Тело кинули с начальной скоростью 2 м/с через сколько метров его потенциальная энергия сравняется с кинетической, если начальная высота падения 15 метров

Дано: υ₀ = 2 м/с, h₀ = 15 м; Wк = Wп; g = 10 м/с²; m = const.

Найти: Δh - ?

Решение. По закону сохранения энергии Wк₀ + Wп₀ = Wк + Wп, где Wк₀ = mυ₀²/2; Wп₀ = mgh₀ и Wк = Wп ⇒ mυ₀²/2 + mgh₀ = 2mgh

m(υ₀²/2 + gh₀) = 2mgh

υ₀²/2 + gh₀ = 2gh

h = (υ₀² + 2gh₀)/4g

Δh = h₀ - h = h₀ - (υ₀² + 2gh₀)/4g = (4gh₀ - υ₀² - 2gh₀)/4g = 7,4 м

ответ: через 7,4 м потенциальная энергия тела сравняется с кинетической

На высоте h≅16 м.

Объяснение:

Полная механическая энергия тела в любой момент времени равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Eu= Ek + Ep;  Ek=mv^2/2;  Ep=mgh, где

Eu - полная механическая энергия тела, Дж

Ek - кинетическая энергия тела, Дж

Ep - потенциальная энергия тела, Дж

m - масса тела, кг

v - скорость тела, м/с

g - ускорение свободного падения, м/с^2

h - высота, на которую тело поднялось относительно нулевого уровня, м

В начальный момент времени (в момент, когда тело было подброшено вверх) потенциальная энергия тела равна 0 (тело начинает движение с нулевого уровня высоты, h=0) Ер = 0, и, следовательно, вся механическая энергия тела есть энергия кинетическая Eu = Ek + 0.

В процессе движения кинетическая энергия тела уменьшается (уменьшается скорость т.к. на тело действует ускорение свободного падения; тело тормозится силой тяжести), а потенциальная возрастает (высота тела над землей возрастает).

В какой-то момент, на некоторой высоте кинетическая энергия станет равной потенциальной.

Т.е первоначальная механическая энергия разделится пополам: Ep=Ek=Eu/2.

А мы можем вычислить величину Eu/2? Можем, если вспомним, что в нчальный момент времени вся механическая энергия равнялась кинетической. Т.е. на момент равенства энергий, каждая из них равняется:

Eu/2=(mv^2/2)/2;

Следовательно потенциальная энергия равна

Ep=Eu/2;   mgh=(mv^2/2)/2;  

mgh=mv^2/4;

выразим отсюда высоту h, и сократим на m:

h=v^2/(4g).

Подставим данные из условия, примем g=10 м/с^2

h=25^2/(4*10)=625/40≅16 м.

На высоте h≅16 м.

Объяснение:

Полная механическая энергия тела в любой момент времени равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Eu= Ek + Ep;  Ek=mv^2/2;  Ep=mgh, где

Eu - полная механическая энергия тела, Дж

Ek - кинетическая энергия тела, Дж

Ep - потенциальная энергия тела, Дж

m - масса тела, кг

v - скорость тела, м/с

g - ускорение свободного падения, м/с^2

h - высота, на которую тело поднялось относительно нулевого уровня, м

В начальный момент времени (в момент, когда тело было подброшено вверх) потенциальная энергия тела равна 0 (тело начинает движение с нулевого уровня высоты, h=0) Ер = 0, и, следовательно, вся механическая энергия тела есть энергия кинетическая Eu = Ek + 0.

В процессе движения кинетическая энергия тела уменьшается (уменьшается скорость т.к. на тело действует ускорение свободного падения; тело тормозится силой тяжести), а потенциальная возрастает (высота тела над землей возрастает).

В какой-то момент, на некоторой высоте кинетическая энергия станет равной потенциальной.

Т.е первоначальная механическая энергия разделится пополам: Ep=Ek=Eu/2.

А мы можем вычислить величину Eu/2? Можем, если вспомним, что в нчальный момент времени вся механическая энергия равнялась кинетической. Т.е. на момент равенства энергий, каждая из них равняется:

Eu/2=(mv^2/2)/2;

Следовательно потенциальная энергия равна

Ep=Eu/2;   mgh=(mv^2/2)/2;  

mgh=mv^2/4;

выразим отсюда высоту h, и сократим на m:

h=v^2/(4g).

Подставим данные из условия, примем g=10 м/с^2

h=25^2/(4*10)=625/40≅16 м.