Номер 6, страница 172 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

6. Что такое механическая энергия системы тел? Внутренняя энергия? Из чего складывается полная энергия системы?

Что такое механическая энергия системы тел?

Механическая энергия системы тел — это скалярная физическая величина, равная сумме кинетической и потенциальной энергий всех тел, входящих в данную систему. Она является мерой способности системы совершить механическую работу.

Механическая энергия ($E_{мех}$) складывается из двух компонент:
1. Кинетическая энергия ($E_k$) — это энергия, связанная с движением тел. Для одного тела массой $m$, движущегося со скоростью $v$, она вычисляется по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Для системы тел общая кинетическая энергия равна сумме кинетических энергий каждого тела: $E_{k_{сист}} = \sum_i \frac{m_i v_i^2}{2}$.
2. Потенциальная энергия ($E_p$) — это энергия, которая определяется взаимным расположением тел в системе и силами, действующими между ними. Примерами являются гравитационная потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли ($E_p = mgh$), и потенциальная энергия упруго деформированного тела, например, сжатой пружины ($E_p = \frac{kx^2}{2}$).

Таким образом, полная механическая энергия системы равна:
$E_{мех} = E_k + E_p$

В замкнутой (изолированной) системе, в которой действуют только консервативные силы (такие как сила тяжести или сила упругости), полная механическая энергия сохраняется.

Ответ: Механическая энергия системы тел — это сумма кинетических энергий движения всех тел системы и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом и с внешними полями.

Внутренняя энергия?

Внутренняя энергия ($U$) — это часть полной энергии термодинамической системы, которая не включает в себя кинетическую энергию движения системы как единого целого и потенциальную энергию системы во внешних полях. Иными словами, это энергия, заключенная "внутри" вещества.

Внутренняя энергия складывается из:
- Суммы кинетических энергий хаотического (теплового) движения всех микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов). Это движение включает поступательные, вращательные и колебательные компоненты. Эта часть энергии напрямую связана с температурой тела.
- Суммы потенциальных энергий взаимодействия этих частиц друг с другом (силы межмолекулярного притяжения и отталкивания). Эта часть энергии зависит от расстояния между частицами и, следовательно, от агрегатного состояния вещества (газ, жидкость, твердое тело).

Внутренняя энергия является функцией состояния системы и может быть изменена двумя способами, что описывается первым началом термодинамики ($\Delta U = Q + A'$):
1. Путем теплопередачи ($Q$) — передача энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения работы.
2. Путем совершения работы ($A'$) внешними силами над системой или самой системой над внешними телами.

Ответ: Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотического движения всех частиц (молекул, атомов), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Из чего складывается полная энергия системы?

Полная энергия ($E_{полная}$) физической системы — это сумма всех видов энергии, которыми обладает данная система. В рамках классической физики (объединяющей механику и термодинамику) полная энергия является суммой механической энергии и внутренней энергии.

Формула для полной энергии выглядит так:
$E_{полная} = E_{мех} + U$

Если раскрыть составляющие, то получим:
$E_{полная} = (E_k + E_p) + U$
где:
- $E_k$ — кинетическая энергия упорядоченного движения системы как целого.
- $E_p$ — потенциальная энергия системы как целого во внешних полях (например, гравитационном).
- $U$ — внутренняя энергия, связанная с микроскопическим состоянием системы (температурой, агрегатным состоянием).

Например, полная энергия летящего футбольного мяча складывается из его кинетической энергии движения, потенциальной энергии, зависящей от его высоты над землей, и его внутренней энергии, зависящей от его температуры.

Согласно фундаментальному закону сохранения энергии, полная энергия изолированной системы всегда остается постоянной. Энергия может лишь переходить из одной формы в другую (например, при трении механическая энергия переходит во внутреннюю), но ее общее количество не изменяется.

Ответ: Полная энергия системы складывается из её механической энергии (которая, в свою очередь, является суммой кинетической и потенциальной энергий) и её внутренней энергии.