Как можно вычислить максимальную кинетическую энергию (Eк max), максимальную потенциальную энергию (Еп max), максимальную скорость (v max) и полную механическую энергию для стула массой 20 кг, который был сброшен с высоты 100 м?

Физика Колледж Законы сохранения энергии максимальная кинетическая энергия максимальная потенциальная энергия максимальная скорость полная механическая энергия физика стул 20 кг высота 100 м энергия свободного падения Новый

Для решения этой задачи, давайте последовательно вычислим максимальную потенциальную энергию, максимальную кинетическую энергию, максимальную скорость и полную механическую энергию стула.

1. Максимальная потенциальная энергия (Eп max)

Потенциальная энергия определяется по формуле:

Eп = m * g * h

где:

• m - масса объекта (в нашем случае 20 кг),
• g - ускорение свободного падения (приблизительно 9.81 м/с²),
• h - высота (в нашем случае 100 м).

Подставляем значения:

Eп max = 20 кг * 9.81 м/с² * 100 м = 19620 Дж.

2. Максимальная кинетическая энергия (Eк max)

При падении стула, вся потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда стул достигает земли. Таким образом, максимальная кинетическая энергия будет равна максимальной потенциальной энергии:

Eк max = Eп max = 19620 Дж.

3. Максимальная скорость (v max)

Максимальная скорость стула в момент удара о землю может быть вычислена с помощью формулы кинетической энергии:

Eк = (m * v²) / 2

Где v - скорость. Подставим Eк max:

19620 Дж = (20 кг * v²) / 2

Умножим обе стороны на 2:

39240 Дж = 20 кг * v²

Теперь делим обе стороны на 20 кг:

1962 = v²

Теперь извлекаем корень:

v max = √1962 ≈ 44.4 м/с.

4. Полная механическая энергия

Полная механическая энергия системы определяется как сумма потенциальной и кинетической энергии. В начале падения вся энергия будет потенциальной, а в момент удара - кинетической:

Полная механическая энергия (Eм) = Eп max = Eк max = 19620 Дж.

Таким образом, для стула массой 20 кг, сброшенного с высоты 100 м, мы получили следующие результаты:

• Максимальная потенциальная энергия (Eп max) = 19620 Дж;
• Максимальная кинетическая энергия (Eк max) = 19620 Дж;
• Максимальная скорость (v max) ≈ 44.4 м/с;
• Полная механическая энергия = 19620 Дж.