Номер 1, страница 156 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.4. Закон сохранения энергии. Внутренняя энергия - номер 1, страница 156.

Условие.

? 1. Сформулируйте закон сохранения механической энергии, закон сохранения энергии. Почему закон сохранения энергии является эмпирическим законом? Каким образом был получен закон сохранения механической энергии?

Решение.

Сформулируйте закон сохранения механической энергии

Закон сохранения механической энергии гласит, что полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы (например, силы упругости и тяготения), остается постоянной. Иными словами, если работа неконсервативных сил (например, силы трения) равна нулю, то сумма кинетической и потенциальной энергий всех тел системы не изменяется со временем.

Математически закон выражается формулой:
$E_{мех} = E_k + E_p = const$
или
$E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}$
где $E_k$ — кинетическая энергия, а $E_p$ — потенциальная энергия системы.

Ответ:

Сформулируйте закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии — это фундаментальный закон природы, согласно которому полная энергия изолированной системы сохраняется с течением времени. Энергия не может быть создана или уничтожена, она может только переходить из одной формы в другую (например, из механической в тепловую) или передаваться от одного тела к другому. Этот закон является обобщением закона сохранения механической энергии и включает в себя все известные виды энергии: механическую, тепловую, электромагнитную, химическую, ядерную и другие.

Ответ:

Почему закон сохранения энергии является эмпирическим законом?

Закон сохранения энергии является эмпирическим, потому что он был установлен на основе обобщения многочисленных опытных фактов и наблюдений, а не выведен чисто теоретически из каких-либо более общих принципов. На протяжении XIX века учёные (Р. Майер, Д. Джоуль, Г. Гельмгольц и др.) в различных областях физики и химии проводили эксперименты, которые демонстрировали, что при исчезновении одного вида энергии всегда возникает эквивалентное количество энергии другого вида. Например, опыты Джоуля показали эквивалентность механической работы и количества теплоты. Поскольку ни одно наблюдение или эксперимент до сих пор не опровергли этот закон, он принят как всеобщий и фундаментальный.

Ответ:

Каким образом был получен закон сохранения механической энергии?

В отличие от всеобщего закона сохранения энергии, закон сохранения механической энергии не является эмпирическим. Он был получен как теоретическое следствие из законов динамики Ньютона для систем, в которых действуют только консервативные силы.

Вывод основан на теореме о кинетической энергии, которая гласит, что работа всех сил, действующих на тело (или систему тел), равна изменению его кинетической энергии: $A_{всех \, сил} = \Delta E_k$.
Для консервативных сил (таких как сила тяжести или сила упругости) работа определяется как убыль потенциальной энергии: $A_{конс} = -\Delta E_p$.
Если в системе действуют только консервативные силы, то $A_{всех \, сил} = A_{конс}$, и мы можем приравнять эти два выражения:
$\Delta E_k = -\Delta E_p$
Перенеся член с потенциальной энергией в левую часть, получим:
$\Delta E_k + \Delta E_p = 0$
Это означает, что изменение полной механической энергии $\Delta(E_k + E_p)$ равно нулю, то есть полная механическая энергия $E = E_k + E_p$ сохраняется.

Ответ: