Металлический шар массой 500 г падает на землю с высоты 3 м, какую работу при этом совершает сила тяжести?
Давайте поэтапно разберем задачу и ответим на нее подробно, чтобы было понятно, каким образом сила тяжести совершает работу при падении шара.
Дано:
- Масса шара \( m = 500\,г = 0,5\,кг \) (перевели в килограммы, так как в физике масса в СИ обычно измеряется в кг)
- Высота падения \( h = 3\,м \)
- Сила тяжести \( F_{тяж} = mg \), где \( g \approx 9,8\,м/с^2 \)
Шаг 1: Определить силу тяжести
Сила тяжести равна:
\[ F_{тяж} = m \times g = 0,5\,кг \times 9,8\,м/с^2 = 4,9\,Н \]
То есть, сила тяжести, действующая на шар, равна 4,9 Н.
Шаг 2: Найти работу силы тяжести при падении
Работа силы — это скалярная величина, которая показывает, насколько сила изменяет энергию тела. Формула работы:
\[ A = F \times s \times \cos \theta \]
Где:
- \( F \) — модуль силы (здесь — сила тяжести),
- \( s \) — перемещение по линии действия силы,
- \( \theta \) — угол между направлением силы и перемещением.
В условиях падения:
- Перемещение вдоль направления силы тяжести — это высота падения, то есть \( h = 3\,м \).
- Направление силы тяжести — вертикально вниз, то есть совпадает с направлением перемещения.
Следовательно, \( \theta = 0^\circ \), и \( \cos 0^\circ = 1 \).
Шаг 3: Вычислить работу
Подставляем значения:
\[ A = F_{тяж} \times h \times 1 = 4,9\,Н \times 3\,м = 14,7\,Дж \]
Ответ:
Работа силы тяжести при падении шара составляет 14,7 джоулей.
Итог:
Когда металлический шар падает с высоты 3 м, сила тяжести совершает работу, равную 14,7 Дж, которая в итоге превращается в кинетическую энергию шара перед ударом о землю.
