Камень массой 500 г свободно падает с высоты 14 м без начальной скорости.
а) Найдите начальную потенциальную энергию камня.
б) Какова скорость камня непосредственно перед падением его на землю?
в) Чему равна кинетическая энергия камня на высоте 8 м над поверхностью земли?
от

1 Ответ

Дано:  
- масса камня m = 500 г = 0,5 кг (переведено в СИ)  
- высота h = 14 м  
- g = 9,81 м/с² (ускорение свободного падения)  

Найти:  
а) начальную потенциальную энергию камня  
б) скорость камня непосредственно перед падением на землю  
в) кинетическую энергию камня на высоте 8 м над поверхностью земли  

Решение:

а) Начальная потенциальная энергия (E_p) камня определяется по формуле:  
E_p = m * g * h  

Подставим значения:  
E_p = 0,5 кг * 9,81 м/с² * 14 м  
E_p = 0,5 * 9,81 * 14  
E_p = 0,5 * 137.34  
E_p = 68.67 Дж  

Ответ: Начальная потенциальная энергия камня равна 68.67 Дж.

б) Для нахождения скорости камня непосредственно перед падением на землю используем закон сохранения энергии. Потенциальная энергия (E_p) в начале равна кинетической энергии (E_k) перед падением:  
E_p = E_k,  
где E_k = (1/2) * m * v²  

Таким образом, имеем:  
m * g * h = (1/2) * m * v²  

Сократим массу (m) с обеих сторон:  
g * h = (1/2) * v²  

Выразим скорость (v):  
v² = 2 * g * h  
v = √(2 * g * h)  

Подставим значения:  
v = √(2 * 9,81 м/с² * 14 м)  
v = √(274.68)  
v ≈ 16.56 м/с  

Ответ: Скорость камня непосредственно перед падением на землю равна примерно 16.56 м/с.

в) Для нахождения кинетической энергии (E_k) камня на высоте 8 м используем закон сохранения энергии. На высоте 8 м потенциальная энергия будет:  
E_p(8) = m * g * h(8)  
где h(8) = 14 м - 8 м = 6 м  

Таким образом,  
E_p(8) = 0,5 кг * 9,81 м/с² * 6 м  
E_p(8) = 0,5 * 9,81 * 6  
E_p(8) = 0,5 * 58.86  
E_p(8) = 29.43 Дж  

Общая энергия сохраняется, следовательно,  
E_total = E_p + E_k  

На высоте 14 м:  
E_total = E_p(нач.) = 68.67 Дж  

На высоте 8 м:  
E_total = E_p(8) + E_k(8)  
68.67 = 29.43 + E_k(8)  
E_k(8) = 68.67 - 29.43  
E_k(8) = 39.24 Дж  

Ответ: Кинетическая энергия камня на высоте 8 м над поверхностью земли равна 39.24 Дж.
от