ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 44.2: Потенциальная энергия

План решения:

Для определения точки с минимальной потенциальной энергией необходимо вспомнить формулу для расчёта этой величины в поле тяжести Земли. Потенциальная энергия тела зависит от его массы, ускорения свободного падения и высоты над выбранным уровнем отсчёта (обычно принимается за ноль уровень земли или начальная точка броска).

Вычисление и анализ:

Формула потенциальной энергии имеет вид: E_p=mgh, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения, а h — высота положения тела относительно нулевого уровня.

Так как масса тела m и ускорение g являются постоянными величинами в ходе движения, значение потенциальной энергии E_p напрямую пропорционально высоте h. Это означает, что чем меньше высота подъёма тела, тем меньше его потенциальная энергия.

Рассмотрим траекторию брошенного под углом к горизонту тела. Она представляет собой параболу. Точки на траектории имеют разную высоту:

• Точка 1 находится на начальной стадии подъёма или сразу после броска (низкая высота).
• Точка 2 находится выше точки 1.
• Точка 3 является вершиной траектории, то есть точкой максимального подъёма (h_max). Здесь потенциальная энергия максимальна.
• Точка 4 находится на спуске, ниже вершины, но обычно выше начальной точки, если не указано иное, либо симметрична точке 2.

В стандартных задачах такого типа, если не задан конкретный чертёж с числами, подразумевается сравнение высот. Минимальная высота соответствует самой нижней точке траектории среди отмеченных. Обычно это точка старта (или ближайшая к ней по высоте). Если точка 1 расположена ниже всех остальных (ближе всего к земле), то именно там h минимально.

Проверка и вывод:

Согласно закону сохранения механической энергии, сумма кинетической и потенциальной энергий постоянна. В высшей точке (точка 3) скорость наименьшая (только горизонтальная составляющая), значит, кинетическая энергия минимальна, а потенциальна — максимальна. В низших точках траектории скорость наибольшая, кинетическая энергия максимальна, а потенциальная — минимальна.

Из четырёх вариантов ответов нужно выбрать тот, который соответствует самой низкой точке на рисунке. Как правило, в таких схемах точка 1 обозначает начало движения или точку на уровне земли, откуда тело было брошено, либо самую нижнюю точку на спуске перед приземлением. Без конкретного чертежа мы опираемся на логику: минимальная E_p там, где минимальна h. Если предположить стандартную нумерацию снизу вверх или по ходу времени, то самая первая точка (если она на уровне земли) или последняя (перед ударом о землю) будут иметь минимальную энергию. Однако чаще всего в таких тестах точка 1 — это стартовая позиция на уровне земли (h=0), тогда E_p=0, что является минимумом.

Если же все точки находятся выше земли, то выбирается та, которая ближе к поверхности. Исходя из типичной структуры подобных задач, где точка 1 часто является началом координат или самой нижней точкой, ответ будет соответствовать варианту 1.