Задание 5 ЕГЭ по физике

24

Переведем единицы и вычислим начальную кинетическую энергию.
$E_{k0}=\dfrac{m v_0^2}{2}=\dfrac{0.009\cdot 100^2}{2}=\dfrac{0.009\cdot 10\ 000}{2}=\dfrac{90}{2}=45\ \text{Дж}$

На пулю действуют: сила тяжести $\vec{F}\text{тяж}=m\vec{g}$, направленная вертикально вниз; и сила сопротивления воздуха $\vec{F}\text{сопр}$, направленная противоположно скорости.

Так как сила сопротивления является неконсервативной и совершает отрицательную работу, полная механическая энергия системы (кинетическая+потенциальная) уменьшается в процессе полета — часть энергии рассеивается в тепло.

Проверим утверждения:

$1)$ Неверно. Полная механическая энергия не сохраняется из-за силы сопротивления воздуха; она уменьшается, поэтому она не равна постоянным $45\ \text{Дж}$ в течение всего полета.

$2)$ Верно. Непосредственно перед падением потенциальная энергия равна нулю (если взять уровень земли за ноль), полная механическая энергия равна кинетической, и из-за сопротивления воздуха эта энергия меньше начальной $45\ \text{Дж}$.

$3)$ Неверно. Движение не равноускоренное, поскольку сила сопротивления зависит от скорости (обычно пропорциональна $v$ или $v^2$), поэтому равнодействующая сил и ускорение меняются во времени.

$4)$ Верно. В верхней точке вертикальная компонента скорости равна нулю, но горизонтальная компонента отлична от нуля. Сила сопротивления направлена против скорости (горизонтально), сила тяжести — вертикально вниз; их равнодействующая имеет горизонтальную и вертикальную компоненты, поэтому вектор ускорения не совпадает по направлению с вектором силы тяжести.

$5)$ Неверно. В верхней точке ускорение не равно нулю: действует сила тяжести и сила сопротивления (горизонтально), их равнодействующая отлична от нуля.