№5 Какие из представленных ниже тел обладают потенциальной энергией? a
a. Камень, поднятый над землей b. Деформированная (сжатая или растянутая) пружина c. Сжатый газ d. Вода в реке, удерживаемая плотиной e. Гоночный автомобиль, развивший на горизонтальном участке трассы скорость 320 км/ч
Потенциальная энергия — это энергия, которая зависит от положения или состояния объекта в системе. Рассмотрим каждое из представленных тел:
a. Камень, поднятый над землей: Камень, находящийся на определенной высоте над землей, обладает гравитационной потенциальной энергией. Эта энергия определяется формулой ( E_p = mgh ), где ( m ) — масса камня, ( g ) — ускорение свободного падения, а ( h ) — высота, на которой находится камень относительно некоторой опорной точки (обычно поверхности земли). Когда камень падает, эта потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.
b. Деформированная (сжатая или растянутая) пружина: Пружина, находящаяся в состоянии деформации (сжатая или растянутая), обладает упругой потенциальной энергией. Эта энергия определяется по закону Гука и рассчитывается по формуле ( E_p = \frac{1}{2} k x^2 ), где ( k ) — коэффициент жесткости пружины, а ( x ) — величина деформации (смещения от равновесного состояния). Когда пружина возвращается в свое исходное состояние, эта потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию или работу.
c. Сжатый газ: Сжатый газ обладает потенциальной энергией, связанной с его состоянием под давлением. Эта энергия часто называется внутренней энергией и может быть связана с работой, которую газ способен совершить при расширении. В термодинамике потенциальная энергия газа может быть выражена через энтальпию или другие термодинамические потенциалы.
d. Вода в реке, удерживаемая плотиной: Вода, удерживаемая плотиной, обладает гравитационной потенциальной энергией. Эта энергия может быть вычислена аналогично случаю с камнем: ( E_p = mgh ), где ( m ) — масса воды, ( g ) — ускорение свободного падения, а ( h ) — высота водного столба (разница высот между верхним уровнем воды и уровнем воды внизу плотины). Энергия может быть преобразована в электрическую энергию при использовании гидроэлектростанции.
e. Гоночный автомобиль, развивший на горизонтальном участке трассы скорость 320 км/ч: Гоночный автомобиль, движущийся по горизонтальной трассе, обладает кинетической энергией, а не потенциальной. Кинетическая энергия определяется формулой ( E_k = \frac{1}{2} mv^2 ), где ( m ) — масса автомобиля, а ( v ) — его скорость. На горизонтальной поверхности потенциальная энергия автомобиля не изменяется, так как высота остаётся постоянной.
Таким образом, потенциальной энергией обладают:
Гоночный автомобиль на горизонтальном участке трассы обладает в данном случае только кинетической энергией.
a. Камень, поднятый над землей - обладает потенциальной энергией, так как при падении камень преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую энергию движения.
b. Деформированная пружина - обладает потенциальной энергией, так как при возвращении в исходное положение пружина преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую энергию.
c. Сжатый газ - обладает потенциальной энергией, так как при расширении газ преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую энергию.
d. Вода в реке, удерживаемая плотиной - обладает потенциальной энергией, так как при открытии плотины вода преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую энергию потока.
e. Гоночный автомобиль, развивший на горизонтальном участке трассы скорость 320 км/ч - в данном случае кинетическая энергия движения автомобиля является преобладающей, поэтому можно сказать, что автомобиль не обладает значительной потенциальной энергией.
