Номер 2, страница 156 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

2. Сохраняется ли полная механическая энергия при:

а) падении мяча с небольшой высоты;

б) падении мяча с большой высоты;

в) спуске парашютиста с раскрытым парашютом?

Закон сохранения полной механической энергии гласит, что полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы (например, сила тяжести и сила упругости), остается постоянной. Полная механическая энергия определяется как сумма кинетической и потенциальной энергий: $E = E_к + E_п$. Если в системе действуют неконсервативные силы, такие как сила трения или сопротивления воздуха, то полная механическая энергия системы не сохраняется, она изменяется на величину работы этих сил.

а) падении мяча с небольшой высоты

При падении мяча с небольшой высоты его скорость относительно мала. Сила сопротивления воздуха, которая зависит от скорости, также будет небольшой. Следовательно, работой силы сопротивления воздуха можно пренебречь по сравнению с изменением потенциальной и кинетической энергии. В этом приближении можно считать, что полная механическая энергия сохраняется: потенциальная энергия $E_п = mgh$ переходит в кинетическую $E_к = \frac{mv^2}{2}$.

Ответ: Да, с высокой степенью точности можно считать, что полная механическая энергия сохраняется, так как работа силы сопротивления воздуха пренебрежимо мала.

б) падении мяча с большой высоты

При падении с большой высоты мяч достигает высокой скорости. В этом случае сила сопротивления воздуха становится значительной, и ее работой уже нельзя пренебречь. Эта сила совершает отрицательную работу, в результате чего часть механической энергии (изначальной потенциальной) превращается во внутреннюю энергию — происходит нагревание самого мяча и окружающего воздуха. Таким образом, полная механическая энергия системы уменьшается.

Ответ: Нет, полная механическая энергия не сохраняется из-за значительной работы силы сопротивления воздуха.

в) спуске парашютиста с раскрытым парашютом

Конструкция парашюта предназначена для создания максимальной силы сопротивления воздуха. Эта сила совершает большую отрицательную работу, уравновешивая силу тяжести. В результате парашютист спускается с относительно небольшой и, как правило, постоянной скоростью (установившаяся скорость падения). Если скорость постоянна, то кинетическая энергия $E_к$ не изменяется. Однако высота спуска постоянно уменьшается, а значит, уменьшается и потенциальная энергия $E_п = mgh$. Поскольку полная механическая энергия $E = E_к + E_п$ уменьшается за счет уменьшения потенциальной энергии при постоянной кинетической, она не сохраняется. Потенциальная энергия превращается во внутреннюю энергию воздуха.

Ответ: Нет, полная механическая энергия не сохраняется. Работа огромной силы сопротивления воздуха приводит к тому, что убыль потенциальной энергии почти полностью переходит во внутреннюю энергию.