Energiamegmaradás a lejtőn

Az alábbi feladat a 2023-as októberi (NAT 2012), középszintű fizika érettségi első részének negyedik feladata volt. A feladat kulcsa az energiamegmaradás.

Egy kicsiny testet a mellékelt ábrán látható lejtőre helyezünk és elengedjük. Hol csúszik nagyobb sebességgel? A lejtő utáni domb tetején (B pont) vagy pedig a lejtőn, a dombtetővel egy magasságban  (A pont)? A súrlódás elhanyagolható.

A) Az „A” pontban, ahol még gyorsul lefelé.       

B) A „B” pontban, ahol a kapaszkodón lassulva érkezik meg.    

C) Egyforma lesz a sebessége mindkét pontban.

D) Nem lehet eldönteni, mert az sem bizonyos, hogy a test eléri-e a „B” pontot.

Mielőtt megnéznéd a helyes választ, nézd meg ezeket a videókat, amelyben elmagyarázom a választ a kérdésre.

Az általános iskolai „Az energia, a munka, a teljesítmény, a hatásfok” c. fejezetből sokat tanulhatsz az energiáról és annak fajtáiról.

Az a középiskolai „A mechanikai energia megmaradása” c. leckéből megértheted az energiamegmaradást.

Helyes válasz: C

A fizika nem csak a laboratóriumok mélyén lévő titkok felfedezéséről szól, hanem a mindennapi életünkben tapasztalható jelenségek magyarázatáról is. A 2023 októberi érettségi egyik kérdése erre világított rá, amikor azt kérdezte, hogy egy kicsiny test hol csúszik nagyobb sebességgel: egy lejtőn (A pont) vagy egy lejtő utáni domb tetején (B pont), ha a súrlódás elhanyagolható.

A kérdés megértése

A feladat egy klasszikus fizikai probléma, amely az energiamegmaradás törvényének, a helyzeti energiának és a mozgási energiának az értelmezésével kapcsolatos. Az „A” pont a lejtőn van, ahol a test kezdi meg lefelé haladását, míg a „B” pont a lejtőt követő domb tetején helyezkedik el.

A fizikai elvek értelmezése

A helyes válasz a C) opció, mely szerint a test sebessége egyforma lesz az „A” és „B” pontban. Ez annak köszönhető, hogy a gravitációs potenciális energia, ami a lejtő tetején a legnagyobb, átalakul mozgási energiává, ahogy a test lecsúszik a lejtőn. A mozgási energia – és így a sebesség – a lejtő alján, azaz az „A” pontban a legnagyobb, mivel itt a potenciális energia a legkisebb. A test ezt követően megmássza a lejtő utáni dombot, ahol a mozgási energia ismét potenciális energiává alakul át. Ha a domb tetejére, a „B” pontba érkezik, a mozgási energiája pontosan annyi lesz, amennyi az „A” pontban volt (feltéve, hogy közben semmilyen más erő nem hatott rá). Mindez az energiamegmaradás következménye.

A válasz alátámasztása

A megmaradási törvények alapján, amíg külső erők – mint például a súrlódás – nem csökkentik a mozgási energiát, a sebesség a magasság függvényében változik. A domb tetején a test magassága ugyanannyi, mint a lejtőn az „A” pontban, így a mozgási energia is azonos.

Összegzés

Ez a fizikai probléma tökéletesen szemlélteti, hogy a mozgással kapcsolatos megfigyeléseink nem csak intuíciók, hanem a fizika megbízható törvényein alapulnak. A lejtő és a mozgások kapcsolata alapvető tudás minden diák számára, aki a fizika világába kíván betekinteni.

• Ingyenes tananyagok – Eduking
• Általános Iskolás Fizika Tananyag – Eduking
• Középiskolás Fizika Tananyag – Eduking