Номер 4, страница 136 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 41. Энергия. Кинетическая энергия. Глава 4. Законы сохранения в механике - номер 4, страница 136.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Кинетическая энергия материальной точки — это скалярная физическая величина, равная половине произведения массы точки на квадрат её скорости. Она вычисляется по формуле:

$E_k = \frac{mv^2}{2}$

где $m$ — масса материальной точки, а $v$ — её скорость.

В этой формуле масса $m$ в классической (ньютоновской) механике считается инвариантной, то есть её значение не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой. Однако скорость $v$ является относительной величиной. Согласно принципу относительности движения, скорость тела зависит от того, относительно какой системы отсчёта (СО) она измеряется.

Поскольку значение скорости $v$ зависит от выбора СО, а кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости ($v^2$), то и кинетическая энергия будет зависеть от выбора системы отсчёта.

Рассмотрим наглядный пример.

Представим пассажира массой $m=70$ кг, который сидит в поезде, движущемся со скоростью $v=20$ м/с относительно земли.

1. В системе отсчёта, связанной с землей, скорость пассажира равна скорости поезда, то есть $v_1 = 20$ м/с. Его кинетическая энергия в этой СО будет: $E_{k1} = \frac{m{v_1}^2}{2} = \frac{70 \cdot (20)^2}{2} = 14000 \text{ Дж} = 14 \text{ кДж}$
2. В системе отсчёта, связанной с поездом, пассажир неподвижен, его скорость $v_2 = 0$ м/с. Следовательно, его кинетическая энергия в этой СО равна нулю: $E_{k2} = \frac{m{v_2}^2}{2} = \frac{70 \cdot (0)^2}{2} = 0 \text{ Дж}$

Этот пример ясно показывает, что кинетическая энергия одного и того же тела может иметь разные значения (включая нулевое) в разных системах отсчёта. Таким образом, кинетическая энергия не является абсолютной характеристикой движения, а является относительной.

Ответ: Да, кинетическая энергия материальной точки зависит от выбора системы отсчёта, так как скорость, от которой она зависит, является относительной величиной.