Номер 1, страница 86 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. В каких системах выполняется закон сохранения механической энергии?

1. Закон сохранения механической энергии является фундаментальным законом физики. Он выполняется в системах, которые удовлетворяют двум ключевым условиям.

Во-первых, система должна быть замкнутой (или изолированной). Это означает, что на тела системы не действуют внешние силы или их векторная сумма равна нулю. В такой системе отсутствует обмен энергией с окружающими телами, не входящими в систему.

Во-вторых, внутри системы работа всех неконсервативных (диссипативных) сил должна быть равна нулю. Системы, в которых работа неконсервативных сил равна нулю, называют консервативными.

Рассмотрим эти понятия подробнее:

Консервативные силы – это силы (например, сила тяжести, сила упругости), работа которых не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела. При действии таких сил механическая энергия может превращаться из кинетической в потенциальную и обратно, но ее полное количество сохраняется.

Неконсервативные силы – это силы (например, сила трения, сила сопротивления воздуха), работа которых зависит от траектории. Эти силы приводят к рассеиванию (диссипации) механической энергии, превращая ее в другие виды, в основном в тепловую. Изменение полной механической энергии системы ($ \Delta E $) как раз равно работе неконсервативных сил ($ A_{н.к.} $):

$ \Delta E = A_{н.к.} $

Следовательно, закон сохранения механической энергии ($ \Delta E = 0 $) выполняется только тогда, когда $ A_{н.к.} = 0 $.

Полная механическая энергия ($\text{E}$) системы определяется как сумма ее кинетической ($ E_k $) и потенциальной ($ E_p $) энергий:

$ E = E_k + E_p $

Таким образом, для выполнения закона сохранения механической энергии необходимо, чтобы эта сумма оставалась постоянной:

$ E = E_k + E_p = \text{const} $

Ответ: Закон сохранения механической энергии выполняется в замкнутых консервативных системах, то есть в таких изолированных системах тел, в которых работа всех неконсервативных сил (например, сил трения и сопротивления среды) равна нулю.