Номер 1, страница 355 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Законы сохранения в механике. Глава 6. Закон сохранения энергии. Параграф 6.11. Уменьшение механической энергии системы под действием сил трения - номер 1, страница 355.

Условие.

? 1. Могут ли внутренние силы изменить механическую энергию системы?

Решение.

Решение

Да, внутренние силы могут изменять механическую энергию системы. Ответ на этот вопрос зависит от природы этих внутренних сил, а именно, являются ли они консервативными или неконсервативными.

Полная механическая энергия системы $E_{мех}$ представляет собой сумму кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергий всех тел, входящих в систему: $E_{мех} = E_к + E_п$. Согласно теореме об изменении механической энергии, её изменение равно сумме работ всех внешних сил $A_{внеш}$ и всех неконсервативных внутренних сил $A_{вн, неконс}$:$ \Delta E_{мех} = A_{внеш} + A_{вн, неконс} $.

Если система замкнутая (изолированная), то есть внешние силы отсутствуют или их суммарная работа равна нулю ($A_{внеш} = 0$), то изменение механической энергии определяется только работой неконсервативных внутренних сил: $ \Delta E_{мех} = A_{вн, неконс} $.

В случае, когда все внутренние силы в системе являются консервативными (например, силы гравитации, силы упругости), их работа не изменяет полную механическую энергию. Такие силы лишь вызывают превращение кинетической энергии в потенциальную и обратно, в то время как их сумма ($E_{мех}$) остается постоянной. Для таких систем $A_{вн, неконс} = 0$, и, следовательно, закон сохранения механической энергии выполняется ($ \Delta E_{мех} = 0 $).

Однако, если в системе действуют неконсервативные внутренние силы (например, силы трения, силы сопротивления среды, силы, возникающие при взрыве или неупругом столкновении), то их работа приводит к изменению полной механической энергии системы. Например, при наличии внутреннего трения между частями системы механическая энергия будет уменьшаться, переходя во внутреннюю (тепловую) энергию. Работа сил трения отрицательна, поэтому $ \Delta E_{мех} < 0 $. В другом примере, при взрыве снаряда, внутренние силы, создаваемые расширяющимися газами, совершают положительную работу за счет освобождения химической энергии. В результате суммарная кинетическая энергия осколков становится значительно больше исходной механической энергии снаряда, то есть $ \Delta E_{мех} > 0 $.

Ответ:

Да, внутренние силы могут изменить механическую энергию системы в том случае, если они являются неконсервативными (например, силы трения, силы, действующие при взрыве). Если же все внутренние силы в системе консервативные (гравитационные, упругие), то они не изменяют полную механическую энергию системы, а лишь преобразуют кинетическую энергию в потенциальную и наоборот.