Як змінюються кінетична, потенціальна та повна енергія шайби після взаємодії з ключкою та її подальшого руху

Тема вопроса: Изменение кинетической, потенциальной и полной энергии шайбы после взаимодействия с клюшкой и ее дальнейшего движения по горизонтальной поверхности ледового катка с учетом силы трения

Объяснение: При взаимодействии шайбы с клюшкой происходит переход части ее энергии от покоящейся в начальный момент шайбы в кинетическую энергию (энергию движения). Если шайба двигается по горизонтальной поверхности льда без внешних воздействий, то ее потенциальная энергия (энергия, связанная с положением шайбы в гравитационном поле) остается неизменной, так как высота не меняется. Однако сила трения, возникающая при движении шайбы по льду, совершает работу против движения и приводит к потере кинетической энергии шайбы. Полная энергия шайбы, которая является суммой кинетической и потенциальной энергии, уменьшается при движении шайбы, так как происходит преобразование части ее энергии в тепло, вызванное трением.

Демонстрация:
Задача: Шайба массой 0,2 кг движется со скоростью 5 м/с на гладкой ледяной поверхности майданчика. Определите кинетическую, потенциальную и полную энергию шайбы, если ее высота над уровнем земли составляет 10 метров.

Решение: Исходя из условия, гравитационная постоянная примем равной 9,8 м/с^2.

Кинетическая энергия шайбы:
К = 0,5 * масса * скорость^2
К = 0,5 * 0,2 кг * (5 м/с)^2
К = 0,5 * 0,2 кг * 25 м^2/с^2
К = 2,5 Дж

Потенциальная энергия шайбы:
П = масса * ускорение свободного падения * высота
П = 0,2 кг * 9,8 м/с^2 * 10 м
П = 19,6 Дж

Полная энергия шайбы:
Полная энергия = Кинетическая энергия + Потенциальная энергия
Полная энергия = 2,5 Дж + 19,6 Дж
Полная энергия = 22,1 Дж

Совет: Для лучшего понимания концепции изменения энергии при взаимодействии с силами, рекомендуется проводить практические эксперименты или наблюдать за реальными примерами, такими как удар шайбы по льду или мячика о землю. Это поможет увидеть, как энергия переходит между различными формами и как силы, такие как трение, влияют на движение и энергию объекта.

Дополнительное упражнение: Шайба массой 0,1 кг движется со скоростью 10 м/с по ледяной поверхности без трения. Определите ее кинетическую, потенциальную и полную энергию, если ее высота над уровнем земли составляет 5 метров.