а) Какова начальная потенциальная энергия системы тело-Земля ? б) Какова конечная потенциальная энергия системы

Тема: Потенциальная энергия системы "тело-Земля"

Инструкция:
а) Начальная потенциальная энергия системы "тело-Земля" определяется высотой, на которой находится тело над поверхностью Земли. Формула для расчета начальной потенциальной энергии:
\(E_{\text{нач}} = m \cdot g \cdot h\), где \(m\) - масса тела, \(g\) - ускорение свободного падения (приближенно 9,8 м/с²), \(h\) - высота над поверхностью Земли.

б) Конечная потенциальная энергия системы "тело-Земля" также определяется высотой, на которой находится тело. Формула для расчета конечной потенциальной энергии:
\(E_{\text{кон}} = m \cdot g \cdot h'\), где \(h'\) - новая высота тела над поверхностью Земли.

в) Потенциальная энергия системы "тело-Земля" меняется при движении тела. Если тело поднимается, его высота и, соответственно, потенциальная энергия увеличиваются. Если тело опускается, высота и потенциальная энергия уменьшаются.

г) Разность начальной и конечной потенциальных энергий системы "тело-Земля" определяется следующим образом:
\(\Delta E = E_{\text{кон}} - E_{\text{нач}}\). Эта разность может быть положительной или отрицательной, в зависимости от того, поднимается ли тело или опускается.

д) Работа силы тяжести при переводе тела из начального состояния в конечное равна разности потенциальной энергии:
\(W = \Delta E = E_{\text{кон}} - E_{\text{нач}}\). Если разность положительная, то работа силы тяжести положительна, если отрицательная, то работа отрицательна.

е) Равна ли работа силы тяжести при переводе тела из начального состояния в конечное? Работа силы тяжести равна по модулю разности потенциальных энергий, но со знаком минус.

Совет: Для лучшего понимания этой темы, рекомендуется изучить основы классической механики и усвоить понятия потенциальной и кинетической энергии, а также закон сохранения механической энергии.

Практика:
Тело массой 2 кг находится на высоте 5 метров над поверхностью Земли. Определите:
а) Начальную потенциальную энергию системы "тело-Земля".
б) Конечную потенциальную энергию системы "тело-Земля", если тело подняли еще на 3 метра.
в) Разность начальной и конечной потенциальных энергий системы "тело-Земля".
г) Работу силы тяжести при переводе тела из начального состояния в конечное.
Ответы:
а) \(E_{\text{нач}} = 2 \, \text{кг} \cdot 9,8 \, \text{м/с}^2 \cdot 5 \, \text{м} = 98 \, \text{Дж}\)
б) \(E_{\text{кон}} = 2 \, \text{кг} \cdot 9,8 \, \text{м/с}^2 \cdot (5+3) \, \text{м} = 196 \, \text{Дж}\)
в) \(\Delta E = E_{\text{кон}} - E_{\text{нач}} = 196 \, \text{Дж} - 98 \, \text{Дж} = 98 \, \text{Дж}\)
г) \(W = \Delta E = 98 \, \text{Дж}\)