Номер 4, страница 117 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

4. Может ли меняться с течением времени потенциальная или кинетическая энергия замкнутой системы?

Да, как потенциальная, так и кинетическая энергия замкнутой системы могут меняться с течением времени. Это связано с тем, что в замкнутой системе выполняется закон сохранения полной энергии, но не обязательно сохранения её отдельных видов. Полная энергия системы, которая остается постоянной, является суммой различных видов энергии, включая кинетическую, потенциальную, внутреннюю (тепловую) и другие.

Энергия может переходить из одного вида в другой. Рассмотрим два основных случая:

1. Взаимопревращение кинетической и потенциальной энергии.

Если внутри замкнутой системы действуют только консервативные силы (например, сила тяжести или сила упругости), то полная механическая энергия системы (сумма кинетической и потенциальной энергии) сохраняется. Однако сами по себе кинетическая и потенциальная энергии могут изменяться, переходя друг в друга.

Пример: Математический маятник (система "груз-Земля").

В крайних точках траектории, где груз на мгновение останавливается, его скорость равна нулю, поэтому кинетическая энергия $E_k$ минимальна (равна нулю), а высота максимальна, значит, потенциальная энергия $E_p$ максимальна.

При прохождении положения равновесия (нижняя точка) скорость груза максимальна, а значит, максимальна и кинетическая энергия $E_k$. Высота же в этот момент минимальна, следовательно, потенциальная энергия $E_p$ тоже минимальна.

Таким образом, во время колебаний происходит непрерывный переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Обе эти величины меняются с течением времени, но их сумма $E_{мех} = E_k + E_p$ остается постоянной.

2. Переход механической энергии в другие виды энергии.

Если в замкнутой системе действуют неконсервативные силы (например, сила трения), то полная механическая энергия системы не сохраняется. Она может уменьшаться, переходя в другие формы, чаще всего во внутреннюю (тепловую) энергию.

Пример: Неупругое столкновение двух тел.

Рассмотрим систему из двух пластилиновых шаров, летящих навстречу друг другу. До столкновения система обладает определенной кинетической энергией. После столкновения шары слипаются и могут либо остановиться, либо продолжить движение с меньшей скоростью. В любом случае, суммарная кинетическая энергия системы после столкновения будет меньше, чем до него.

Разница в кинетической энергии перешла во внутреннюю энергию — шары при столкновении деформировались и немного нагрелись. Таким образом, кинетическая энергия системы изменилась (уменьшилась), хотя полная энергия (с учетом тепловой) осталась неизменной.

Ответ: Да, могут. В замкнутой системе полная энергия постоянна, но ее составляющие — потенциальная и кинетическая энергии — могут изменяться, превращаясь друг в друга или в другие виды энергии (например, в тепловую).