William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

Pytania

7.1 Praca

1.

Podaj przykład, kiedy coś, co nazywamy pracą w życiu codziennym, nie jest nią w sensie fizycznym. Czy w tym przypadku energia jest przekazywana lub zmieniana w inną formę? Jeżeli tak, wyjaśnij, jak to możliwe bez wykonywania pracy.

2.

Podaj przykład, w którym zachodzi zmiana położenia przedmiotu oraz działa siła, a nie jest to praca. Wyjaśnij, czemu tak jest.

3.

Opisz sytuację, kiedy pomimo przyłożonej siły nie jest wykonywana praca. Wyjaśnij dlaczego.

4.

Czy w ruchu po okręgu (dla v=const) siła dośrodkowa wykonuje pracę?

5.

Podrzucasz piłkę i łapiesz ją dokładnie na tej samej wysokości, z której ją wyrzuciłeś. Jaką pracę wykonała w tym przypadku siła grawitacji?

6.

Dlaczego trudniej robić „brzuszki” na pochyłej ławeczce niż na prostej? (Zobacz rysunek.)

Rysunek pokazujący mężczyzn robiących tzw. brzuszki. Jeden na pochylni a drugi na płaskiej ławeczce.

7.

Jako młody człowiek Tarzan wspinał się do swojego domu na drzewie. Kiedy się zestarzał, postanowił zbudować schody. Skoro praca siły grawitacji jest niezależna od drogi, co zyskał na zbudowaniu schodów?

7.2 Energia kinetyczna

8.

Cząstka o masie $m$ porusza się z prędkością daną zależnością $v_{x} \hat{i} + v_{y} \hat{j} + v_{z} \hat{k}$ . Czy jej energia kinetyczna jest dana zależnością w postaci: $m (v_{x}^{2} \hat{i} + v_{y}^{2} \hat{j} + v_{z}^{2} \hat{k}) / 2$ ? Jeśli nie, to jakie jest prawidłowe wyrażenie opisujące jej energię kinetyczną?

9.

Jedna cząstka ma masę $m$ , natomiast druga masę $2 m$ . Prędkość drugiej cząstki wynosi $v$ , a pierwszej $2 v$ . Jaki jest stosunek energii kinetycznych tych cząstek?

10.

Człowiek upuszcza kulkę o masie $m_{1}$ z wysokości $h$ , kulka uderza o podłoże, mając energię $E$ . Następnie upuszczona zostaje kulka o masie $m_{2}$ z wysokości $2 h$ i uderza w ziemię, mając taką samą energię jak pierwsza kulka. Jaki jest stosunek masy kulek?

7.3 Zasada zachowania energii mechanicznej

11.

Człowiek pokazany na rysunku kosi trawnik, przykładając siłę do kosiarki. Jakie warunki muszą być spełnione, aby pchanie kosiarki zwiększało energię kinetyczną kosiarki, a jakie, aby zmniejszało?

Człowiek pcha kosiarkę siłą F oznaczoną jako wektor równoległy do jej rączki. Siła ta jest skierowana pod kątem theta względem poziomu. Przemieszczenie jest opisane jako wektor d. Siła F zostaje rozłożona na wektory wzajemnie prostopadłe i oznaoczono wektor składowy F cosinus theta. Praca wykonana przez człowieka W jest równa F razy d razy cosinus theta.

12.

Praca wykonana nad układem zwiększa jego energię całkowitą. Praca wykonana przez układ zmniejsza jego energię. Podaj przykłady ilustrujące te twierdzenia.

13.

Dwie kulki o masach $m$ i $2 m$ zostają upuszczone z wysokości $h$ . Porównaj ich energie kinetyczne w momencie uderzenia w ziemię. Załóż, że praca wykonana przez siły oporu ruchu wynosi zero.

14.

Porównaj pracę potrzebną do przyspieszenia ciała o masie 2000 kg z 30,0 do 40,0 km/h z pracą potrzebną do zmiany jego prędkości z 50,0 do 60,0 km/h.

15.

Biegniesz ze stałą prędkością. Czy wykonujesz jakąś pracę względem środowiska cię otaczającego i vice versa?

16.

Dwie siły zwiększają dwukrotnie prędkość cząstki o początkowej energii kinetycznej 1 J. Jedna z tych sił wykonuje pracę równą 4 J. Jaką pracę wykonuje druga siła?

7.4 Moc

17.

Większość sprzętów gospodarstwa domowego jest oceniana za pomocą poboru mocy w watach. Czy zaklasyfikowanie pod tym względem zależy od tego, czy sprzęty te są włączone, czy też nie zależy? (Czy jeżeli są wyłączone, to znaczy, że mają moc równą zero?) Odpowiedz na to pytanie uwzględniając definicję mocy.

18.

Wyjaśnij, czemu zużycie energii jest wyrażane w kilowatogodzinach? Jaki jest związek pomiędzy tą jednostką a dżulem?

19.

W trakcie wyładowania elektrostatycznego, takiego jak przy zdejmowaniu poliestrowego swetra czy przy grze w koszykówkę, moc może sięgnąć kilkuset kilowatów. Jak to możliwe, że nie dzieje nam się przy tym większa krzywda?

20.

Czy praca potrzebna do podniesienia przedmiotu zależy od czasu, w którym to zrobimy? A moc?

21.

Czy moc może przyjmować wartości ujemne?

22.

Czy żarówka o mocy 50 W może zużywać więcej energii niż kuchenka o mocy 1000 W? Odpowiedź uzasadnij.