1. Какой удар является абсолютно неупругим? Приведите примеры такого удара.
Абсолютно неупругий удар — это столкновение, при котором тела после удара движутся вместе, образуя одно целое. Примером может быть удар пластилинового шарика о другой пластилиновый шарик или о стену, когда шарики слипаются. При таком ударе часть кинетической энергии превращается в другие виды энергии, например, тепловую или внутреннюю.
2. Какой удар считается абсолютно упругим? Приведите примеры такого удара.
Абсолютно упругий удар — это столкновение, при котором кинетическая энергия и импульс сохраняются. Примерами являются столкновения молекул в газах или удар бильярдных шаров, если считать, что потерь энергии нет.
3. Почему в результате абсолютно неупругого удара шаров их суммарная кинетическая энергия уменьшается?
При абсолютно неупругом ударе суммарная кинетическая энергия уменьшается, так как часть её уходит на деформацию тел, нагрев и звуковые волны. Эти виды энергии уже не могут быть использованы для движения тел.
4. Покоящийся шар приобретает скорость в результате центрального соударения с другим шаром. При каком ударе (упругом или неупругом) эта скорость больше? Почему?
Скорость покоящегося шара в результате центрального соударения будет больше при абсолютно упругом ударе. Это связано с тем, что при таком ударе сохраняется больше кинетической энергии, которая переходит от движущегося шара к покоящемуся.
5. Почему в результате абсолютно упругого столкновения одинаковых шаров шар, движущийся с большей скоростью, замедляется, а шар. движущийся с меньшей скоростью, ускоряется?
В результате абсолютно упругого столкновения одинаковых шаров шар с большей скоростью замедляется, а шар с меньшей скоростью ускоряется из-за закона сохранения импульса. Энергия перераспределяется между шарами таким образом, чтобы обеспечить равновесие в системе, сохраняя суммарный импульс и кинетическую энергию.
1. Какой молоток (лёгкий или тяжёлый) при ковке теряет большую часть своей энергии? Почему?
Тяжёлый молоток теряет меньшую часть своей энергии при ковке, так как при ударе он обладает большей инерцией. Лёгкий молоток, обладая меньшей массой, быстрее теряет свою скорость при столкновении, и значительная часть его энергии уходит в звуковые волны, вибрации и нагрев. У тяжёлого молотка энергия больше передаётся куемому объекту благодаря меньшим потерям на деформацию и другим вторичным процессам.
2. Во сколько раз скорость, приобретаемая при ударе двух одинаковых шаров неподвижным шаром, больше при упругом ударе, чем при неупругом?
Если удар двух одинаковых шаров с неподвижным шаром происходит, то при абсолютно упругом ударе неподвижный шар приобретает скорость, равную скорости одного из движущихся шаров до удара. При абсолютно неупругом ударе энергия распределяется между шарами так, что их общая скорость уменьшается. Для одинаковых шаров в этом случае неподвижный шар приобретает скорость, которая вдвое меньше скорости, которую он приобретает при упругом ударе. Таким образом, скорость при упругом ударе будет в 2 раза больше, чем при неупругом.
3. Какую часть своей первоначальной энергии теряет электрон при центральном упругом соударении с неподвижным атомом? Масса электрона те много меньше массы атома mа.
При центральном упругом соударении электрона с неподвижным атомом масса атома ma намного больше массы электрона me. Электрон теряет лишь небольшую часть своей энергии, так как атом из-за своей большой массы практически не ускоряется. Потеря энергии электрона определяется формулой: Eпотеря= (4me*ma/(me + ma)^2)* E0. Если масса электрона намного меньше массы атома, то эта потеря энергии будет незначительной, и электрон сохраняет большую часть своей энергии.
4. При радиоактивном (самопроизвольном) делении неподвижное ядро атома может распадаться на две частицы с различной массой m1 и m2. С помощью законов сохранения импульса и энергии покажите, что энергия продуктов распада обратно пропорциональна их массе, т. е. менее массивная частица уносит большую энергию.
При радиоактивном распаде ядро покоится до распада, значит, суммарный импульс до и после распада равен нулю. Пусть массы частиц m1 и m2, а их скорости v1 и v2. Закон сохранения импульса: m1 * v1 = m2 * v2. Кинетическая энергия частиц: E1 = 0.5 * m1 * v1^2, E2 = 0.5 * m2 * v2^2.
Из закона импульса выражаем: v1 = (m2/m1) * v2. Подставляем в энергию E1: E1 = 0.5 * m1 * ((m2/m1) * v2)^2 = 0.5 * (m2^2/m1) * v2^2.
Сравним E1 и E2: E1/E2 = (m2/m1).
Таким образом, энергия обратно пропорциональна массе, и частица с меньшей массой уносит большую энергию.
5. Пуля массой m = 9 г, летящая со скоростью v0 = 600 м/с, попадает в ящик с песком массой M = 2 кг, висящий на верёвке длиной l = 2 м, прикреплённой к потолку, и застревает в нём. Какая часть энергии пули была израсходована на деформацию ящика? На какой максимальный угол от вертикали отклонится верёвка в результате выстрела?
Сначала вычисляется начальная энергия пули. Масса пули m = 0.009 кг и скорость v0 = 600 м/с. Начальная энергия: E0 = 0.5 * m * v0^2 = 0.5 * 0.009 * 600^2 = 1620 Дж.
После попадания пули в ящик, масса системы становится M + m, где M = 2 кг. Определяется скорость v системы сразу после удара: v = (m * v0) / (M + m) = (0.009 * 600) / (2 + 0.009) ≈ 2.69 м/с.
Кинетическая энергия системы после удара: Eсистема = 0.5 * (M + m) * v^2 = 0.5 * 2.009 * 2.69^2 ≈ 7.26 Дж.
Потери энергии на деформацию:
Eпотери = E0 - Eсистема = 1620 - 7.26 ≈ 1612.74 Дж.
Высота h, на которую поднимается система: h = Eсистема / ((M + m) * g) = 7.26 / (2.009 * 9.81) ≈ 0.368 м.
Угол отклонения верёвки: cos θ = (l - h) / l = (2 - 0.368) / 2 ≈ 0.816.
θ ≈ arccos(0.816) ≈ 35°.
Часть энергии пули, израсходованная на деформацию ящика, составляет около 1612.74 Дж, а максимальный угол отклонения верёвки — примерно 35°.
1. В каких ситуациях понятие «замкнутая система» имеет смысл для описания жизнедеятельности человека?
Понятие «замкнутая система» применимо к жизнедеятельности человека в таких ситуациях, когда анализируется сохранение определённых физических величин без влияния внешних факторов. Например, организм человека в состоянии покоя можно рассматривать как замкнутую систему в контексте энергетических процессов, где внутренние обмены веществ происходят без взаимодействия с внешней средой. Понятие также актуально при рассмотрении физиологических реакций в замкнутом пространстве, как, например, при космических полетах или экспериментах по жизнеобеспечению в искусственных средах.
2. Подготовьте доклад «Закон сохранения импульса в живой и неживой природе».
3. Импульс и работа силы являются временной и пространственной характеристиками действия силы. Можно ли ввести аналогичные величины, описывающие жизнедеятельность человека? Ответ аргументируйте.
Аналогичные импульсу и работе силы величины для описания жизнедеятельности человека могут быть введены в форме энергетических затрат и времени выполнения работы. Например, «биоэнергетический импульс» можно использовать для описания скорости изменения энергии человека за короткий промежуток времени, а «производительность» — как характеристику его физической активности в пространстве.
4. В каких единицах можно измерить работу человека?
Работу человека можно измерить в тех же единицах, что и физическую работу, — в джоулях. Например, при физических упражнениях или тяжелом труде количество совершенной работы можно рассчитать по формуле A=F⋅s, где F — приложенная сила, а s — пройденное расстояние.
5. Выполняется ли принцип минимума потенциальной энергии в жизнедеятельности человека?
Принцип минимума потенциальной энергии часто применяется в биомеханике, когда человеческое тело стремится к состоянию наименьших энергозатрат. Например, при стоянии на ногах человек принимает такую позу, которая требует минимальных усилий для поддержания равновесия, что подтверждает выполнение этого принципа.
6. Используя различные графические средства, сделайте «линейку» мощностей в живой и неживой природе.
«Линейка» мощностей может включать широкий диапазон значений: от мощности работы сердца человека (порядка нескольких ватт) до мощности реактивных двигателей (миллионы ватт). Визуализация этих данных поможет лучше понять соотношение энергозатрат в различных процессах.
7. Возникают ли в жизни человека ситуации, когда он становится участником абсолютно упругих или абсолютно неупругих столкновений? Приведите примеры.
Абсолютно упругие столкновения встречаются редко, так как в реальных условиях всегда теряется часть энергии на деформацию или тепло. Однако можно привести примеры спортивных игр, где мяч, ударяясь о стену, практически не теряет скорости (почти упругое столкновение). Неупругие столкновения происходят, например, при автомобильных авариях, когда объекты деформируются и часть энергии преобразуется в тепло и разрушение.