (Fр), которая равна разности между приложенной силой (Fп) и силой тяжести:

Fр = Fп - Fт

Работа, совершенная силой, равна:

A = Fп * H

Отсюда можно выразить Fп:

Fп = A / H = 116 Дж / 4 м = 29 Н

Теперь подставим Fп в уравнение для Fр:

Fр = 29 Н - 19.62 Н = 9.38 Н

Теперь, используя второй закон Ньютона (F = m * a), мы можем найти ускорение (a):

9.38 Н = 2 кг * a

Отсюда:

a = 9.38 Н / 2 кг = 4.69 м/с²

Шаг 4: Определение времени подъема

Мы знаем, что груз поднимается с начальной скоростью 0 и движется равноускоренно. Мы можем использовать уравнение движения:

H = V0 * t + (1/2) * a * t²

где:

• H - высота (4 м),
• V0 - начальная скорость (0 м/с),
• a - ускорение (4.69 м/с²),
• t - время подъема.

Подставим значения в уравнение:

4 м = 0 + (1/2) * 4.69 м/с² * t²

4 м = 2.345 м/с² * t²

Теперь решим это уравнение относительно t²:

t² = 4 м / 2.345 м/с² ≈ 1.70 с²

Теперь найдем t:

t = √(1.70) ≈ 1.30 с

Ответ: Время, необходимое для вертикального подъема груза на высоту 4 м, составляет примерно 1.30 секунды.