ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 45.4: Закон сохранения энергии в механике

План решения:

Чтобы ответить на вопрос о сохранении механической энергии, необходимо вспомнить определение этой величины и проанализировать работу сил, действующих в системе. Механическая энергия E складывается из кинетической E_k и потенциальной E_p энергий: E=E_k+E_p

Вычисление и обоснование:

Согласно теореме об изменении механической энергии, её изменение равно сумме работ всех внешних сил и всех неконсервативных (диссипативных) внутренних сил системы. Следовательно, для того чтобы полная механическая энергия оставалась постоянной (ΔE=0), должны выполняться два ключевых условия:

• В системе не действуют внешние силы, либо их суммарная работа равна нулю.
• Все внутренние силы, действующие в системе, являются консервативными (например, сила тяжести или сила упругости). Это означает отсутствие трения, сопротивления среды или других диссипативных процессов, превращающих механическую энергию во внутреннюю.

Проверка:

Рассмотрим пример идеального маятника без трения. Здесь единственная внешняя сила — реакция подвеса, которая перпендикулярна скорости и не совершает работы. Внутренняя сила тяжести является консервативной. Таким образом, при переходе от одной крайности к другой кинетическая энергия переходит в потенциальную и наоборот, но их сумма остаётся неизменной. Если бы мы добавили трение (неконсервативную силу), условие нарушилось бы, и энергия начала бы рассеиваться. Ответ согласуется с фундаментальным законом сохранения энергии.