Тяжелый мячик отпустили без начальной скорости с высоты Η = 20 м, при ударе о землю он потерял часть своей кинетической энергии и долетел до верхней точки через t = 3 с после начала движения. Какая часть кинетической энергии перешла в тепло при ударе? Сопротивлением воздуха при расчетах пренебречь.
Для решения этой задачи нам необходимо найти энергию потерь при ударе о землю. По закону сохранения энергии разности потенциальной и кинетической энергий в верхней и нижней точках равны потерям энергии при ударе:
ΔU - ΔK = Q,
где ΔU = mgh - mgh = 0 потенциальная энергия в верхней точке равна потенциальной энергии в нижней точке, mgh - потенциальная энергия в нижней точке, m - масса мячика, g - ускорение свободного падения, h - высота, ΔK - изменение кинетической энергии мячика.
Также, можно записать, что полная механическая энергия мячика в начальный момент времени равна его кинетической энергии в верхней точке:
mgH = (m/2)v^2,
где v - скорость мячика в верхней точке.
После удара мячик движется вверх и кинетическая энергия в верхней точке равна потенциальной энергии в верхней точке:
(m/2)v^2 = mgH - mgH + Q = Q.
Теперь можем найти, какая часть кинетической энергии перешла в тепло:
Q / (m/2)v^2 = 1/2.
Таким образом, половина кинетической энергии перешла в тепло при ударе о землю.
Для решения этой задачи нам необходимо найти энергию потерь при ударе о землю. По закону сохранения энергии разности потенциальной и кинетической энергий в верхней и нижней точках равны потерям энергии при ударе:
ΔU - ΔK = Q,
где ΔU = mgh - mgh = 0 потенциальная энергия в верхней точке равна потенциальной энергии в нижней точке, mgh - потенциальная энергия в нижней точке, m - масса мячика, g - ускорение свободного падения, h - высота, ΔK - изменение кинетической энергии мячика.
Также, можно записать, что полная механическая энергия мячика в начальный момент времени равна его кинетической энергии в верхней точке:
mgH = (m/2)v^2,
где v - скорость мячика в верхней точке.
После удара мячик движется вверх и кинетическая энергия в верхней точке равна потенциальной энергии в верхней точке:
(m/2)v^2 = mgH - mgH + Q = Q.
Теперь можем найти, какая часть кинетической энергии перешла в тепло:
Q / (m/2)v^2 = 1/2.
Таким образом, половина кинетической энергии перешла в тепло при ударе о землю.