Номер 3, страница 102 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 1. Законы механики. Параграф 23. Закон сохранения механической энергии. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 102.

Условие.

3. Выполняется ли закон сохранения механической энергии, если на тела системы действует сила трения? Ответ поясните.

Решение.

Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

Закон сохранения механической энергии утверждает, что полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы (например, сила тяжести, сила упругости), остается постоянной (сохраняется) с течением времени.

Полная механическая энергия ($\text{E}$) системы является суммой ее кинетической энергии ($E_k$) и потенциальной энергии ($E_p$).

Математически закон выражается формулой:
$E = E_k + E_p = \text{const}$

Это означает, что для любого начального (1) и конечного (2) состояния системы выполняется равенство:
$E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}$

Закон не выполняется, если в системе действуют неконсервативные (диссипативные) силы, такие как сила трения, работа которых приводит к превращению механической энергии в другие виды энергии, например, в тепловую.

Ответ: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, остается неизменной.

3. Выполняется ли закон сохранения механической энергии, если на тела системы действует сила трения? Ответ поясните.

Нет, закон сохранения механической энергии не выполняется, если на тела системы действует сила трения.

Пояснение:
Сила трения является неконсервативной (диссипативной) силой. Это значит, что ее работа зависит от пройденного пути и приводит к рассеиванию (диссипации) механической энергии.

В общем случае изменение полной механической энергии системы ($\Delta E$) равно работе всех неконсервативных сил ($A_{неконс}$), действующих на тела системы:
$\Delta E = E_{конечная} - E_{начальная} = A_{неконс}$

Работа силы трения ($A_{тр}$) всегда отрицательна, поскольку сила трения направлена противоположно перемещению тела. Эта работа приводит к уменьшению полной механической энергии системы, которая превращается в основном во внутреннюю энергию (тепло), вызывая нагрев тел.

Таким образом, если в системе действует сила трения, то $A_{неконс} = A_{тр} < 0$. Следовательно, изменение механической энергии будет отрицательным:
$\Delta E < 0$, что означает $E_{конечная} < E_{начальная}$.

Поскольку полная механическая энергия системы уменьшается, она не сохраняется, и закон сохранения механической энергии не выполняется.

Ответ: Нет, не выполняется. Сила трения — это неконсервативная сила, работа которой приводит к уменьшению полной механической энергии системы за счет ее перехода во внутреннюю энергию (тепло).