Номер 1, страница 147 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Чем мы пренебрегаем, когда говорим, что механическая энергия падающего камня сохраняется? Какие превращения энергии реально происходят при падении камня в воздухе?

Чем мы пренебрегаем, когда говорим, что механическая энергия падающего камня сохраняется?

Закон сохранения механической энергии гласит, что полная механическая энергия ($E = E_k + E_p$) замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы (такие как сила тяжести), остается постоянной. Однако в реальном мире на падающий камень, помимо силы тяжести, действует сила сопротивления воздуха.

Сила сопротивления воздуха является неконсервативной (диссипативной) силой. Это означает, что работа, совершаемая этой силой, приводит к уменьшению полной механической энергии системы. Энергия не исчезает, а переходит в другую форму — как правило, во внутреннюю (тепловую) энергию, вызывая нагрев камня и окружающего воздуха.

Таким образом, когда мы говорим, что механическая энергия падающего камня сохраняется, мы используем физическую модель, в которой пренебрегаем всеми неконсервативными силами, в данном случае — силой сопротивления воздуха. Такое допущение является приемлемым для тел с большой массой и малой скоростью, падающих с небольшой высоты, когда сила сопротивления воздуха пренебрежимо мала по сравнению с силой тяжести.

Ответ: Когда мы говорим, что механическая энергия падающего камня сохраняется, мы пренебрегаем силой сопротивления воздуха и работой, которую эта сила совершает.

Какие превращения энергии реально происходят при падении камня в воздухе?

При реальном падении камня в воздухе происходит несколько одновременных процессов превращения энергии, и его полная механическая энергия не сохраняется.

1. Потенциальная энергия камня ($E_p = mgh$), обусловленная его положением в поле тяготения Земли, уменьшается по мере снижения высоты $h$.

2. Часть этой убывающей потенциальной энергии превращается в кинетическую энергию ($E_k = \frac{mv^2}{2}$), в результате чего скорость $v$ камня увеличивается.

3. Другая часть потенциальной энергии расходуется на совершение работы против силы сопротивления воздуха. Эта работа приводит к увеличению внутренней энергии как самого камня, так и молекул воздуха, с которыми он сталкивается. Макроскопически это проявляется в их нагревании.

В итоге, в соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, полная энергия замкнутой системы "камень-воздух-Земля" остается неизменной. Однако происходит перераспределение энергии: механическая энергия ($E_k + E_p$) системы уменьшается, а ее внутренняя (тепловая) энергия увеличивается на ту же величину.

Ответ: При реальном падении камня в воздухе его потенциальная энергия превращается как в кинетическую энергию (камень ускоряется), так и во внутреннюю энергию камня и окружающего воздуха (они нагреваются из-за трения о воздух).