4. Пластмассовый шарик массой 10 г заряжен в игрушечный пружинный пистолет. Жёсткость пружины в пистолете 160 Н/м. (Расчёты производить в
СИ, принять g=10 Н/кг)
а) Запишите формулу закона сохранения механической энергии
b) Рассчитайте потенциальную энергию деформированной пружины, если она
была сжата на 10 см.
C) На какую высоту сможет подлететь шарик, если выстрел из пистолета будет
произведён вертикально вверх? (трением с воздухом пренебречь)
d) с какой скоростью вылетит шарик из ствола после нажатия спускового
крючка, если считать, что вся энергия сжатой пружины передастся шарику?
(ответ округлить до двух знаков после запятой)
1.Поднимите мячик на высоту и отпустите его. Ударившись об пол, он подскочит и потом опять упадет на пол, и опять подскочит. Но с каждым разом высота его подъема будет меньше и меньше, пока мяч не замрет неподвижно на полу. Когда мяч неподвижен и находится на высоте, он обладает только потенциальной энергией. Когда начинается падение, у него появляется скорость, и значит, появляется кинетическая энергия. Но по мере падения высота, с которой началось движение, становится меньше и, соответственно, становится меньше его потенциальная энергия, т.е. она превращается в кинетическую. Если провести расчёты, то выяснится, что значения энергии равны, а это означает, что закон сохранения энергии при таких условиях выполняется. Мяч движется в окружении воздуха и испытывает сопротивление с его стороны, пусть и небольшое. И энергия затрачивается на преодоление сопротивления.
2.Человеческий организм, как и все живые организмы, очень сложная система, в которой, согласно закону физики, происходит превращение и сохранение энергии. Основным источником энергии для человека является пища. Эта энергия, выделяется при расщеплении продуктов питания и расходуется на построение клеток, поддержание жизнедеятельности нашего организма, преобразуется в механическую энергия движения и другие действия, в тепловую энергию. Организм человека можно сравнить с двигателем, «топливом» для которого являются продукты питания. 3.Применим закон сохранения энергии и к движению жидкости и газа. Из этого закона следует, что в местах потока жидкости (или газа), где скорость ее движения, а вместе с ней и кинетическая энергия меньше, потенциальная энергия должна быть больше. На основе закона сохранения энергии можно прийти к выводу: давление текущей жидкости больше в тех местах потока, в которых скорость ее движения меньше, и, наоборот, в тех местах, где скорость больше, давление меньше. Эта закономерность носит название закона Бернулли. Справедлив этот закон как для жидкостей, так и для газов. И наблюдается, например, при движении жидкостей по трубам.
4. Возникновение подъемной силы, действующей на крылья самолета ,является следствием закона сохранения энергии, находит широкое применение в различных устройствах: пульверизаторе, водоструйном насосе, карбюраторе.( Каждое крыло у самолета в сечении имеет несимметричную форму. Поэтому при движении самолета воздушный поток обтекает крыло так, что из-за разной скорости обтекания крыла сверху и снизу давления под крылом и над крылом также оказываются различными. Давление над крылом оказывается меньше давления над крылом. Благодаря этому и возникает сила, поднимающая самолет в воздух.)
Электрическая энергия используется для движения и левитации поездов. Она может возвращаться в сеть при рекуперативном торможении. Наибольшая часть энергии уходит на преодоление аэродинамического сопротивления. На низких скоростях мощность, требуемая для поднятия поезда, может быть значительной, на 15% больше, у трамваев и метро - поездов при езде. Для разгона за короткое время расход энергии ещё больше.
Другим очень перспективным направлением практического использования магнитной левитации являются магнитные подшипники, используемые в качестве ключевых деталей различных устройств и механизмов. Очевидным преимуществом подшипников на магнитной левитации является снятие проблемы износа материала. Традиционные подшипники достаточно быстро приходят в негодность, так как на них приходится основная механическая нагрузка. Зачастую это означает не только дополнительные расходы, но и повышенный риск безопасности для жизни и здоровья людей. В магнитных подшипниках износ деталей многократно меньше, так как и механического контакта между ними нет. Это открывает простор для использования таких подшипников в экстремальных условиях, где затруднены ремонтные работы (например, в атомной энергетике или в условиях особенно высоких или низких температур).
Вместе с тем уже находят широкое применение такие устройства, как вертикальные ветрогенераторы на магнитной левитации. Именно использование в них магнитных подшипников делает их особенно привлекательным получения электроэнергии из энергии ветра. Фактически ротор ветрогенератора висит в воздухе, опираясь на подшипники, парящие с магнитной левитации. Для обычных ветрогенераторов надёжные опоры были большой проблемой: помимо значительного веса всего устройства дополнительной нагрузкой было активное воздействие ветра, который расшатывал весь генератор.