Pytania
8.1 Energia potencjalna układu
Energia kinetyczna układu musi zawsze być większa lub równa zeru. Czy ta zasada obowiązuje również w przypadku energii potencjalnej? Odpowiedź uzasadnij.
Siła uzyskana dzięki trampolinie jest zachowawcza przy założeniu, że tarcie wewnętrzne jest pomijalne. Przyjmując to założenie, opisz zmiany energii potencjalnej pływaka, który się z niej wybija. Swoje rozważania przeprowadź od momentu wejścia pływaka na skocznię do momentu, w którym jego stopy odrywają się od trampoliny tuż przed skokiem do wody.
Opisz zmianę energii potencjalnej grawitacji i przemiany energii oszczepu, zaczynając od momentu, w którym lekkoatleta podnosi oszczep, do momentu wbicia się oszczepu w ziemię po prawidłowo wykonanym rzucie.
Dwie piłki nożne o tej samej masie zostały wyrzucone z poziomu powierzchni Ziemi z tą samą prędkością, ale pod różnymi kątami. Piłka A została kopnięta pod bardzo małym kątem względem powierzchni, a piłka B niemalże pod kątem prostym. Porównaj dla piłek A i B: (a) początkową energię kinetyczną, (b) zmianę energii potencjalnej grawitacji od poziomu gruntu do najwyższego punktu. Czy energia w części (a) ma inną wartość niż w (b)? Wyjaśnij, dlaczego tak jest.
Jaki jest główny czynnik mający wpływ na prędkość ciała, które zsuwa się bez tarcia z równi pochyłej przy założeniu, że jedyna praca wykonana została przez siły grawitacji?
Dwie osoby obserwują liść spadający z drzewa. Pierwsza stoi na drabinie, a druga na ziemi. Jeśli każda z tych osób miałaby porównać energię liścia, to czy te dwie osoby podałyby taką samą, czy różną wartość poszczególnych energii w trakcie lotu? Rozważ:
- energię kinetyczną liścia,
- zmianę energii potencjalnej grawitacji,
- końcową wartość energii potencjalnej.
8.2 Siły zachowawcze i niezachowawcze
Zabawkowa rakieta zrobiona z butelki została wystrzelona pionowo w górę z prędkością początkową 30m/s. Zakładając, że opory powietrza można pominąć, butelka uniosłaby się na wysokość około 46m. Jednakże rakieta wznosi się jedynie na wysokość 35m, po czym spada na ziemię. Co jest tego przyczyną? Wyjaśnij, dając jedynie jakościową odpowiedź.
Zewnętrzna siła działa na cząsteczkę podczas jej przemieszczania się z jednego punktu do drugiego i z powrotem. Na cząstkę działają jedynie siły zachowawcze. Czy energia potencjalna i kinetyczna cząsteczki zmieni się w wyniku tego przemieszczenia?
8.3 Zasada zachowania energii
Czy podczas zsuwania się ciała po równi pochyłej praca sił tarcia zależy od prędkości początkowej ciała? Podaj odpowiedź także dla przypadku, w którym ciało zsuwa się po zakrzywionej powierzchni.
Przeanalizuj następujący przypadek. Samochód znajdujący się w stanie spoczynku zaczyna swój ruch, przy czym działa na niego siła tarcia. W początkowej fazie ruchu samochód przyspiesza, jadąc w dół. Po pokonaniu krótkiego odcinka (patrz poniżej) kończy się mu benzyna, więc kierowca pozwala samochodowi staczać się na luzie w dół. W trakcie swojej trasy pojazd pokonuje niewielkie wzniesienie. Następnie samochód dotacza się do stacji benzynowej, gdzie zatrzymuje się, żeby zatankować. Określ rodzaje energii oraz ich przemiany w trakcie ruchu pojazdu.
Upuszczona piłka odbija się do połowy wysokości, z której została puszczona. Omów przemiany energii zachodzące w tym ruchu.
„Równanie E=Ep+Ek to szczególny przypadek zasady równoważności pracy i energii.” Wyjaśnij to stwierdzenie.
Pokazy, w których prezentuje się ruch drgający kuli zawieszonej na linie przyczepionej na suficie, są często prezentowane podczas wykładów z fizyki.
Profesor wychyla kulę z położenia równowagi i przytrzymuje ją tuż przy swoim nosie, tak jak pokazano poniżej. Następnie puszcza kulę swobodnie, a ona zaczyna poruszać się w tę i z powrotem. Czy kula uderzy go w nos w swojej drodze powrotnej? Co profesor stara się nam przekazać poprzez tę demonstrację?
Dziecko podskakuje na łóżku, osiągając coraz większą wysokość z każdym skokiem. Wyjaśnij, w jaki sposób dziecko zwiększa swoją maksymalną energię potencjalną po każdym wyskoku.
Czy siła niezachowawcza może zwiększać energię mechaniczną układu?
Pomijając opory powietrza, o ile wyżej musimy wznieść ciało, aby dwukrotnie zwiększyć prędkość, z jaką zderzy się z ziemią?
Pudełko zrzucono na sprężynę w stanie równowagi. Sprężyna ulega ściśnięciu pod wpływem ciężaru pudełka, po czym pozostaje w spoczynku. Załóżmy, że układ masa-sprężyna jest w pozycji pionowej. Czy musimy w rozważaniach tego układu uwzględnić zmianę energii potencjalnej grawitacji pudełka, jeżeli rozpatrujemy proces ściskania sprężyny?