Номер 8, 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 8, страница 155.

Условие.

8. Расскажите о законе сохранения механической энергии. При каких условиях он выполняется?

Решение.

Закон сохранения механической энергии

Закон сохранения механической энергии — это фундаментальный закон физики, который гласит: полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, остается неизменной (сохраняется).
Полная механическая энергия ($\text{E}$) системы является суммой ее кинетической энергии ($E_k$) и потенциальной энергии ($E_p$). Кинетическая энергия — это энергия движения ($E_k = \frac{mv^2}{2}$), а потенциальная — энергия взаимодействия тел или их частей, зависящая от их взаимного расположения (например, гравитационная $E_p = mgh$ или упругая $E_p = \frac{kx^2}{2}$).
Математически закон выражается как:
$E = E_k + E_p = \text{const}$
Это означает, что при любых процессах в системе кинетическая энергия может переходить в потенциальную и наоборот, но их сумма в любой момент времени остается постоянной: $E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}$.

При каких условиях он выполняется?

Закон сохранения полной механической энергии строго выполняется при одновременном соблюдении двух ключевых условий:

1. Система тел является замкнутой (изолированной). Это означает, что внешние силы на систему не действуют, либо их суммарная работа равна нулю.

2. Работа всех неконсервативных (диссипативных) сил внутри системы равна нулю. К неконсервативным силам относятся, в первую очередь, сила трения и сила сопротивления среды. Их работа приводит к преобразованию механической энергии в другие виды (например, в тепловую), что уменьшает полную механическую энергию. Закон выполняется, когда действуют только консервативные силы (сила тяжести, сила упругости) или когда действием неконсервативных сил можно пренебречь.

В общем виде изменение полной механической энергии системы равно работе неконсервативных сил: $\Delta E = A_{н.к.}$. Соответственно, закон сохранения ($\Delta E = 0$) выполняется, когда $A_{н.к.} = 0$.

Ответ: Закон сохранения механической энергии гласит, что полная механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной энергий) замкнутой системы тел остается постоянной. Он выполняется при двух условиях: 1) система является замкнутой, то есть на нее не действуют внешние силы или их работа равна нулю; 2) работа всех неконсервативных сил (трения, сопротивления) внутри системы равна нулю.