Ответьте на вопросы, страница 138 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему под воздействием силы трения полная механическая энергия тела уменьшается?

Полная механическая энергия тела представляет собой сумму его кинетической энергии (энергии движения) и потенциальной энергии (энергии взаимодействия). В соответствии с законом сохранения механической энергии, она остается постоянной только в замкнутой системе, где действуют исключительно консервативные силы, такие как сила тяжести или сила упругости.

Сила трения, в отличие от них, является неконсервативной (или диссипативной) силой. Это означает, что работа, совершаемая этой силой, приводит к рассеиванию (уменьшению) механической энергии системы.

Работа силы трения $A_{тр}$ всегда отрицательна. Это связано с тем, что вектор силы трения $ \vec{F}_{тр} $ всегда направлен в сторону, противоположную вектору перемещения тела $ \vec{s} $. Работа, как скалярное произведение силы на перемещение, вычисляется по формуле $ A_{тр} = F_{тр} \cdot s \cdot \cos(\alpha) $. Поскольку для силы трения угол $ \alpha $ между силой и перемещением равен $180^\circ$, а $ \cos(180^\circ) = -1 $, то работа силы трения равна $ A_{тр} = -F_{тр} \cdot s $, то есть она всегда отрицательна.

Согласно теореме об изменении полной механической энергии, изменение полной механической энергии системы $ \Delta E_{мех} $ равно работе всех неконсервативных сил, действующих в ней. В рассматриваемом случае такой силой является сила трения:

$ \Delta E_{мех} = E_{мех, конечная} - E_{мех, начальная} = A_{тр} $

Так как работа силы трения $ A_{тр} $ отрицательна ($A_{тр} < 0$), то и изменение полной механической энергии $ \Delta E_{мех} $ также будет отрицательным. Это означает, что конечная механическая энергия тела становится меньше начальной ($E_{мех, конечная} < E_{мех, начальная}$).

Важно понимать, что "потерянная" механическая энергия не исчезает бесследно. В соответствии с общим законом сохранения энергии, она переходит в другую форму — во внутреннюю энергию. В результате работы сил трения соприкасающиеся поверхности (само тело и поверхность, по которой оно движется) нагреваются. Таким образом, происходит преобразование механической энергии в тепловую.

Ответ: Полная механическая энергия тела уменьшается под воздействием силы трения, потому что сила трения является неконсервативной силой, совершающей отрицательную работу. Эта работа приводит к преобразованию части механической энергии во внутреннюю энергию (тепло), в результате чего тела нагреваются, а запас их механической энергии сокращается.