Тело массой 100 г, брошенное вертикально вниз с высоты 20 м со скоростью 10 м/ с, упало на землю скоростью 20 м/с. Найти работу по преодолению сопротивления воздуха.
Работа силы трения всегда отрицательна, так как эта сила всегда направлена против движения. Именно из-за трения существуют тепловые потери - механическая энергия переходит в тепло.
1. Кратко записываем условие задачи.
2. Изображаем условие графически в произвольной системе отсчета. На рисунке обозначаем направление движения, действующие на тело силы и другие необходимые величины. Положительное направление осей выбираем в направлении движения.
3. Записываем уравнение для нахождения работы и уравнения для нахождения входящих в него величин.
4. Решаем уравнения в общем виде.
5. Подставляем величины в общее решение, вычисляем.
6. Записываем ответ.
Тело массой 100 г, брошенное вертикально вниз с высоты 20 м со скоростью 10 м/ с, упало на землю скоростью 20 м/с. Найти работу по преодолению сопротивления воздуха.
Решение.
1, 2. Кратко записываем условие задачи. Изображаем условие графически в произвольной системе отсчета. На рисунке обозначаем направление движения и действующие на тело силы.
3. Записываем уравнение для нахождения работы и уравнения для нахождения входящих в него величин.
Используем закон сохранения энергии: в момент начала падения тело обладало механической энергией, включавшей в себя потенциальную энергию, зависящую от высоты и кинетическую энергию, зависящую от скорости.
В момент удара о землю тело также имело механическую энергию.
Эта энергия не равна начальной. Часть энергии пошла на преодоление силы сопротивления. По закону сохранения энергии
4. Решаем уравнения в общем виде.
Эта часть равна работе силы трения.
Распишем подробно выражения для энергий.
или в более удобном виде:
Подставляем величины в общее решение, вычисляем.
Знак минус показывает, что эта сила направлена против движения тела.
6.Ответ: Сила сопротивления направлена вверх и равна 0,25 ньютона.