Тело весом 200 Н подняли на высоту 4,6 м. Какой потенциальной энергией обладает тело? Какую работу может совершить оно при падении?

Для решения этой задачи необходимо рассмотреть ключевые физические понятия, такие как потенциальная энергия, работа, вес тела и высота. Эти понятия связаны между собой через законы механики.

1. Потенциальная энергия Потенциальная энергия – это энергия, которая обусловлена положением тела в пространстве относительно выбранной системы отсчета. В данном случае рассматривается потенциальная энергия тела, поднятого над землей. Формула для расчета потенциальной энергии в поле тяжести Земли: $$ E_p = m \cdot g \cdot h $$ где:
2. $E_p$ – потенциальная энергия (Дж),
3. $m$ – масса тела (кг),
4. $g$ – ускорение свободного падения ($9,8 \, \text{м/с}^2$),
5. $h$ – высота подъема тела (м).

Однако в задаче дана не масса тела, а его вес. Вес тела ($P$) связан с массой через формулу:
$$ P = m \cdot g $$
где:
− $P$ – вес тела (Н),
− $m$ – масса тела (кг),
− $g$ – ускорение свободного падения ($9,8 \, \text{м/с}^2$).

Таким образом, если известен вес тела, то потенциальную энергию можно рассчитать непосредственно через вес:
$$ E_p = P \cdot h $$
где:
− $E_p$ – потенциальная энергия (Дж),
− $P$ – вес тела (Н),
− $h$ – высота подъема (м).

1. Работа Работа в физике – это процесс передачи энергии через действие силы на тело в определенном направлении. Когда тело падает, его потенциальная энергия преобразуется в другие формы энергии (например, в кинетическую). Работа, которую может совершить тело при падении, равна изменению его энергии.

Если тело падает с высоты $h$, то вся его потенциальная энергия $E_p$ (при отсутствии сопротивления воздуха и других потерь) преобразуется в работу $A$:
$$ A = E_p $$
где:
− $A$ – работа, которую может совершить тело (Дж),
− $E_p$ – потенциальная энергия тела на высоте $h$ (Дж).

1. Связь между высотой, массой и весом
   Так как в задаче указаны вес тела ($P = 200 \, \text{Н}$) и высота подъема ($h = 4,6 \, \text{м}$), расчет потенциальной энергии и работы можно проводить по упрощенной формуле:
   $$ E_p = P \cdot h $$
   Эта же величина будет равна работе $A$, которую тело сможет совершить при падении.

2. Единицы измерения
   Важно помнить, что в Международной системе единиц (СИ) потенциальная энергия и работа измеряются в джоулях ($ \text{Дж} $). 1 джоуль – это работа силы в 1 ньютон, которая перемещает тело на расстояние 1 метр в направлении действия силы. Таким образом:
   $$ 1 \, \text{Дж} = 1 \, \text{Н} \cdot 1 \, \text{м} $$

3. Физический смысл задачи
   Поднятие тела на высоту $h$ увеличивает его потенциальную энергию относительно выбранного уровня отсчета (в данном случае – поверхности Земли). Эта энергия запасается в теле как способность совершать работу. При падении тела потенциальная энергия превращается в кинетическую, и тело может совершить работу, обусловленную силой тяжести.

Итак, для решения задачи необходимо:
− рассчитать потенциальную энергию тела на высоте $h$ по формуле $E_p = P \cdot h$,
− осознать, что эта же энергия равна работе, которую тело может совершить при падении.