Условие
Мяч бросили вертикально вверх. В самой высокой точке он на мгновение остановился, а потом полетел вниз. Опиши, как менялись кинетическая и потенциальная энергия мяча при подъёме и при падении, и какая энергия была у него в верхней точке.
Что известно и что ищем
- Известно, что мяч сначала поднимается, замедляясь, а затем падает, ускоряясь.
- Известно, что энергия движения зависит от скорости, а энергия положения — от высоты.
- Ищем, как переходят друг в друга эти две энергии на всём пути мяча.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем старт. В момент броска мяч движется быстро, но находится низко, поэтому у него большая энергия движения и малая энергия положения.
- Шаг 2. Смотрим на подъём. Мяч поднимается всё выше, но движется всё медленнее. Значит, энергия положения растёт, а энергия движения уменьшается — одна переходит в другую.
- Шаг 3. Разбираем верхнюю точку. Там скорость мяча равна нулю, поэтому энергия движения тоже равна нулю, а вся энергия стала энергией положения. Мяч остановился только на мгновение — дальше он начинает падать.
- Шаг 4. Смотрим на падение. Всё происходит в обратном порядке: высота уменьшается, скорость растёт, и энергия положения снова переходит в энергию движения.
- Шаг 5. Делаем общий вывод. Сумма этих двух энергий всё время остаётся одной и той же, если пренебречь сопротивлением воздуха. Меняется только «форма» энергии, а её общее количество сохраняется.
Проверь себя
- Ответ: при подъёме энергия движения переходит в энергию положения, в верхней точке вся энергия — энергия положения, при падении переход идёт обратно.
- Проверка вывода: в верхней точке скорость нулевая, значит энергия движения нулевая — это и подтверждает вывод.
- Ловушка: сказать, что в верхней точке энергия исчезла. Энергия не исчезла, она полностью перешла в энергию положения.
Как объяснить ребёнку
«У мяча энергия переливается, как вода между двумя стаканами. Пока мяч летит низко и быстро — энергия в „стакане движения“. Поднялся высоко и замер — вода перелилась в „стакан высоты“. Упал — перелилась обратно. Общее количество при этом не меняется».
Тема для отчёта родителю
«Кинетическая и потенциальная энергия и их превращение».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.