Номер 4, страница 139 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 28. Закон сохранения механической энергии. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 4, страница 139.

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

Да, потенциальная и кинетическая энергия замкнутой системы могут меняться с течением времени. Ключевым моментом здесь является закон сохранения полной механической энергии.

Замкнутой (или изолированной) механической системой называют систему тел, на которую не действуют внешние силы, или действие этих сил скомпенсировано. Если внутри такой системы действуют только консервативные силы (например, сила тяжести или сила упругости), то полная механическая энергия системы сохраняется, то есть остается постоянной.

Полная механическая энергия ($E_{полная}$) является суммой кинетической ($E_к$) и потенциальной ($E_п$) энергий:

$E_{полная} = E_к + E_п = \text{const}$

Из этого уравнения следует, что хотя сумма $E_к$ и $E_п$ остается неизменной, сами слагаемые могут изменяться. Происходит взаимное превращение одного вида энергии в другой. Если потенциальная энергия системы уменьшается, то ее кинетическая энергия должна на столько же возрасти, и наоборот.

Рассмотрим простой пример: падение камня с некоторой высоты $h$ в поле тяготения Земли. Систему «Земля-камень» можно считать замкнутой (пренебрегая сопротивлением воздуха).

• В начальный момент времени, когда камень находится на максимальной высоте $h$ и его скорость равна нулю, его потенциальная энергия $E_п = mgh$ максимальна, а кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$ равна нулю.
• В процессе падения высота камня уменьшается, а скорость увеличивается. Это означает, что его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия растет.
• В момент перед ударом о землю (примем эту высоту за нулевой уровень), потенциальная энергия становится равной нулю, а кинетическая энергия достигает своего максимального значения.

Таким образом, в течение всего процесса падения и потенциальная, и кинетическая энергия камня непрерывно меняются, в то время как их сумма — полная механическая энергия — остается постоянной.

Ответ: Да, в замкнутой системе, где действуют консервативные силы, потенциальная и кинетическая энергии могут изменяться с течением времени, переходя друг в друга, однако их сумма (полная механическая энергия) остается постоянной.