Пробка медленно всплывает со дна стакана к поверхности (см. рис.). Как меняются во время всплытия потенциальная энергия пробки, потенциальная энергия воды в стакане и сила тяжести, действующая на пробку? Потенциальная энергия отсчитывается от дна стакана.
1) увеличивается;
2) уменьшается;
3) не изменяется.
| Потенциальная энергия пробки | Потенциальная энергия воды | Сила тяжести, действующая на пробку |
Потенциальная энергия в поле силы тяжести рассчитывается по формуле Пробка поднялась, значит, её потенциальная энергия увеличилась. Сила тяжести рассчитывается по формуле
где m — масса тела, M — масса Земли, R — расстояние между телом и Землёй. При поднятии пробки расстояние R увеличивается, значит, сила тяжести, действующая на тело уменьшается. Рассмотрим как изменилась потенциальная энергия воды, для этого проанализируем различие потенциальных энергий воды в начальный момент времени и в момент, когда верхний край пробки находится у верхнего края воды. Различие состоит в том, что объём воды, занимаемый пробкой в конечном положении, переместился вниз, в место начального положения пробки. То есть этот объём опустился в поле силы тяжести, его потенциальная энергия уменьшилась. Потенциальная энергия остального объёма воды не изменилась. Следовательно, потенциальная энергия воды уменьшилась.
Ответ: 122.
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.

