Номер 2, страница 155 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 3. Законы сохранения в механике. Параграф 19. Энергия. Закон сохранения механической энергии - номер 2, страница 155.

Условие.

2. Объясните, почему растянутая пружина может совершить работу.

Решение.

2. Механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила, и под действием этой силы тело перемещается. Чтобы объяснить, почему растянутая пружина может совершить работу, нужно рассмотреть понятия упругой деформации, силы упругости и потенциальной энергии.

1. Деформация и сила упругости. Когда пружину растягивают, её форма изменяется – она деформируется. В ответ на деформацию в материале пружины возникает сила упругости, которая стремится вернуть пружину в её первоначальное, недеформированное состояние (положение равновесия). Эта сила, согласно закону Гука, пропорциональна удлинению пружины $\text{x}$ и направлена в сторону, противоположную растяжению: $F_{упр} = -kx$, где $\text{k}$ – коэффициент жёсткости пружины.

2. Потенциальная энергия. Тело, способное совершить работу, обладает энергией. При растяжении пружины над ней совершается работа, которая запасается в пружине в виде потенциальной энергии упругой деформации. Эта энергия зависит от жёсткости пружины и величины её растяжения: $E_п = \frac{kx^2}{2}$. Именно этот запас потенциальной энергии является источником для совершения работы самой пружиной.

3. Совершение работы. Если отпустить растянутую пружину, то под действием силы упругости она начнёт сжиматься. Если к её концу прикреплено какое-либо тело, то сила упругости будет действовать на это тело, заставляя его двигаться. Поскольку на тело действует сила ($F_{упр}$) и оно перемещается, пружина совершает механическую работу. Эта работа совершается за счёт уменьшения её потенциальной энергии, которая переходит в кинетическую энергию движущегося тела ($E_к = \frac{mv^2}{2}$) или в работу против других сил (например, силы трения).

Таким образом, способность растянутой пружины совершать работу напрямую связана с наличием в ней запасённой потенциальной энергии, которая при возвращении пружины в состояние равновесия может быть преобразована в механическую работу.

Ответ: Растянутая пружина является деформированным телом и поэтому обладает запасом потенциальной энергии. При возвращении в недеформированное состояние в пружине возникает сила упругости, которая может перемещать тела. Так как есть сила, вызывающая перемещение, пружина совершает механическую работу, расходуя свою потенциальную энергию.