Номер 10, страница 47 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

*10. Почему при действии силы трения закон сохранения полной механической энергии нарушается?

Закон сохранения полной механической энергии утверждает, что в замкнутой системе тел, в которой действуют только консервативные силы (например, сила тяжести и сила упругости), полная механическая энергия остается постоянной. Полная механическая энергия ($E$) является суммой кинетической ($E_k$) и потенциальной ($E_p$) энергий системы: $E = E_k + E_p = const$.

Сила трения, в отличие от сил тяжести или упругости, не является консервативной силой. Она относится к классу диссипативных сил. Особенность таких сил заключается в том, что их работа зависит от траектории движения и приводит к рассеиванию (диссипации) механической энергии.

Когда тело движется по поверхности, сила трения скольжения всегда направлена против вектора скорости. Работа, совершаемая силой трения ($A_{тр}$), всегда отрицательна, так как угол между вектором силы и вектором перемещения составляет 180°. Эта работа приводит к уменьшению полной механической энергии системы.

Согласно теореме об изменении полной механической энергии, изменение полной механической энергии системы равно работе всех неконсервативных сил, действующих в системе:

$\Delta E = A_{н.к.}$

Если единственной неконсервативной силой является сила трения, то:

$\Delta E = E_{конечная} - E_{начальная} = A_{тр}$

Поскольку работа силы трения отрицательна ($A_{тр} < 0$), то и изменение полной механической энергии будет отрицательным ($\Delta E < 0$). Это означает, что конечная механическая энергия системы будет меньше начальной ($E_{конечная} < E_{начальная}$).

Механическая энергия при этом не исчезает бесследно, а переходит в другую форму — во внутреннюю (тепловую) энергию. В результате трения соприкасающиеся тела нагреваются. Таким образом, закон сохранения полной механической энергии нарушается, но выполняется более общий фундаментальный закон — закон сохранения полной энергии, который учитывает все ее виды.

Ответ: Закон сохранения полной механической энергии нарушается при действии силы трения, потому что сила трения является неконсервативной (диссипативной) силой. Она совершает отрицательную работу, в результате которой часть механической энергии системы необратимо преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию, что приводит к уменьшению полной механической энергии.