Номер 1, страница 329 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Законы сохранения в механике. Глава 6. Закон сохранения энергии. Параграф 6.4. Энергия - номер 1, страница 329.

Условие.

? Покажите на примерах, что когда тела, способные совершать работу, действительно её совершают, их механическое состояние изменяется.

Решение.

Механическое состояние тела определяется его положением в пространстве и его скоростью. С этими характеристиками связана механическая энергия тела, которая является суммой его кинетической и потенциальной энергий. Способность тела совершать работу как раз и определяется наличием у него механической энергии. Когда тело совершает работу, оно передает свою энергию (или ее часть) другому телу или системе тел. Согласно закону сохранения энергии, это приводит к уменьшению собственной энергии тела, что, в свою очередь, означает изменение его скорости или положения, то есть изменение его механического состояния.

Рассмотрим несколько примеров, иллюстрирующих этот принцип.

Пример 1: Падающий молоток

Молоток, поднятый над гвоздем, обладает потенциальной энергией $E_п = mgh$ и поэтому способен совершить работу. В этом состоянии его скорость равна нулю, а высота максимальна. Когда молоток падает, его потенциальная энергия превращается в кинетическую ($E_к = \frac{mv^2}{2}$). При ударе о гвоздь молоток совершает работу, забивая его в доску. В результате совершения этой работы кинетическая энергия молотка расходуется, и его скорость падает до нуля. Таким образом, механическое состояние молотка изменилось: его высота и скорость стали другими. Он перешел из состояния движения в состояние покоя.

Пример 2: Сжатая пружина

Сжатая пружина обладает потенциальной энергией упругой деформации $E_п = \frac{kx^2}{2}$, где $k$ — жесткость пружины, а $x$ — ее сжатие. Если к пружине приставить шарик и отпустить ее, пружина распрямится и совершит работу, придав шарику скорость. Совершая работу, пружина распрямляется, ее сжатие $x$ уменьшается до нуля, а значит, и ее потенциальная энергия обнуляется. Эта энергия передается шарику. Изменение степени сжатия пружины — это изменение ее механического состояния. Совершив работу, пружина перешла из деформированного состояния в недеформированное.

Пример 3: Движущийся бильярдный шар

Бильярдный шар, движущийся по столу, обладает кинетической энергией $E_к = \frac{mv^2}{2}$ и способен совершить работу. При столкновении с неподвижным шаром он толкает его, приводя в движение. В этом процессе первый шар совершает работу над вторым. В результате столкновения скорость первого шара уменьшается, или он останавливается, или меняет направление движения. В любом случае его скорость изменяется, а значит, изменяется и его кинетическая энергия. Это и есть изменение его механического состояния, вызванное совершением работы.

Ответ: Все примеры показывают, что когда тело совершает механическую работу, оно расходует свою механическую энергию (кинетическую или потенциальную). Потеря энергии неизбежно ведет к изменению физических величин, которые эту энергию определяют — скорости и/или положения тела в пространстве. Следовательно, совершение работы телом всегда сопровождается изменением его собственного механического состояния.