Сколько работы (в мегаджоулях) совершили силы трения при торможении равнозамедленного движения электровоза массой

Тема: Работа и энергия

Инструкция:

Работа - это физическая величина, которая равна произведению силы на перемещение тела в направлении силы. В данной задаче мы должны вычислить работу, совершенную силой трения при торможении электровоза.

Сначала переведем единицы измерения скорости в одну систему. Скорость перед торможением равна 54 км/ч, что эквивалентно 15 м/с (поделив на 3,6). Скорость после торможения равна 3 м/с.

Для вычисления работы, совершенной силой трения, необходимо знать значение силы трения и перемещение тела. В данной задаче сила трения неизвестна, но мы можем использовать закон сохранения энергии.

Закон сохранения энергии гласит, что общая механическая энергия (кинетическая плюс потенциальная) сохраняется. В начале электровоз имеет только кинетическую энергию, а после торможения - только потенциальную энергию (так как его скорость уменьшается до нуля). Таким образом, работа силы трения равна изменению механической энергии.

Используя формулу для кинетической энергии:

E_k = (m * v^2) / 2,

где E_k - кинетическая энергия, m - масса тела и v - скорость, можем вычислить кинетическую энергию до и после торможения.

E_k1 = (100000 * (15^2)) / 2 = 11250000 Дж (джоулей) - кинетическая энергия перед торможением
E_k2 = (100000 * (3^2)) / 2 = 450000 Дж - кинетическая энергия после торможения

Разница между кинетической энергией до и после торможения равна работе, совершенной силой трения:

Работа = E_k1 - E_k2 = 11250000 - 450000 = 10800000 Дж

Таким образом, силы трения совершили работу в 10,800,000 Дж (или 10.8 МДж).

Совет:

Когда решаете задачу, связанную с работой и энергией, всегда обращайте внимание на сохранение энергии в системе. Закон сохранения энергии может быть полезным инструментом для решения таких задач.

Упражнение:

Масса автомобиля составляет 1200 кг. Он движется со скоростью 25 м/с. Какую работу совершает тормозная сила, если автомобиль полностью останавливается?

(Ответ: совершаемая работа равна -1875000 Дж)