Тема №20-22 Механика

03 Работа. Энергия. КПД. Законы сохранения 03.02 Сборник Камзеевой

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №20-22 механика
Разделы подтемы Работа. Энергия. КПД. Законы сохранения
Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#74499Максимум баллов за задание: 3

Шарик массой 0,2 кг падает с некоторой высоты с начальной скоростью, равной нулю. Его кинетическая энергия при падении на землю равна 24 Дж. С какой высоты упал шарик? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Источники: Камзеева 2024 | Камзеева 2025

Показать ответ и решение

В начальный момент у нас была только потенциальная энергия E = mgh  . При последующем падении потенциальная энергия уменьшалась, а кинетическая энергия увеличивалась и при высоте равной 0, кинетическая энергия была максимальной и равно начальной потенциальной энергии( вследствие закона сохранения механической энергии).
Тогда mgh =E к ⇒ h = Eк-=--24-- =12 м
              mg   0,2⋅10  .

Ответ:

    Eк-
h = mg = 12 м  .

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: закон сохранения энергии, формула потенциальной энергии)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#39459Максимум баллов за задание: 3

Шары массами m1 = 6 кг  и m2 = 4 кг,  движущиеся навстречу друг к другу со скоростью v1 = v2 = v = 2 м/с  каждый относительно Земли, соударяются, после чего движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделится в результате соударения.

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

PIC

Согласно закону сохранения импульса

m1v − m2v = (m1 +m2 )⋅u

Отсюда скорость шаров после удара:

    v(m1− m2)
u = -m1-+-m2--

Согласно закону сохранения энергии можно найти выделившееся количество теплоты как изменение кинетической энергии системы тел до и после взаимодействия:

    (           )
Q =  m1v2-+ m2v2- − (m1-+-m2)u2-
       2     2          2

Отсюда:

Q = 2m1m2--v2 = 19,2 Дж
    m1 +m2
Ответ:

     2m1m2
Q =  m-+-m--v2 = 19,2 Дж
      1    2

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: закон сохранения импульса в вектрной форме, а после в проекции на выбранные координатные оси (возможна зпись сразу проекциях), закон сохранения энергии)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#74500Максимум баллов за задание: 3

Маленький свинцовый шарик объёмом       3
0,02см  равномерно падает в воде. Какое количество теплоты выделится при перемещении шарика на 3 м?

Источники: Камзеева 2024 | Камзеева 2025

Показать ответ и решение

Количество выделенной энергии Q при равномерном падении шарика в воде равно работе, совершенной равнодействующей силы. Запишем второй закон Ньютона в проекции на вертикальную ось:

F = mg − FA

где m – масса шарика; FA  - выталкивающая сила воды. Таким образом, количество выделенной энергии равно

Q = F ⋅h =(mg − FA)⋅h

Выталкивающая сила FA = ρgV  , где ρ  =1000 кг/м3  – плотность воды; V – объем шарика. Выразим массу шарика m  через его объем и плотность:

m = ρшV

где ρш = 11350  кг/м3  - плотность шарика.

получим следующее выражение для количества энергии:

Q = (ρшVg − ρgV )⋅h

Q = gVh(ρш − ρ)= 10⋅0,02⋅10−6⋅3⋅(11350 − 1000)= 6,21 ⋅10−3 Дж = 6,21 мД ж.
Ответ:

Q = gVh(ρш − ρ)= 6,21 мД ж

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: формула силы Архимеда, формула силы тяжести, второй закон Ньютона, формула работы силы, формула связи массы и объёма)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#35769Максимум баллов за задание: 3

Груз массой 1 кг падает с высоты 240 м и углубляется в грунт на 20 см. Определить среднюю силу сопротивления, если начальная скорость падения 14 м/с.

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

В начальном состоянии тело находилось с потенциальной энергией: mgH  и кинетической: mv20-
 2  .
В конечном же состоянии скорость тела равна нулю, потенциальная энергия отрицательная(т.к. тело находится в глубине земли,а точка отсчета потенциальной энергии берется с поверхности земли) и по модулю равна: mgh  , а также работа по прохождению сквозь грунт: Fh  .
По закону изменения механической энергии: mv2-  mv20
  2 −  2  = mgH  − F h+ mgh
                  2                         2
F = 2mg-(H-+-h)+-mv0 = 2⋅1⋅10⋅(240+-0,2)+-1⋅14- =12,5 кН
           2h                  2⋅0,2
Дополнение:
В будущем будет важно уметь пренебрегать ненужными величинами в условиях задачи, чтобы упростить модель данной задачи. Как мы видим, глубина погружения 0,2 м, а величина H + h  равна 240,2 м. Тогда членом mgh  при данном условии задачи можно пренебречь т.к. 240,2≈ 240 м  . Это значительно может упростить решение задачи, не теряя физическую основу.

Ответ:

    2mg-(H-+-h)+-mv20
F =        2h       = 12,5 кН

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: закон сохранения энергии, формула работы силы, формула потенциальной энергии, формула кинетической энергии)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 5#76288Максимум баллов за задание: 3

Летящая пуля попадает в мешок с песком и углубляется на 15 см. На какую глубину войдёт в песок такая же пуля, если её скорость увеличить в 1,5 раза? Считать, что сила сопротивления при движении пули в песке постоянна, а мешок неподвижен

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

Пусть Fc  - сила сопротивление при движении пули в песке.
v0  - начальная скорость пули.
Δx  = 15 см.
Т.к. мешок недвижется при попадании в него пули, то вся кинетическая энергия перейдет в работу силы сопротивления.
Тогда по закону сохранения механической энергии:

mv20
 2  = Fc⋅Δx

Тогда сила сопротивление равна:      mv20
Fc = 2⋅Δx
Тогда если у пули будет скорость v = 1,5v0  .

  2
mv--= Fc⋅Δx1
 2

      -mv2   m-⋅1,52-⋅v20 ⋅2-⋅Δx-
Δx1 = 2⋅Fc =      2⋅mv20      = 33,75 см
Ответ:

      m-⋅1,52-⋅v20-⋅2⋅Δx-
Δx1 =      2⋅mv20      = 33,75 см

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: формула кинетической энергии, формула работы силы, закон изменения механической энергии)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 6#39426Максимум баллов за задание: 3

Пуля массой 8 г, движущаяся со скоростью 700 м/с, пробила доску толщиной 8 см. Определить скорость пули при вылете из доски, если средняя сила сопротивления, воздействующая на пулю в доске, равна 20 кН.

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

Запишем закон об изменении кинетической энергии:

mv21      mv22
-2--= A + -2-,

где m  – масса пули, A  – работа силы сопротивления, v1  и v2  – начальная и конечная скорость тела.
Работа силы сопротивления равна:

A= F S,

где F  – средняя сила сопротивления, S  – толщина доски.
Отсюда:

    ∘ --------  ∘ -----------------------------
       2  2F-S       2    2  2-⋅20⋅1000-Н-⋅0,08 м
v2 =  v1 − m  =   700 (м/с) −     8⋅10−3 кг    = 300 м/с
Ответ:

     ∘-----2FS-
v2 =  v21 − ----= 300 м/с
            m

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: закон сохранения энергии, формула кинетической энергии, формула работы силы)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 7#50763Максимум баллов за задание: 3

Из колодца глубиной 15 м поднимают на поверхность ведро с водой массой 12 кг в первом случае равномерно, а во втором – с ускорением 0,2 м/с2. Во сколько раз различается совершаемая при этом работа? Трением пренебречь.

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

В первом случае тело поднимают равномерно, при этом сила прикладываемая для подъёма равна:

F1 = mg

Тогда работа равна:

A1 = F1S = mgS

Во втором случае из второго закона Ньютона:

F2 − mg = ma ⇒ F2 = m(g+ a)

Тогда работа во втором случае:

A2 = F2S = m(g+ a)S.

Тогда искомое соотношение:

A2   g+ a  10 м/с2+ 0,2 м/с2
A1-= -g--= ----------2---- = 1,02
                10 м/с
Ответ:

 A2  g-+a
A1 =   g  = 1,02

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: формула силы тяжести, формула работы силы тяжести, формула работы произвольной силы, второй закон Ньютона)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 8#39427Максимум баллов за задание: 3

С высоты 2,5 м относительно поверхности земли вертикально вниз бросили шарик со скоростью 10 м/с. После удара о землю он поднялся на высоту в 1,5 раза большую. Какая часть первоначальной энергии шара теряется в процессе удара? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

Запишем закон сохранения энергии:

      mv20
mgh + -2--= mgH + Q,

где m  – масса шарика, h  – начальная высота, v0  – начальная скорость, H  – конечная высота, Q  – потери шара при столкновении.
Тогда

Q = mg(h − H )+ mv20-= mg(h− 1,5h)+ mv20-= mv20-− 0,5mgh
                2                  2     2

Тогда

             mv20
----Q-----  --2-−-0,5mgh   -v20-− gh   -100-(м/с)2−-10 м/с2⋅2,5 м-
      mv20-=        mv20  = 2gh+ v20 = 2⋅10 м/с2⋅2,5 м +100 (м/с)2 = 0,5
mgh +  2      mgh +  2
Ответ:

----Q-----   v20 −-gh
      mv20 = 2gh + v20 = 0,5
mgh + --2-

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: формула кинетической и потенциальной энергии, закон сохранения энергии)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 9#43920Максимум баллов за задание: 3

Потенциальная энергия стрелы, выпущенной из лука со скоростью 30 м/с вертикально вверх, через 2 с после начала движения равна 40 Дж. Чему равна масса стрелы? Потенциальная энергия стрелы отсчитывается от уровня старта.

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

Высота тела описывается уравнением:

              gt2
h(t)= h0+ v0t− -2-,

где h0 = 0  – начальная высота, v0  – начальная скорость, t  – время движения, g  – ускорение свободного падения.
Потенциальная энергия равна:

E = mgh,

где m  – масса стрелы, h  – конечная высота.
Тогда

    -E   -----E------  -------------40 Д-ж-------------
m = gh =  (     gt2) =      2(           10-м/с2⋅22 с2) = 0,1 кг
         g  v0t−  2     10 м/с 30 м/с⋅2 с −     2
Ответ:

          E
m =  -(-----gt2)-= 0,1 кг
     g v0t− ---
             2

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: уравнение координаты равноускоренно движущегося тела, формула потенциальной энергии)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 10#46370Максимум баллов за задание: 3

Какую по величине работу должна совершить сила трения для полной остановки тела массой 2 т, движущегося по горизонтальной поверхности со скоростью 36 км/ч?

Источники: Камзеева 2024

Показать ответ и решение

Работу силы трения можно найти как разность кинетических энергий:

A= E2 − E1,

где E2 =0  – конечная кинетическая энергия,      mv2-
E1 =  2  – начальная кинетическая энергия тела, m  – масса тела, v  – начальная скорость.

        2                   2
A = − mv--=− 2000 кг⋅100 (м/с)-= −100 кДж
       2            2
Ответ:

      mv2
A = − -2--= − 100 кД ж

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: формула кинетической энергии дела, закон сохранения энергии (в любом виде))

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!