Тяжёлый шарик, отпущенный без толчка у поверхности воды, медленно тонет в стакане (см. рис.). Как меняются в течение всего времени падения шарика на дно его потенциальная энергия, сила тяжести, действующая на шарик, и потенциальная энергия воды в стакане? Потенциальная энергия отсчитывается от дна стакана.
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
1) увеличится;
2) уменьшится;
3) не изменится.
| Потенциальная энергия шарика | Сила тяжести, действующая на шарик | Потенциальная энергия воды |
Потенциальная энергия в поле силы тяжести рассчитывается по формуле Шарик опустился вниз, значит, его потенциальная энергия уменьшилась. Сила тяжести рассчитывается по формуле
где m — масса тела, M — масса Земли, R — расстояние между телом и Землёй. При опускании шарика вниз расстояние R уменьшается, значит, сила тяжести, действующая на тело увеличивается. Рассмотрим как изменилась потенциальная энергия воды, для этого проанализируем различие потенциальных энергий воды в начальный момент времени и в момент, когда шарик касается дна. Различие состоит в том, что объём воды, занимаемый шариком в конечном положении, переместился наверх, в место начального положения шарика. То есть этот объём поднялся в поле силы тяжести, его потенциальная энергия возросла. Потенциальная энергия остального объёма воды не изменилась. Следовательно, потенциальная энергия воды увеличилась.
Ответ: 211.
Примечание.
Составители задания считают, что сила тяжести не изменяется. Действительно, изменение силы тяжести при малых изменениях высоты почти не заметно, но небольшое изменение всё же есть.

