Za rešitev teh nalog moramo uporabiti osnovne koncepte iz fizike, kot so potencialna energija, kinetična energija, in zakoni ohranitve energije.

A) Sprememba potencialne energije osebe

Sprememba potencialne energije ($\Delta E_p$) se izračuna z enačbo: $\Delta E_p = m \cdot g \cdot \Delta h$

kjer je:

• $m$ masa osebe,
• $g$ gravitacijski pospešek,
• $\Delta h$ sprememba višine težišča.

Podatki:

• Masa osebe $m = 60 \, \text{kg}$
• Gravitacijski pospešek $g = 9.81 \, \text{m/s}^2$
• Začetna višina težišča $h_1 = 0.4 \, \text{m}$
• Končna višina težišča $h_2 = 1.3 \, \text{m}$

Sprememba višine $\Delta h$ je: $\Delta h = h_2 - h_1 = 1.3 \, \text{m} - 0.4 \, \text{m} = 0.9 \, \text{m}$

Sedaj lahko izračunamo spremembo potencialne energije: $\Delta E_p = 60 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 \cdot 0.9 \, \text{m}$ $\Delta E_p = 529.74 \, \text{J}$

Sprememba potencialne energije osebe je 529.74 J.

B) Hitrost in kinetična energija osebe ob padcu

Najprej bomo izračunali hitrost osebe ob padcu s pomočjo kinematike, nato pa še s pomočjo zakona ohranitve energije.

Kinematika

Pri padcu s konstantnim pospeškom lahko uporabimo enačbo za hitrost: $v^2 = v_0^2 + 2 \cdot g \cdot h$

kjer je:

• $v_0$ začetna hitrost (v tem primeru enaka nič),
• $g$ gravitacijski pospešek,
• $h$ višina padca.

Podatki:

• Začetna hitrost $v_0 = 0 \, \text{m/s}$
• Gravitacijski pospešek $g = 9.81 \, \text{m/s}^2$
• Višina padca $h = 3 \, \text{m}$

Enačba postane: $v^2 = 0 + 2 \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 \cdot 3 \, \text{m}$ $v^2 = 58.86 \, \text{m}^2/\text{s}^2$ $v = \sqrt{58.86} \, \text{m/s}$ $v \approx 7.67 \, \text{m/s}$

Ohranitve energije

Pri ohranitvi energije se potencialna energija spremeni v kinetično energijo. Enačba za potencialno energijo je: $E_p = m \cdot g \cdot h$

Kinetična energija ($E_k$) je: $E_k = \frac{1}{2} m v^2$

Podatki:

• Masa osebe $m = 60 \, \text{kg}$
• Gravitacijski pospešek $g = 9.81 \, \text{m/s}^2$
• Višina padca $h = 3 \, \text{m}$

Potencialna energija na začetku je: $E_p = 60 \, \text{kg} \cdot 9.81 \, \text{m/s}^2 \cdot 3 \, \text{m}$ $E_p = 1765.8 \, \text{J}$

Ker se potencialna energija v celoti pretvori v kinetično energijo: $E_k = 1765.8 \, \text{J}$

Enačba za kinetično energijo: $E_k = \frac{1}{2} m v^2$ $1765.8 \, \text{J} = \frac{1}{2} \cdot 60 \, \text{kg} \cdot v^2$ $1765.8 \, \text{J} = 30 \, \text{kg} \cdot v^2$ $v^2 = \frac{1765.8 \, \text{J}}{30 \, \text{kg}}$ $v^2 = 58.86 \, \text{m}^2/\text{s}^2$ $v \approx 7.67 \, \text{m/s}$

Rezultati obeh metod so enaki, kar potrjuje pravilnost izračuna.

Hitrost osebe tik preden pade na tla je približno 7.67 m/s, kinetična energija pa je 1765.8 J.

Ali želite več podrobnosti ali imate kakšna vprašanja?

Sorodna vprašanja:

1. Kako bi se spremenila hitrost, če bi bila začetna višina padca večja?
2. Kako bi se spremenila potencialna energija, če bi oseba skočila iz višje višine?
3. Kako bi se spremenila kinetična energija, če bi masa osebe bila večja?
4. Kako bi se izračunala sprememba potencialne energije, če bi bila težišče na začetku na nižji višini?
5. Kako bi se izračunala hitrost ob padcu, če bi bila začetna hitrost različna od nič?
6. Kako bi ohranitev energije vplivala na padanje osebe z različnih višin?
7. Kako bi se izračunala potencialna energija na višini 2 metrov?
8. Kako bi se spremenila hitrost in kinetična energija osebe, če bi gravitacijski pospešek bil drugačen?

Nasvet

Pri reševanju nalog iz fizike vedno preverite enote in jih pretvorite po potrebi, da dosežete pravilne rezultate.