Номер 4, 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 4, страница 155.

Условие.

4. Поясните, как связано изменение энергии тела или системы тел с работой, совершённой этим телом или системой тел.

Решение.

Изменение энергии тела или системы тел напрямую связано с работой, совершённой этим телом или системой. В физике работа является мерой энергии, переданной от одного тела к другому или преобразованной из одной формы в другую. Когда тело или система совершает работу, его энергия уменьшается на величину этой работы, при условии, что нет других форм обмена энергией (например, теплообмена). Эта взаимосвязь конкретизируется в зависимости от вида рассматриваемой энергии.

Для кинетической энергии, которая является энергией движения, существует теорема о кинетической энергии. Она гласит, что работа, совершённая над телом равнодействующей всех сил, равна изменению его кинетической энергии: $A_{net} = \Delta E_к$. Соответственно, работа, совершённая самим телом против этих сил, равна изменению его кинетической энергии, взятому с обратным знаком: $A_{телом} = -A_{net} = -\Delta E_к$. Таким образом, когда тело совершает положительную механическую работу, его кинетическая энергия уменьшается. Например, тормозящий автомобиль совершает работу против сил трения, и его кинетическая энергия падает до нуля.

Для потенциальной энергии, которая является энергией взаимодействия тел в системе, связь с работой определяется через консервативные силы (например, сила тяжести, сила упругости). Работа, совершённая консервативными силами системы, равна убыли потенциальной энергии этой системы: $A_{конс} = -\Delta E_п = E_{п1} - E_{п2}$. Например, когда груз падает, сила тяжести (внутренняя консервативная сила системы «груз-Земля») совершает положительную работу, и потенциальная энергия системы уменьшается.

Если рассматривать полную механическую энергию ($E_{мех} = E_к + E_п$), то ее изменение равно работе всех неконсервативных (например, сила трения) и внешних сил. Работа, совершённая системой против этих сил, приводит к уменьшению её полной механической энергии: $A_{системы} = -\Delta E_{мех}$. Если система замкнута и в ней действуют только консервативные силы, то работа этих сил приводит к превращению потенциальной энергии в кинетическую и обратно, но полная механическая энергия сохраняется ($\Delta E_{мех} = 0$).

В термодинамике рассматривается внутренняя энергия системы. Согласно первому началу термодинамики, работа $A'$, совершённая системой, связана с изменением её внутренней энергии $\Delta U$ и количеством теплоты $\text{Q}$, полученным системой, следующим образом: $Q = \Delta U + A'$. В случае адиабатного процесса, когда теплообмен с окружающей средой отсутствует ($Q=0$), работа совершается системой исключительно за счёт уменьшения её внутренней энергии: $A' = -\Delta U$. Например, расширяющийся газ в теплоизолированном цилиндре совершает работу по перемещению поршня, при этом его внутренняя энергия и температура уменьшаются.

Обобщая, можно сказать, что работа, совершённая телом или системой, представляет собой энергию, которую эта система отдала. Это приводит к уменьшению запаса энергии (кинетической, потенциальной, внутренней) самой системы, если этот расход энергии не компенсируется другими источниками, такими как теплота.

Ответ:

Работа, совершённая телом или системой тел, равна убыли (уменьшению) энергии этой системы, если отсутствуют другие формы энергообмена с окружающей средой (например, теплопередача). Эта связь выражается конкретными соотношениями для разных видов энергии: работа против внешних сил равна убыли кинетической энергии ($A_{телом} = -\Delta E_к$), работа консервативных сил системы равна убыли её потенциальной энергии ($A_{конс} = -\Delta E_п$), а в адиабатическом процессе работа системы равна убыли её внутренней энергии ($A' = -\Delta U$).