Номер 5, страница 194 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

5. Выполняется ли закон сохранения механической энергии при наличии силы трения? Если не сохраняется, то как можно это объяснить?

5. Нет, закон сохранения механической энергии при наличии силы трения не выполняется. Механическая энергия системы, в которой действует сила трения, не сохраняется, а уменьшается.

Объяснение заключается в следующем. Закон сохранения полной механической энергии утверждает, что в замкнутой системе, где действуют только консервативные силы (такие как сила тяжести или сила упругости), полная механическая энергия, являющаяся суммой кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергии, остается постоянной:

$E_{мех} = E_к + E_п = const$

Сила трения относится к классу неконсервативных, или диссипативных, сил. Особенность таких сил в том, что их работа зависит от траектории движения и приводит к рассеиванию (диссипации) механической энергии. Работа силы трения $A_{тр}$ всегда отрицательна, так как сила трения направлена противоположно вектору перемещения тела.

Согласно теореме об изменении механической энергии, изменение полной механической энергии системы ($ΔE_{мех}$) равно работе всех неконсервативных сил ($A_{н.к.}$), действующих в системе:

$ΔE_{мех} = E_{мех_{конечная}} - E_{мех_{начальная}} = A_{н.к.}$

Если в системе из неконсервативных сил действует только сила трения, то $A_{н.к.} = A_{тр}$. Поскольку $A_{тр} < 0$, то и $ΔE_{мех} < 0$. Это означает, что конечная механическая энергия системы всегда будет меньше начальной.

Механическая энергия, которая "теряется" из-за трения, не исчезает бесследно. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она переходит в другие формы, преимущественно во внутреннюю (тепловую) энергию. Это проявляется в виде нагрева трущихся тел и окружающей среды. Таким образом, если рассматривать систему, включающую в себя и внутреннюю энергию, то общий закон сохранения энергии будет выполняться.

Ответ: Нет, закон сохранения механической энергии при наличии силы трения не выполняется. Сила трения является неконсервативной (диссипативной) силой, работа которой всегда отрицательна. Эта работа приводит к уменьшению полной механической энергии системы, которая превращается в другие виды энергии, в основном во внутреннюю (тепловую).