Номер 2, страница 155 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

2. В чем суть закона сохранения механической энергии?

2. В чем суть закона сохранения механической энергии?

Решение

Закон сохранения механической энергии является одним из фундаментальных законов физики. Его суть заключается в следующем: полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, остается постоянной (сохраняется).

Для полного понимания этого закона необходимо раскрыть ключевые понятия:

Полная механическая энергия ($E$) — это физическая величина, равная сумме кинетической и потенциальной энергий системы.
$E = E_k + E_p$

Кинетическая энергия ($E_k$) — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Она зависит от массы тела ($m$) и его скорости ($v$).
$E_k = \frac{mv^2}{2}$

Потенциальная энергия ($E_p$) — это энергия, которая определяется взаимным расположением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Примерами могут служить потенциальная энергия тела в поле силы тяжести ($E_p = mgh$, где $h$ — высота над нулевым уровнем) или потенциальная энергия упруго деформированной пружины ($E_p = \frac{kx^2}{2}$, где $k$ — жесткость пружины, а $x$ — ее деформация).

Замкнутая (изолированная) система тел — это такая система, на которую не действуют внешние силы, или равнодействующая всех внешних сил равна нулю. То есть тела системы взаимодействуют только друг с другом.

Консервативные силы (или потенциальные силы) — это силы, работа которых не зависит от траектории движения тела, а определяется только его начальным и конечным положением. К таким силам относятся сила тяжести и сила упругости.

Таким образом, если в замкнутой системе действуют только консервативные силы, полная механическая энергия системы сохраняется. Это означает, что для любых двух моментов времени полная механическая энергия будет одинаковой:
$E_1 = E_2$
или в развернутом виде:
$E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}$

Это не означает, что кинетическая и потенциальная энергии по отдельности не меняются. Наоборот, они могут переходить друг в друга. Например, когда мяч падает, его потенциальная энергия уменьшается, но кинетическая возрастает ровно на столько же (при условии, что сопротивлением воздуха можно пренебречь).

Если же в системе действуют неконсервативные (диссипативные) силы, например, сила трения или сила сопротивления среды, то полная механическая энергия системы не сохраняется. Часть механической энергии превращается в другие виды энергии, как правило, во внутреннюю (тепловую), что приводит к нагреванию тел. В этом случае изменение полной механической энергии равно работе диссипативных сил: $\Delta E = A_{тр}$.

Ответ: Суть закона сохранения механической энергии заключается в том, что в замкнутой системе, где все действующие силы являются консервативными (например, сила тяжести, сила упругости), полная механическая энергия, равная сумме кинетической и потенциальной энергий, остается неизменной величиной. Происходит лишь взаимное превращение этих видов энергии, но их сумма сохраняется.