Lecție pentru bacalaureat · Fizică

Energia potențială și conservarea energiei

Clasa a IX-a

Ideile de bază pe scurt și, unde există, exercițiile din subiectele de BAC care le verifică. Lecția completă, animată, cu grile și exerciții corectate, e în aplicația Tomomi.

Pe scurt

Formulă

Formulă · Energia potențială

Ep=m⋅g⋅hE_p = m \cdot g \cdot h

Energia datorată înălțimii. Unitate: joule (J); depinde de nivelul de referință pentru h.

Formulă

Formulă · Energia mecanică

Em=Ec+EpE_m = E_c + E_p

Suma energiei mișcării și a energiei poziției.

Formulă

Lege · Conservarea energiei mecanice

Ec+Ep=constant    (fa˘ra˘ frecare)E_c + E_p = \text{constant} \;\;(\text{fără frecare})

Fără frecare, Ep se transformă în Ec și invers, dar suma rămâne constantă.

Idee

Idee · Viteza din conservare

La cădere sau pendul fără frecare, viteza la punctul cel mai de jos este v=2ghv = \sqrt{2gh} - depinde doar de înălțime, nu de masă.

Din subiectele de BAC

Exerciții reale din subiectele anilor trecuți. Încearcă-le singur înainte să deschizi rezolvarea.

Un corp având masa m=50 gm = 50\,\text{g}, considerat punctiform, este suspendat la un capăt al unui fir inextensibil și de masă neglijabilă, având lungimea ℓ=1,0 m\ell = 1{,}0\,\text{m}. Celălalt capăt al firului este fixat într-un punct OO aflat la înălțimea H=3,8 mH = 3{,}8\,\text{m} față de sol. Corpul este eliberat, din repaus, din punctul AA în care firul întins formează cu verticala unghiul α≅53°\alpha \cong 53° (sin⁡α=0,8\sin \alpha = 0{,}8). Când corpul ajunge în punctul BB, în care firul formează cu verticala unghiul β≅37°\beta \cong 37° (sin⁡β=0,6\sin \beta = 0{,}6), firul se rupe, iar corpul își continuă mișcarea până la căderea pe suprafața orizontală a solului. Se neglijează frecările și interacțiunea cu aerul, iar energia potențială gravitațională este considerată nulă la nivelul solului. Se consideră g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2.

Calculați energia mecanică a corpului în punctul AA.

Vezi rezolvarea

Corpul este eliberat din repaus, deci energia cinetică în AA este nulă și energia mecanică se reduce la energia potențială gravitațională:

EA=EpA=mghA.E_A = E_{pA} = m g h_A.

Înălțimea punctului AA față de sol se obține coborând pe verticală din punctul de suspensie OO: hA=H−ℓcos⁡αh_A = H - \ell \cos \alpha. Din sin⁡α=0,8\sin \alpha = 0{,}8 rezultă cos⁡α=0,6\cos \alpha = 0{,}6, deci

hA=3,8−1,0⋅0,6=3,2 m.h_A = 3{,}8 - 1{,}0 \cdot 0{,}6 = 3{,}2\,\text{m}.

Cu m=50 g=0,05 kgm = 50\,\text{g} = 0{,}05\,\text{kg}:

EA=0,05⋅10⋅3,2=1,6 J.E_A = 0{,}05 \cdot 10 \cdot 3{,}2 = 1{,}6\,\text{J}.

Energia potențială gravitațională a unui corp cu masa mm, aflat la înălțimea hh față de nivelul solului, considerat nivel de energie potențială nulă, este exprimată prin relația:

a. Ep=mgh2E_p = \frac{mgh}{2}

b. Ep=−mgh2E_p = -\frac{mgh}{2}

c. Ep=mghE_p = mgh

d. Ep=−mghE_p = -mgh

Vezi rezolvarea

Energia potențială gravitațională a unui corp aflat la înălțimea hh față de nivelul de referință (unde Ep=0E_p = 0) este Ep=mghE_p = mgh. Răspunsul corect este c.

Un corp având masa m=1 kgm = 1\,\text{kg} părăsește o platformă orizontală aflată la înălțimea h=0,6 mh = 0{,}6\,\text{m} față de sol, cu viteza orizontală v=2 m/sv = 2\,\text{m/s}. Se neglijează interacțiunea cu aerul. Energia potențială gravitațională se consideră nulă la nivelul solului.

Determinați modulul impulsului corpului în momentul imediat anterior impactului cu solul.

Vezi rezolvarea

Pe durata căderii acționează doar greutatea, deci energia mecanică se conservă: mvsol22=mv22+mgh\dfrac{mv_{sol}^2}{2} = \dfrac{mv^2}{2} + mgh, adică vsol2=v2+2gh=4+2⋅10⋅0,6=16v_{sol}^2 = v^2 + 2gh = 4 + 2\cdot 10\cdot 0{,}6 = 16, deci vsol=4 m/sv_{sol} = 4\,\text{m/s}. Impulsul: p=m⋅vsol=1⋅4=4 kg⋅m/sp = m\cdot v_{sol} = 1\cdot 4 = 4\,\text{kg}\cdot\text{m/s}.

Toate lecțiile de Fizică

Descarcă

Începe azi. Bacul nu așteaptă.

Descarcă Tomomi pe telefonul copilului tău și pornește perioada de probă gratuită.