Тело массой 2 кг брошено с поверхности Земли по углом 30° к горизонту со скоростью 6 м/с. Какой будет потенциальная энергия тела в точке наивысшего подъёма? Сопротивлением воздуха пренебречь.
По определению, потенциальная энергия в поле тяжести
. Чтобы определить потенциальную энергию, достаточно найти высоту подъёма. В кинематике была решена задача о высоте подъёма тела, брошенного под углом к горизонту. Высота подъёма
. Тогда для потенциальной энергии получим:
.Это и есть решение задачи в общем виде. Прежде чем подставлять числовые данные, обратим внимание на полученное уравнение. Величина, стоящая в правой части уравнения, напоминает по своей записи кинетическую энергию тела
, только вместо скорости стоит проекция скорости на вертикальную ось
. Оказывается, эту задачу можно было решить, используя закон сохранения механической энергии – по условию задачи сказано пренебречь трением о воздух. Будем отсчитывать потенциальную энергию от точки, из которой брошено тело. Тогда в начальный момент времени существует только кинетическая энергия. В дальнейшем горизонтальная проекция скорости не изменяется (это было доказано в кинематике, это же следует из закона сохранения импульса). Вертикальная же проекция скорости уменьшается и в верхней точке траектории равна нулю. Кинетическая энергия, обусловленная этой компонентой скорости, полностью переходит в потенциальную энергию. А эта энергия и равна
.
Эти рассуждения представляют собой наиболее простой способ найти высоту подъёма тела, брошенного под углом к горизонту. Сравните с тем решением, которое было приведено в разделе «Кинематика». Подставив в полученное уравнение для потенциальной энергии числовые данные из условия, получим ответ.
Ответ:
.
