Групповое задание, страница 156 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 3. Законы сохранения в механике. Параграф 19. Энергия. Закон сохранения механической энергии - страница 156.

Условие.

Групповое задание

Разделитесь на три группы. Представитель первой группы приводит пример явления, при котором механическая энергия сохраняется, а кинетическая энергия уменьшается. Представитель второй группы приводит пример явления, при котором механическая энергия сохраняется, а кинетическая энергия увеличивается. Представитель третьей группы приводит пример, когда механическая энергия не сохраняется. Если представитель группы не смог привести очередной пример в течение 15 секунд, группа выходит из игры.

Решение.

Представитель первой группы приводит пример явления, при котором механическая энергия сохраняется, а кинетическая энергия уменьшается.

В замкнутой системе тел, где действуют только консервативные силы (например, сила тяжести), полная механическая энергия $E_м$ сохраняется. Полная механическая энергия является суммой кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергий: $E_м = E_к + E_п = const$. Если кинетическая энергия $E_к$ уменьшается, то для сохранения полной механической энергии потенциальная энергия $E_п$ должна увеличиваться. Кинетическая энергия зависит от скорости тела ($E_к = \frac{mv^2}{2}$), а потенциальная энергия в поле тяжести Земли — от высоты ($E_п = mgh$). Следовательно, искомое явление — это движение тела, при котором его скорость уменьшается, а высота над поверхностью Земли увеличивается.

Ответ: Примером такого явления является движение подброшенного вверх мяча. По мере подъема его скорость уменьшается (кинетическая энергия падает), а высота увеличивается (потенциальная энергия растет). При этом их сумма (полная механическая энергия) остается постоянной, если пренебречь сопротивлением воздуха.

Представитель второй группы приводит пример явления, при котором механическая энергия сохраняется, а кинетическая энергия увеличивается.

Аналогично первому случаю, в системе с консервативными силами полная механическая энергия $E_м$ сохраняется: $E_м = E_к + E_п = const$. Если кинетическая энергия $E_к$ увеличивается, то потенциальная энергия $E_п$ должна уменьшаться. Это означает, что скорость тела ($\text{v}$) должна расти, а его высота ($\text{h}$) — уменьшаться.

Ответ: Примером является свободное падение тела с некоторой высоты. Во время падения высота тела уменьшается (потенциальная энергия падает), а скорость увеличивается (кинетическая энергия растет). Сумма энергий остается постоянной, если пренебречь сопротивлением воздуха.

Представитель третьей группы приводит пример, когда механическая энергия не сохраняется.

Закон сохранения полной механической энергии выполняется только для замкнутых систем, в которых действуют исключительно консервативные силы. Если в системе действуют неконсервативные силы, такие как сила трения или сила сопротивления воздуха, или на систему действуют внешние силы, то полная механическая энергия не сохраняется. Работа этих сил идет на изменение полной механической энергии. Например, работа силы трения $A_{тр}$ приводит к уменьшению механической энергии и превращению ее во внутреннюю (тепловую) энергию: $\Delta E_м = A_{тр}$. Поскольку работа силы трения всегда отрицательна ($A_{тр} < 0$), механическая энергия системы уменьшается.

Ответ: Примером является движение шайбы по шероховатой горизонтальной поверхности до полной остановки. Изначально шайба обладала кинетической энергией. В процессе движения сила трения совершает отрицательную работу, в результате чего кинетическая энергия шайбы уменьшается до нуля, переходя во внутреннюю энергию шайбы и поверхности (они нагреваются). Полная механическая энергия системы не сохраняется.