Какова работа, которую совершает сила тяжести, когда тело массой 0.5 кг, брошенное вертикально вверх со скоростью 10 м/с, поднимается на максимальную высоту и затем падает обратно на первоначальный уровень?

Физика 9 класс Законы движения и силы работа силы тяжести тело массой 0.5 кг максимальная высота скорость 10 м/с движение вверх и вниз Новый

Чтобы рассчитать работу, совершенную силой тяжести, нам нужно учесть два этапа: подъем тела и его падение обратно на первоначальный уровень. Давайте разберем это шаг за шагом.

1. Определение максимальной высоты подъема:

Когда тело поднимается, сила тяжести выполняет отрицательную работу. Чтобы найти максимальную высоту, на которую поднимется тело, мы можем использовать закон сохранения энергии. В момент, когда тело достигает максимальной высоты, его кинетическая энергия равна нулю, и вся энергия превратилась в потенциальную.

Кинетическая энергия (КЭ) в начале равна:

• КЭ = (m * v^2) / 2, где m - масса тела, v - начальная скорость.

Подставим значения:

• m = 0.5 кг, v = 10 м/с.
• КЭ = (0.5 * 10^2) / 2 = (0.5 * 100) / 2 = 50 Дж.

Потенциальная энергия (ПЭ) на максимальной высоте равна:

• ПЭ = m * g * h, где g - ускорение свободного падения (примерно 9.8 м/с²), h - максимальная высота.

При равенстве кинетической и потенциальной энергии получаем:

• 50 Дж = 0.5 * 9.8 * h.

Решим это уравнение для h:

• h = 50 / (0.5 * 9.8) = 50 / 4.9 ≈ 10.2 м.

2. Работа силы тяжести:

Теперь, когда мы знаем максимальную высоту, можем рассчитать работу, совершенную силой тяжести при подъеме и спуске.

Работа (W) силы тяжести при подъеме на высоту h равна:

• W = -m * g * h.

Подставим значения:

• W = -0.5 * 9.8 * 10.2 ≈ -50 Дж.

Работа, совершенная силой тяжести при спуске, будет равна по модулю, но с противоположным знаком:

• W = 50 Дж.

3. Общая работа:

Общая работа, совершенная силой тяжести, когда тело поднимается и затем падает обратно на первоначальный уровень, будет равна:

• W_total = W_подъем + W_спуск = -50 Дж + 50 Дж = 0 Дж.

Таким образом, работа, совершенная силой тяжести при подъеме и спуске, составляет 0 Дж, так как тело вернулось на исходный уровень.