Дано:
- деревянный брусок, погруженный в воду
Найти:
а) изменение потенциальной энергии бруска при всплытии
б) изменение потенциальной энергии воды
в) изменение суммы потенциальных энергий бруска и воды
Решение:
а) Когда брусок всплывает, его высота h относительно поверхности воды увеличивается. Потенциальная энергия бруска изменяется по формуле:
ΔU_брус = m * g * h,
где m — масса бруска, g — ускорение свободного падения, h — высота, на которую всплыл брусок. Изменение потенциальной энергии бруска положительное.
б) При всплытии бруска уровень воды также изменяется, поскольку брусок вытесняет объем воды. Потенциальная энергия воды изменяется, так как уровень её поверхности повышается:
ΔU_вода = -ρ * g * V * h,
где ρ — плотность воды, V — объем бруска, h — высота, на которую поднимается уровень воды. Изменение потенциальной энергии воды отрицательное.
в) Сумма потенциальных энергий бруска и воды:
ΔU_сумм = ΔU_брус + ΔU_вода.
При всплытии бруска общая сумма потенциальной энергии системы (брусок + вода) изменяется, так как увеличение потенциальной энергии бруска больше, чем уменьшение потенциальной энергии воды.
Ответ: изменение потенциальной энергии бруска положительное, изменение потенциальной энергии воды отрицательное, сумма потенциальных энергий системы изменяется в положительном направлении.