Через сколько времени после начала аварийного торможения остановится автобус, движущийся со скоростью 12 м/с, если коэффициент трения при аварийном торможение равен 0,4?
Давайте обсудим конкретный пример полет мяча, подброшенного с поверхности Земли вертикально вверх. В момент броска человек, бросающий мяч, придает ему начальную скорость V , то есть мяч изменяет свою кинетическую энергию от нуля до величины Е = mV2/2. Эту энергию он получает от руки человека, которая приводится в движение мышцами. Другими словами, кинетическая энергия сокращения мышцы (то есть движения ее концов навстречу друг другу) превращается в кинетическую энергию движения руки с зажатым в ней мячем. Затем камень отделяется от руки, унося с собой некоторую часть этой кинетической энергии. Рука после этого тормозится другими мышцами тела, при этом ее кинетическая энергия превращается в тепло (кто не верит, может вспомнить, как согревался в холодную погоду, "дрожа мелкой дрожью", то есть сокращая мышцы своего тела). Брошенный мяч камень летит вверх, при этом его скорость уменьшается, а высота над землей увеличивается (то есть кинетическая энергия камня превращается в потенциальную). В верхней точке траектории кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная максимальна. Затем начинается обратное превращение: высота уменьшается, скорость увеличивается. В момент возвращения в точку броска скорость мяча равна скорости в момент броска, то есть его кинетическая энергия вернулась к начальному значению, а потенциальная энергия равна нулю. На самом деле последнее утверждения неточно: скорость (и полная энергия) мяча немного уменьшилась из-за того, что летящий мяч расталкивал молекулы воздуха, передавая им часть своей энергии. Как сказал бы физик, произошла потеря части энергии на трение о воздух.
Дано: = 200 г = 2 кг = 20 м = 10 м/с² -- ускорение свободного падения = 4 Дж -- энергия потерь
Найти: T = ?
Решение: Согласно закону сохранения энергии: энергия никуда не исчезает, она лишь переходит из одного состояния в другое. В этой задаче такими состояниями/типами энергии являются - потенциальная и кинетическая составляющая, а также энергия потерь на сопротивление воздуху. Вся энергия постоянно перекачивается между этими тремя состояниями.
Изначально вся энергия шарика является потенциальной и равна . Когда шарик падает, он теряет потенциальную энергию, она переходит в кинетическую энергию и теряется на сопротивление воздуха. В конечный момент времени высота и вовсе равна нулю, а значит потенциальная энергия полностью перешла в энергию потерь и кинетическую и мы можем записать уравнение: В левой части уравнения энергия в начале падения, а в правой - в конце падения.
Теперь можем найти кинетическую энергию шарика в момент удара о землю: Получим численное значение Дж.
= 200 г = 2 кг
= 20 м
= 10 м/с² -- ускорение свободного падения
= 4 Дж -- энергия потерь
.
Дж.
