«Природа — сфинкс. И тем она верней
Своим искусом губит человека,
Что может статься, никакой от века
Загадки нет, и не было у ней».
Ф.И. Тютчев
Данная тема будет посвящена решению задач на расчет кинетической энергии тела.
Задача 1. Тело массой 9 кг ударяется абсолютно неупруго о тело массой 4 кг. Найдите долю потерянной при этом кинетической энергии, если тело меньшей массы до удара покоилось.
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: Доля потерянной кинетической энергии — это отношение изменения кинетической энергии системы после соударения к кинетической энергии системы до удара Кинетическая энергия системы до удара: Кинетическая энергия системы после удара: Согласно закону сохранения импульса в проекциях на ось Ох: Тогда скорость после удара Выражение для определения кинетической энергии после удара тогда примет вид Доля потерянной кинетической энергии: |
Ответ: потеря кинетической энергии составила 30%.
Задача 2. Вычислите кинетическую энергию первого искусственного спутника Земли массой 84 кг, который двигался по круговой орбите на высоте 160 км над поверхностью Земли. Средний радиус Земли 6400 км.
ДАНО: |
СИ |
РЕШЕНИЕ: Кинетическая энергия определяется по формуле Запишем динамическое уравнение движения спутника Центростремительное ускорение спутника: Из закона всемирного тяготения: Тогда ускорение равно Тогда квадрат скорости движения спутника Ускорение свободного падения: Тогда получаем, что кинетическая энергия равна |
Ответ: 2,6 ГДж.
Задача 3. Девочка с санками стоит неподвижно на льду. Масса девочки равна 25 кг, а санок — 3 кг. Девочка толкает санки и сообщает им скорость 5 м/с, а сама начинает двигаться в противоположном направлении. Какую работу совершила девочка?
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: Согласно теореме о кинетической энергии, совершенная девочкой работа равна изменению кинетической энергии санок и девочки Так как до взаимодействия девочка и санки находились в покое, то их начальная кинетическая энергия была равна нулю Кинетическая энергия санок после взаимодействия: Кинетическая энергия девочки после взаимодействия: Тогда Согласно закону сохранения импульса В проекциях на ось Ох: Тогда искомая работа равна |
Ответ: 33 Дж.
Задача 4. На горизонтальном участке пути локомотив развивает постоянную силу тяги 3,5 ∙ 105 Н. На некотором участке в течение 10 с скорость поезда возрастает с 10 м/с до 20 м/с. Определите коэффициент трения между колесами и рельсами, если масса поезда 106 кг.
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: На основании теоремы об изменении кинетической энергии: Где работа силы тяжести равна Работа силы трения Силу трения можно определить на основании закона Кулона-Амонтона Уравнение движения в проекциях на ось Оу: Уравнение пути при равноускоренном движении в проекциях на ось Ох: Тогда получаем Тогда искомый коэффициент трения равен |
Ответ: 0,135.