Номер 4, страница 148 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 45. Закон сохранения энергии в механике. Глава 4. Законы сохранения в механике - номер 4, страница 148.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение:

Механическая энергия системы ($E_{мех}$) представляет собой сумму кинетической энергии ($E_k$) всех тел системы и их потенциальной энергии ($E_p$).

$E_{мех} = E_k + E_p$

Закон сохранения механической энергии утверждает, что механическая энергия изолированной системы тел остается постоянной, если работа всех неконсервативных сил, действующих внутри системы, равна нулю.

Чтобы понять это условие, необходимо различать два типа сил:

1. Консервативные силы. Это силы (например, сила тяжести, сила упругости), работа которых не зависит от траектории движения тела, а определяется только его начальным и конечным положением. Для этих сил вводится понятие потенциальной энергии. Изменение потенциальной энергии равно работе консервативной силы, взятой со знаком минус: $\Delta E_p = -A_{конс}$.

2. Неконсервативные силы. Это силы (например, сила трения, сила сопротивления воздуха), работа которых зависит от траектории. Эти силы обычно вызывают превращение механической энергии в другие виды энергии (в основном, во внутреннюю энергию, то есть в теплоту), поэтому их также называют диссипативными.

Теорема об изменении полной механической энергии устанавливает связь между изменением механической энергии системы и работой неконсервативных сил:

$\Delta E_{мех} = A_{неконс}$

Из этой формулы следует, что для сохранения механической энергии ($\Delta E_{мех} = 0$) необходимо, чтобы работа неконсервативных сил была равна нулю ($A_{неконс} = 0$).

Это условие выполняется в следующих основных случаях:

а) В системе отсутствуют неконсервативные силы. Взаимодействие между телами осуществляется только посредством консервативных сил. Пример: движение тела, брошенного в вакууме, где на него действует только сила тяжести; колебания груза на пружине без трения.

б) Неконсервативные силы действуют, но их суммарная работа равна нулю. Это возможно, если неконсервативная сила перпендикулярна вектору перемещения в каждой точке траектории, или если работы разных неконсервативных сил компенсируют друг друга. Пример: тело скользит без трения по горизонтальной поверхности. Сила реакции опоры является неконсервативной, но она перпендикулярна перемещению, и ее работа равна нулю.

Ответ:

Механическая энергия системы сохраняется, если суммарная работа всех неконсервативных сил (таких как сила трения и сила сопротивления среды) равна нулю. Это условие выполняется, когда в системе либо действуют только консервативные силы (сила тяжести, сила упругости), либо присутствующие неконсервативные силы не совершают работу.