Номер 9, страница 352 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Лабораторные работы. 5. Изучение закона сохранения механической энергии - номер 9, страница 352.

Условие.

9. Сравните полученное отношение с единицей и запишите в тетради для лабораторных работ сделанный вывод; укажите, какие превращения энергии происходили при движении груза вниз.

Решение.

Сравнение полученного отношения с единицей и вывод

В реальном физическом эксперименте полученное отношение, которое, как правило, представляет собой отношение изменения кинетической энергии груза $ΔE_k$ к модулю изменения его потенциальной энергии $|ΔE_p|$, всегда будет меньше единицы:

$\frac{ΔE_k}{|ΔE_p|} < 1$

Это объясняется тем, что в любой реальной механической системе действуют силы сопротивления, такие как сила трения и сила сопротивления воздуха. Работа этих сил приводит к тому, что часть механической энергии системы превращается во внутреннюю энергию (теплоту). Согласно закону сохранения и превращения энергии для неконсервативной системы:

$ΔE_k + ΔE_p = A_{сопр}$

Здесь $A_{сопр}$ — работа сил сопротивления, и она всегда отрицательна ($A_{сопр} < 0$), так как эти силы направлены против движения. Поскольку груз движется вниз, его потенциальная энергия уменьшается ($ΔE_p < 0$), а кинетическая увеличивается ($ΔE_k > 0$). Из уравнения следует, что $ΔE_k = -ΔE_p + A_{сопр}$. Учитывая, что $A_{сопр} < 0$, получаем $ΔE_k < -ΔE_p$. Разделив обе части на положительную величину $|ΔE_p| = -ΔE_p$, приходим к неравенству $\frac{ΔE_k}{|ΔE_p|} < 1$.

Вывод: Полного превращения потенциальной энергии в кинетическую не происходит из-за наличия сил сопротивления. Часть начальной механической энергии расходуется на совершение работы против этих сил и переходит во внутреннюю энергию. Таким образом, полная механическая энергия системы в реальных условиях не сохраняется, а уменьшается.

Ответ: Полученное отношение меньше единицы. Это означает, что механическая энергия не сохраняется из-за потерь на преодоление сил сопротивления (трения, сопротивления воздуха), в результате чего часть потенциальной энергии переходит не в кинетическую, а во внутреннюю энергию.

Превращения энергии при движении груза вниз

При движении груза вниз происходят следующие превращения энергии:

1. Потенциальная энергия груза ($E_p = mgh$), обусловленная его положением в поле тяготения Земли, уменьшается по мере его падения.

2. Эта уменьшающаяся потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию ($E_k = \frac{mv^2}{2}$), так как скорость груза увеличивается.

3. Одновременно часть механической энергии (как потенциальной, так и кинетической) из-за работы сил трения и сопротивления воздуха превращается во внутреннюю энергию (теплоту) самого груза и окружающей среды.

Таким образом, общую схему превращения энергии можно записать в виде:

Потенциальная энергия $\rightarrow$ Кинетическая энергия + Внутренняя энергия.

Ответ: При движении груза вниз его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию и, вследствие работы сил сопротивления, во внутреннюю энергию.