Номер 5, страница 138 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 4. Законы сохранения в механике. Параграф 26. Закон сохранения полной механической энергии. Вопросы - номер 5, страница 138.

Условие.

5. Что понимают под полной энергией?

Решение.

5. Под полной энергией системы (или тела) понимают скалярную физическую величину, представляющую собой сумму всех видов энергии, которыми обладает данная система. Состав полной энергии зависит от того, какие процессы и взаимодействия рассматриваются в конкретной физической задаче.

1. В классической механике, когда рассматривается движение макроскопических тел без учета их внутренней структуры и тепловых процессов, под полной энергией (или полной механической энергией) понимают сумму кинетической и потенциальной энергий:
$E_{мех} = E_к + E_п$
где $E_к$ – кинетическая энергия, связанная с движением тела ($E_к = \frac{mv^2}{2}$), а $E_п$ – потенциальная энергия, зависящая от положения тела в поле консервативных сил (например, гравитационная потенциальная энергия $E_п = mgh$ или потенциальная энергия упругой деформации $E_п = \frac{kx^2}{2}$). Для замкнутой консервативной системы полная механическая энергия является постоянной величиной (закон сохранения энергии).

2. В термодинамике и молекулярной физике к механической энергии добавляется внутренняя энергия ($\text{U}$). Внутренняя энергия представляет собой сумму кинетической энергии хаотического движения частиц системы (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Таким образом, полная энергия системы определяется как:
$E = E_к + E_п + U$
Здесь $E_к$ и $E_п$ характеризуют систему как единое целое, а $\text{U}$ – ее внутреннее состояние.

3. В релятивистской физике Альберт Эйнштейн показал, что масса и энергия эквивалентны. Полная энергия ($\text{E}$) частицы включает в себя не только её кинетическую энергию, но и энергию покоя ($E_0$), связанную с её массой:
$E_0 = mc^2$
где $\text{m}$ – масса покоя частицы, $\text{c}$ – скорость света в вакууме. Полная энергия движущейся частицы выражается формулой:
$E = \sqrt{(pc)^2 + (mc^2)^2}$
где $\text{p}$ – импульс частицы. Эта формула объединяет энергию покоя и кинетическую энергию в единое целое.

Таким образом, в самом широком смысле полная энергия — это универсальная мера всех форм движения и взаимодействия материи.

Ответ: Под полной энергией понимают сумму всех видов энергии, которыми обладает физическая система. В механике это сумма кинетической и потенциальной энергий. В более общих случаях полная энергия также включает в себя внутреннюю энергию (в термодинамике) и энергию покоя, связанную с массой (в теории относительности).