Zadanie 4.2.2.4

 Zadanie 4.2.2.4

Energia w rzucie pionowym
Ciało wyrzucono pionowo w górę z prędkością początkową \(v_0\). Na jakiej wysokości energia kinetyczna będzie równa energii potencjalnej?

Informacja

Możesz zobaczyć odpowiedź klikając w przycisk "Odpowiedź" lub sprawdzać kolejne etapy rozwiązania, wybierając prawidłowe odpowiedzi. W rozwiązaniu znajdziesz wskazówki, obliczenia i objaśnienia.

Dane i szukane

Dane:
- prędkość początkowa \(v_0\),
- przyspieszenie ziemskie \(g\).

Szukane:
- wysokość, na której wartość energii potencjalnej będzie równa energii kinetycznej \(h\).

Odpowiedź

Ciało wyrzucone pionowo w górę z prędkością początkową \(v_0\), wzniesie się na wysokość \(\displaystyle{h=\frac{v_0^2}{4g}}\).

Polecenie

Wyznacz wysokość, na której energia kinetyczna będzie równa energii potencjalnej. Wybierz jedną prawidłową wartość, spośród czterech przedstawionych poniżej.

Wybór 1 z 4

\(\displaystyle{h=4\frac{v_0^2}{g} }\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 2 z 4

\(\displaystyle{h=2\frac{v_0^2}{g}}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 3 z 4

\(\displaystyle{h=\frac{v_0^2}{2g}}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 4 z 4

\(\displaystyle{h=\frac{v_0^2}{4g}}\)

Odpowiedź prawidłowa

Rozwiązanie

W rzucie pionowym, maksymalna energia kinetyczna jest w momencie, gdy ciału została nadana prędkość \(v_0\).

\(\displaystyle{E_c=E_k=\frac{mv_0^2}{2}}\)

W tym momencie energia potencjalna wynosi zero.

Maksymalną energię potencjalną obserwujemy, gdy ciało osiągnie największą wysokość \(H\).

\(E_c=E_p=mgH\)
W tym momencie energia kinetyczna wynosi zero.

W trakcie ruchu ciało zmienia wysokość i prędkość, a energia całkowita wyrażona jest poprzez zależność

\(\displaystyle{E_c=\frac{mv^2}{2}+mgh}\).

Zasadę zachowania energii dla ciała znajdującego się na wysokości \(h\), można zapisać jako

\(\displaystyle{\frac{mv_0^2}{2}=\frac{mv^2}{2}+mgh}\).

Po pomnożeniu obustronnie przez \(\displaystyle{\frac{2}{m}}\), otrzymujemy prędkość ciała \(v\) znajdującego się na wysokości \(h\).

\(v_0^2=v^2+2gh\)

\(v^2=v_0^2-2gh\)

Szukamy wysokości, na której \(E_p=E_k\)
\(\displaystyle{mgh=\frac{mv^2}{2}}\)

Po  \[\displaystyle{gh=\frac{v_0^2-2gh}{2}}\] \[\displaystyle{gh=\frac{1}{2}v_0^2-gh }\] \[\displaystyle{2gh=\frac{1}{2}v_0^2 }\]  otrzymujemy
\(\displaystyle{h=\frac{v_0^2}{4g}}\)

Odpowiedź

Ciało wyrzucone pionowo w górę z prędkością początkową \(v_0\), wzniesie się na wysokość \(\displaystyle{h=\frac{v_0^2}{4g}}\).