Номер 17, страница 128 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 8. Закон сохранения энергии. Параграф 29. Взаимосвязь работы и энергии - номер 17, страница 128.

Условие.

17. Зависит ли от выбора системы отсчета:

а) кинетическая энергия тела;

б) потенциальная энергия взаимодействия тела с Землей?

Решение.

а) кинетическая энергия тела;

Кинетическая энергия тела — это энергия его движения, и она вычисляется по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{v}$ — его скорость. В классической механике масса тела $\text{m}$ считается величиной постоянной и не зависящей от системы отсчета. Однако скорость тела $\text{v}$ является относительной величиной, то есть ее значение напрямую зависит от выбора системы отсчета, относительно которой измеряется движение.

Например, рассмотрим пассажира, который сидит в едущем поезде. В системе отсчета, связанной с поездом, пассажир неподвижен, его скорость равна нулю ($v=0$), и, следовательно, его кинетическая энергия тоже равна нулю ($E_k=0$). В то же время, в системе отсчета, связанной с Землей, пассажир движется со скоростью поезда $\text{v}$, и его кинетическая энергия имеет положительное значение ($E_k > 0$).

Поскольку скорость тела зависит от выбора системы отсчета, его кинетическая энергия также является относительной величиной и зависит от выбора системы отсчета.

Ответ: Да, кинетическая энергия тела зависит от выбора системы отсчета.

б) потенциальная энергия взаимодействия тела с Землей?

Потенциальная энергия взаимодействия тела с Землей — это энергия, обусловленная их взаимным расположением. Она зависит от расстояния между телом и Землей. Вблизи поверхности Земли эта энергия определяется формулой $E_p = mgh$, где $\text{h}$ — высота тела над условным нулевым уровнем (например, поверхностью Земли).

Взаимное расположение тел, то есть расстояние между ними (в данном случае высота $\text{h}$), в классической (ньютоновской) механике является инвариантной величиной. Это означает, что расстояние между двумя точками не изменяется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Например, высота стола над полом будет одинаковой как для наблюдателя, находящегося в комнате, так и для наблюдателя, движущегося мимо с постоянной скоростью.

Так как потенциальная энергия зависит только от взаимного расположения тел, а это расположение не меняется при смене инерциальной системы отсчета, то и сама потенциальная энергия не зависит от выбора инерциальной системы отсчета. Стоит отметить, что абсолютное значение потенциальной энергии зависит от выбора нулевого уровня, но этот выбор произволен и не связан с движением системы отсчета.

Ответ: Нет, потенциальная энергия взаимодействия тела с Землей не зависит от выбора инерциальной системы отсчета.