Почему энергия парашютиста взаимодействующего с Землей постепенно уменьшается, но при этом закон сохранения энергии

Золотой_Робин Гуд

28

При прыжке с парашютом, энергия парашютиста постепенно уменьшается, но закон сохранения энергии не нарушается. Это можно объяснить следующим образом.

Вначале прыжка, когда парашютист только оторвался от земли и начал свое падение, его энергия состоит из двух компонент: потенциальной и кинетической энергии.

Потенциальная энергия, обозначим ее как \(PE\), зависит от высоты \(h\) парашютиста над поверхностью Земли и может быть вычислена по формуле:

\[PE = mgh,\]

где \(m\) - масса парашютиста, \(g\) - ускорение свободного падения, и \(h\) - высота над поверхностью Земли.

Кинетическая энергия, обозначим ее как \(KE\), зависит от скорости \(v\) парашютиста и может быть вычислена по формуле:

\[KE = \frac{1}{2}mv^2.\]

В начальный момент времени, когда парашютист только начал свое падение, его скорость равна нулю, то есть \(v = 0\). Потенциальная энергия в этот момент максимальна, так как высота \(h\) также максимальна.

С увеличением времени падения, парашютист начинает приобретать скорость и терять высоту. Это происходит из-за действия силы тяжести, которая ускоряет парашютиста вниз.

Постепенно, по мере увеличения скорости, потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия увеличивается. Это связано с тем, что часть потенциальной энергии превращается в кинетическую энергию.

На определенной высоте, при достижении установившегося состояния, энергия парашютиста становится постоянной. В этот момент, сила сопротивления воздуха, действующая на открытый парашют, равна по модулю силе тяжести, и парашютист движется постоянной скоростью.

Когда парашютист достигает земли, его скорость становится нулевой, а его потенциальная энергия равна нулю. В этот момент, всю исходную потенциальную энергию парашютиста преобразуется в кинетическую энергию, и затем в энергию земли и воздуха, не нарушая закон сохранения энергии.

Таким образом, закон сохранения энергии остается соблюденным, поскольку энергия парашютиста взаимодействующего с Землей постепенно уменьшается за счет преобразования потенциальной энергии в кинетическую и другие виды энергии, но общая сумма энергии остается постоянной.