📸 Нужно решить свою задачу?
Загрузите фото — AI решит за секунды!
schoolФизика verifiedРешено AI

Решение задачи: Скорость лыжника при спуске с горы

calendar_today
schedule4 мин. чтения
visibility1 просмотр

Решение задачи по физике, использующее закон сохранения энергии, для проверки правдоподобности заявленной скорости лыжника при спуске с горы. Подробное объяснение и готовое решение для переписывания.

check_circle

Подробное решение

Вот решение задач, оформленное так, чтобы школьнику было удобно переписать в тетрадь.

Задача 4

Один из мальчиков утверждал, что, спускаясь с горы высотой 20 м на лыжах, он развил скорость 100 км/ч. Правдоподобно ли его утверждение?


Решение:

Для того чтобы проверить правдоподобность утверждения мальчика, мы можем использовать закон сохранения энергии. Предположим, что вся потенциальная энергия мальчика на вершине горы превратилась в кинетическую энергию в конце спуска. В реальности часть энергии теряется на трение, поэтому рассчитанная нами скорость будет максимальной возможной скоростью, которую он мог бы развить.


Дано:

  • Высота горы \(h = 20\) м
  • Скорость, заявленная мальчиком \(v_{заявл} = 100\) км/ч
  • Ускорение свободного падения \(g \approx 9.8\) м/с\(^2\) (можно округлить до 10 м/с\(^2\) для простоты расчетов в школе, но для точности возьмем 9.8 м/с\(^2\))

Найти:

  • Максимально возможная скорость \(v_{макс}\)

1. Переведем заявленную скорость из км/ч в м/с:

\[v_{заявл} = 100 \text{ км/ч} = 100 \cdot \frac{1000 \text{ м}}{3600 \text{ с}} = \frac{100000}{3600} \text{ м/с} \approx 27.78 \text{ м/с}\]

2. Запишем закон сохранения энергии. Потенциальная энергия на вершине горы равна кинетической энергии внизу (без учета потерь на трение):

\[E_п = E_к\] \[mgh = \frac{mv_{макс}^2}{2}\]

3. Масса \(m\) сокращается, так как она есть в обеих частях уравнения:

\[gh = \frac{v_{макс}^2}{2}\]

4. Выразим максимальную скорость \(v_{макс}\):

\[v_{макс}^2 = 2gh\] \[v_{макс} = \sqrt{2gh}\]

5. Подставим значения и рассчитаем \(v_{макс}\):

\[v_{макс} = \sqrt{2 \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 \cdot 20 \text{ м}}\] \[v_{макс} = \sqrt{392 \text{ м}^2/\text{с}^2}\] \[v_{макс} \approx 19.8 \text{ м/с}\]

6. Сравним рассчитанную максимальную скорость с заявленной скоростью:

\[v_{макс} \approx 19.8 \text{ м/с}\] \[v_{заявл} \approx 27.78 \text{ м/с}\]

Мы видим, что заявленная мальчиком скорость (27.78 м/с) значительно превышает максимально возможную скорость (19.8 м/с), которую он мог бы развить, даже если бы не было никаких потерь энергии на трение. В реальных условиях скорость была бы еще меньше.


Ответ:

Утверждение мальчика неправдоподобно. Максимальная скорость, которую он мог бы развить, спускаясь с горы высотой 20 м, составляет около 19.8 м/с (или примерно 71.3 км/ч), что значительно меньше заявленных 100 км/ч.



Задача 5

Сосулька массой 100 г падает с высоты 20 м. Чему равен её импульс в момент падения? Какова её кинетическая энергия?


Решение:

Для решения этой задачи нам сначала нужно найти скорость сосульки в момент падения. Мы можем использовать закон сохранения энергии или формулы равноускоренного движения.


Дано:

  • Масса сосульки \(m = 100\) г
  • Высота падения \(h = 20\) м
  • Ускорение свободного падения \(g \approx 9.8\) м/с\(^2\)

Найти:

  • Импульс \(p\) в момент падения
  • Кинетическая энергия \(E_к\) в момент падения

1. Переведем массу из граммов в килограммы:

\[m = 100 \text{ г} = 0.1 \text{ кг}\]

2. Найдем скорость сосульки \(v\) в момент падения. Используем закон сохранения энергии. Потенциальная энергия на высоте \(h\) полностью переходит в кинетическую энергию в момент падения (пренебрегаем сопротивлением воздуха):

\[mgh = \frac{mv^2}{2}\]

3. Масса \(m\) сокращается:

\[gh = \frac{v^2}{2}\]

4. Выразим скорость \(v\):

\[v^2 = 2gh\] \[v = \sqrt{2gh}\]

5. Подставим значения и рассчитаем скорость \(v\):

\[v = \sqrt{2 \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 \cdot 20 \text{ м}}\] \[v = \sqrt{392 \text{ м}^2/\text{с}^2}\] \[v \approx 19.8 \text{ м/с}\]

6. Рассчитаем импульс сосульки \(p\) в момент падения. Импульс определяется как произведение массы на скорость:

\[p = mv\] \[p = 0.1 \text{ кг} \cdot 19.8 \text{ м/с}\] \[p = 1.98 \text{ кг} \cdot \text{м/с}\]

7. Рассчитаем кинетическую энергию сосульки \(E_к\) в момент падения. Кинетическая энергия определяется как половина произведения массы на квадрат скорости:

\[E_к = \frac{mv^2}{2}\] \[E_к = \frac{0.1 \text{ кг} \cdot (19.8 \text{ м/с})^2}{2}\] \[E_к = \frac{0.1 \text{ кг} \cdot 392.04 \text{ м}^2/\text{с}^2}{2}\] \[E_к = \frac{39.204 \text{ Дж}}{2}\] \[E_к = 19.602 \text{ Дж}\]

Примечание: Кинетическую энергию также можно было бы найти, используя потенциальную энергию на начальной высоте, так как вся потенциальная энергия перешла в кинетическую:

\[E_к = E_п = mgh\] \[E_к = 0.1 \text{ кг} \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 \cdot 20 \text{ м}\] \[E_к = 19.6 \text{ Дж}\]

Небольшое расхождение в 0.002 Дж связано с округлением скорости \(v\).


Ответ:

Импульс сосульки в момент падения равен примерно \(1.98 \text{ кг} \cdot \text{м/с}\).

Кинетическая энергия сосульки в момент падения равна примерно \(19.6 \text{ Дж}\).

listВсе задачи

Нужно решить свою задачу?

Загрузите фото или введите текст — AI решит с пошаговым объяснением!

Решите свою задачу прямо сейчас

Введите текст задачи или загрузите фото — получите ответ мгновенно

Выберите режим AI:
🚀 Pro v3
20 руб. • 99.9%
⚡ Lite v3
5 руб. • 95%
Ваш баланс:10 руб.
Пополнить
psychology
Задайте любой вопрос
Поддерживаются текст, фото и голосовой ввод
🎉
Бонус получен!
+20 ₽
Добавлено на ваш баланс