menu 5 Sluneční soustava
Erasmus+: Klíčová akce 2: Strategická partnerství ve školním vzdělávaní

Úkol 3: Polohová a pohybová energie

Úkol: Desetikilogramové závaží se nachází v klidu ve výšce 10 km nad povrchem Země. Spočítej polohovou energii podle vztahu Ep = mhg, kde g = 10 N·kg–1, h = 5 km. Jak velká energie se přemění z polohové energie na pohybovou energii, pokud se těleso přemístí z 10 km do 5 km? Odhadni, jaké maximální rychlosti může závaží dosáhnout, pokud nebudeme uvažovat odpor vzduchu?nbsp;

Řešení: Polohová energie Ep = mhg = 10 ∙ 5 000 ∙ 10 J = 500 000 J. Na pohybovou energii se přemění veškerá (platí zákon zachování mechanické energie) dříve vypočítaná polohová energie. Pro pohybovou energii platí vztah Ek = ½ mv2. Z tohoto vzorce si vyjádříme rychlost


Dopad na Zemi

Úkol: Podívejme se na energii, která se uvolní, pokud se pohybující objekt najednou zastaví – např. kometa či planetka narazí do Země. Obvyklé rychlosti planetek dopadajících na Zemi se pohybují v intervalu od 20 km·s–1 do 70 km·s–1.

Představme si kilogramový objekt, který narazí do Země rychlostí 20 km·s–1. Spočítej, kolik energie se při této srážce uvolní.

Řešení: Pro pohybovou energii platí vztah  Dosazujeme v základních jednotkách, takže rychlost je nutné převést na m·s–1. Výpočtem zjistíme, že Ek = ½ mv2 = ½ · 1 · (20 000)2 J = 2 ∙ 108 J. 000)2 J = 2 ∙ 108 J. Pro představu, tato energie by stačila na

ohřátí 500 litrů vody z 0 °C na 95 °C.

Úkol: Nyní si představme stejný objekt, pouze narazí do Země rychlostí 70 km · s–1. Spočítej, kolik energie se uvolní při této srážce. Porovnej s předchozí hodnotou.

Řešení: Výpočtem zjistíme, že Ek = ½ mv2 = ½ · 1 · (70 000)2 J = 2,5 ∙ 109 J. I když se rychlost zvýšila 3,5-krát, energie vzrostla 2,5 ∙ 109 : 2 ∙ 108 = 12,5×.

Úkol: Podíváme se, jaký vliv má na uvolněnou energii velikost dopadajícího objektu. Spočítej uvolněnou energii dvoukilogramového objektu, který se srazí se Zemí rychlostí 20 km · s–1. Porovnej s odpovědí v prvním případě.

Řešení: Výpočtem zjistíme, že Ek = ½ mv2 = ½ · 2 · (20 000)2 J = 4 ∙ 108 J. Když se hmotnost objektu zdvojnásobí, uvolněná energie se také zdvojnásobí.