Анализ видов энергии у различных тел
Вопрос: Какое из указанных тел обладает только кинетической энергией?
Вспомним определения:
- Кинетическая энергия (\(E_к\)) — это энергия движения. Она зависит от массы тела и его скорости: \(E_к = \frac{m \cdot v^2}{2}\). Если тело движется, оно обладает кинетической энергией. Если тело покоится (\(v=0\)), его кинетическая энергия равна нулю.
- Потенциальная энергия (\(E_п\)) — это энергия взаимодействия или положения. Она может быть гравитационной (зависит от высоты тела над выбранным нулевым уровнем: \(E_п = mgh\)) или упругой (зависит от деформации упругого тела: \(E_п = \frac{k \cdot x^2}{2}\)). Если тело находится на высоте или деформировано, оно обладает потенциальной энергией.
Рассмотрим каждое из предложенных утверждений:
1. "кошка спит на кресле"
- Кинетическая энергия: Кошка спит, то есть находится в состоянии покоя. Ее скорость равна нулю (\(v=0\)). Следовательно, кинетическая энергия кошки равна нулю.
- Потенциальная энергия: Кошка находится на кресле, которое, в свою очередь, находится на некоторой высоте над полом (или другим выбранным нулевым уровнем). Поэтому кошка обладает гравитационной потенциальной энергией.
Вывод: Кошка обладает потенциальной энергией, но не обладает кинетической энергией. Это утверждение не подходит.
2. "шар висит на нити"
- Кинетическая энергия: Шар висит, то есть находится в состоянии покоя. Его скорость равна нулю (\(v=0\)). Следовательно, кинетическая энергия шара равна нулю.
- Потенциальная энергия: Шар висит на нити, что означает, что он находится на некоторой высоте над выбранным нулевым уровнем (например, над полом). Поэтому шар обладает гравитационной потенциальной энергией.
Вывод: Шар обладает потенциальной энергией, но не обладает кинетической энергией. Это утверждение не подходит.
3. "растянутая пружина"
- Кинетическая энергия: Растянутая пружина сама по себе не движется (если не указано иное). Ее скорость равна нулю (\(v=0\)). Следовательно, кинетическая энергия пружины равна нулю.
- Потенциальная энергия: Растянутая пружина обладает потенциальной энергией упругой деформации.
Вывод: Растянутая пружина обладает потенциальной энергией, но не обладает кинетической энергией. Это утверждение не подходит.
4. "автобус отходит от остановки по прямой и гладкой дороге"
- Кинетическая энергия: Автобус "отходит от остановки", что означает, что он начинает двигаться и набирает скорость. Следовательно, он обладает кинетической энергией.
- Потенциальная энергия: Дорога "гладкая" и "прямая". Это обычно означает, что она горизонтальная, и высота автобуса над поверхностью земли не меняется. Если мы выберем поверхность дороги как нулевой уровень потенциальной энергии, то гравитационная потенциальная энергия автобуса будет равна нулю. Поскольку автобус не деформирован (в контексте задачи), упругой потенциальной энергии у него нет.
Вывод: Автобус движется по горизонтальной поверхности, поэтому обладает кинетической энергией, но не обладает потенциальной энергией (при выборе нулевого уровня на поверхности дороги). Это утверждение подходит.
Заключение:
Только автобус, отходящий от остановки по прямой и гладкой дороге, обладает только кинетической энергией (при условии, что дорога горизонтальна и является нулевым уровнем потенциальной энергии).
Ответ: автобус отходит от остановки по прямой и гладкой дороге.