Номер 42, страница 217 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Решение

Процесс движения ядра можно разделить на несколько этапов, на каждом из которых происходит преобразование энергии.

1. Момент толчка
В самом начале ядро находится в руках спортсмена. Чтобы придать ему скорость, спортсмен совершает работу, напрягая мышцы. Таким образом, внутренняя (химическая) энергия мышц спортсмена преобразуется в механическую энергию ядра. К моменту, когда ядро отрывается от руки, оно уже находится на некоторой высоте $h_0$ над землей и имеет начальную скорость $v_0$. Следовательно, в этот момент ядро обладает как потенциальной энергией, определяемой его положением в поле тяжести Земли ($E_p = mgh_0$), так и кинетической энергией, обусловленной его движением ($E_k = \frac{1}{2}mv_0^2$). Полная механическая энергия ядра в этот момент равна сумме этих энергий: $E_{полная} = E_p + E_k$.

2. Полет ядра
После того как ядро покинуло руку спортсмена, на него действует в основном только сила тяжести (сопротивлением воздуха для упрощения пренебрегаем). В процессе полета происходит непрерывное взаимное преобразование кинетической и потенциальной энергии:
- При движении вверх, до достижения наивысшей точки траектории, высота ядра увеличивается, а его скорость уменьшается. Это означает, что кинетическая энергия преобразуется в потенциальную ($E_k \rightarrow E_p$).
- В наивысшей точке траектории высота максимальна, следовательно, потенциальная энергия тоже максимальна. Скорость в этот момент минимальна (но не равна нулю, так как сохраняется горизонтальная составляющая скорости), поэтому кинетическая энергия минимальна.
- При движении вниз, от наивысшей точки до земли, высота ядра уменьшается, а скорость под действием силы тяжести увеличивается. Происходит обратное преобразование: потенциальная энергия переходит в кинетическую ($E_p \rightarrow E_k$).
На протяжении всего полета, в соответствии с законом сохранения механической энергии, полная механическая энергия ядра остается постоянной: $E_{полная} = E_p + E_k = \text{const}$.

3. Падение на землю
Непосредственно перед ударом о землю ядро находится на минимальной высоте (практически $h=0$), поэтому его потенциальная энергия минимальна (близка к нулю). В то же время его скорость, а значит и кинетическая энергия, достигают максимального значения. В момент удара о землю происходит неупругое соударение: ядро резко останавливается. Вся его механическая энергия (в основном кинетическая) преобразуется в другие, немеханические виды энергии: во внутреннюю энергию (ядро и грунт в месте падения нагреваются), в энергию деформации (образуется углубление в земле) и в энергию звуковых волн (мы слышим звук удара).

Ответ: Вначале работа, совершаемая спортсменом, преобразуется в кинетическую и потенциальную энергию ядра. Затем, во время полета, происходит взаимное превращение этих двух видов механической энергии при сохранении их суммы. В момент падения вся механическая энергия ядра преобразуется во внутреннюю энергию, энергию деформации и звуковую энергию.