Рассмотрим первую часть задачи — расчет потенциальной энергии шарика массой 30 г, расположенного на высоте 12 м.
Шаг 1: Перевод единиц измерения массы
Масса шарика: 30 г = 0,03 кг (так как 1 кг = 1000 г).
Шаг 2: Формула потенциальной энергии
Потенциальная энергия (PE) определяется формулой:
[ PE = m \cdot g \cdot h ]
где:
- ( m ) — масса тела в килограммах,
- ( g ) — ускорение свободного падения (10 Н/кг),
- ( h ) — высота над уровнем земли в метрах.
Шаг 3: Подставление данных
[ PE = 0.03 , \text{кг} \times 10 , \text{Н/кг} \times 12 , \text{м} ]
[ PE = 0.03 \times 10 \times 12 = 3.6 , \text{Дж} ]
Ответ: потенциалная энергия шарика равна 3,6 Дж (округляя до целых — 4 Дж).
Теперь вторая часть:
"На какой высоте следует расположить шар массой 4 кг, чтобы он обладал такой же потенциальной энергией?"
Шаг 4: Расчёт высоты для нового шара
Обозначим массу нового шарика: ( m_2 = 4 , \text{кг} ).
Её потенциальная энергия должна быть равна 3,6 Дж:
[ PE_2 = m_2 \times g \times h_2 ]
[ 3.6 = 4 \times 10 \times h_2 ]
[ h_2 = \frac{3.6}{4 \times 10} = \frac{3.6}{40} = 0.09 \text{ м} ]
Шаг 5: Перевод в сантиметры
[ 0.09 \text{ м} = 0.09 \times 100 = 9 \text{ см} ]
Ответ: шару массой 4 кг нужно подняться на высоту 9 сантиметров.
Итог:
- Потенциальная энергия шарика массой 30 г на высоте 12 м: 4 Дж (округленно).
- Для шарика массой 4 кг, чтобы иметь такую же потенциальную энергию, его нужно расположить на высоте: 9 см.