2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6  След.
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение10.12.2019, 20:27 


05/09/16
11467
EUgeneUS в сообщении #1429556 писал(а):
"За счет того", что одна стопа наподвижна (на земле), а вторая (на самокате) движется.

Вопрос был "какая сила" разгоняет систему самокат+самокатчик, ну и -- совершает ли эта сила работу. В СО земли ессно. ;)

-- 10.12.2019, 20:30 --

EUgeneUS в сообщении #1429556 писал(а):
Рассмотрите более простой пример - тележка отталкивается пружинкой от неподвижной стены.

Есть там же у Мякишева:
Цитата:
Единственной внешней силой, действующей по горизонтали на систему, является, очевидно, сила реакции стены. Именно она и сообщает системе ускорение. Однако никакой работы при этом, конечно, не совершается — ведь точка приложения этой силы неподвижна (в системе координат, связанной с землей), хотя сила действует некоторое конечное время.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение10.12.2019, 22:19 
Заслуженный участник


23/07/08
10626
Crna Gora
wrest, процитировавший Мякишева в сообщении #1429559 писал(а):
Единственной внешней силой, действующей по горизонтали на систему, является, очевидно, сила реакции стены. Именно она и сообщает системе ускорение. Однако никакой работы при этом, конечно, не совершается
На всякий случай напомню, что изменение кинетической энергии определяется работой не только внешних, но и внутренних сил системы.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 00:20 


05/09/16
11467
svv в сообщении #1429582 писал(а):
На всякий случай напомню, что изменение кинетической энергии определяется работой не только внешних, но и внутренних сил системы.
Если запустить двигатель но никуда не ехать, то кинетическая энергия автомобиля станет больше по сравнению с автомобилем с заглушенным двигателем? Если да, то конечно вы правы, внутренняя всякая (тепловая, химическая) энергия может переходить во внутреннюю кинетическую и обратно...

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 08:46 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
wrest

Определяя систему (физическую систему, не путать с СО), мы на её границе как бы разделяем пары сил (которые в третьем законе Ньютона): одна сила из пары действует на систему (и нам важна), вторая действует на тела вне системы, и мы про неё забываем.
Как Вы понимаете, определять систему можем как хотим. Вот и посмотрим, что получается в разных случаях. Все рассуждения ниже в СО Земли.

(много букв)

1. Система - ведущее колесо. На него действуют силы:
а) силы на оси, вращающее колесо, (формируют вращательный момент сил). Совершают работу $dA_1 = M d \alpha$
б) сила со стороны подшипника на ось колеса. "Мешает" укатиться колесу с бОльшим ускорением. Совершает работу $dA_2 = F_2 d s$, где $d S$ - перемещение оси колеса. Работа отрицательная.
в) сила трения со стороны дороги. Работы не совершает, так как в СО Земли точка приложения силы покоится.
Причем: $dA_1 \approx - dA_2$ - колесо довольно легкое относительно кузова (см. ниже).

Кинетическую энергия колеса увеличивает вращательный момент сил на оси. Но часть его работы (1а) "используется" на разгон кузова автомобиля (1б).

2. Система - кузов автомобиля. В горизонтальном направлении на него действуют силы:
а) Сила со стороны подшипника ступицы. Эта сила противонаправлена и строго равна по модулю силе $F_2$ из 1б- третий закон Ньютона.
б) Сила реакции со стороны двигателя (двигатель считаем массивным, если пренебречь массой двигателя, то этой силы нет).
Обе силы совершают работу, 2а - положительную, 2б-отрицательную. Сумма (разница модулей) идет на увеличение кинетической энергии кузова.

3. Система - кузов автомобиля с колесами.
а) Суммарная работа сил 1б и 2а (которые сейчас стали внутренними силами) равна нулю!
б) Работа 1в как была нулевой, так и осталась.
Итого работу совершают:
2б (отрицательную) и 1а (положительную)
Вот и получается, что кинетическую энергию кузова и колес увеличивает работа момента сил на оси ведущих колес. Часть этой работы передается двигателю для его разгона (если его масса не нулевая).

4. Система - автомобиль полностью.
Внешние силы - только одна сила трения колеса об асфальт (1а), но она работу не совершает. Остаются только внутренние, а они всегда парные.
Не нулевую суммарную (по паре сил) работу совершает только одна пара сил - сила давления на поршень и сила давления на цилиндр. Сумма их работ не ноль, потому что поршень движется относительно цилиндра.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 09:23 


05/09/16
11467
EUgeneUS
Первые три пункта вроде всё норм.

А вот четвертый -- с изъяном. В нём вы как бы говорите "ну вот, а больше и взяться-то неоткуда".
Послушайте, но если убрать силу трения колеса-асфальт, автомобиль не будет разгоняться. А если сделать коэффициент трения конечным, то и ускорение соответственно ограничится. По теореме о движении центра масс, центр масс системы ускоряют внешние силы, а внутренние не могут. Закавыка тут, конечно, в том, что некая сила (трения в нашем случае) "тело ускоряет, но работу не совершает". При том, что работа таки совершается, но какой-то другой, невидной снаружи силой. Значит, изъян (или просто темное место) где-то в определениях или их понимании -- "точка приложения силы", "работа силы", "совершать работу".

В общем-то, по рабоче-крестьянски оно, конечно, понятно, что двигает автомобиль таки двигатель, а телегу - таки лошадь...

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 10:07 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
wrest в сообщении #1429629 писал(а):
Послушайте, но если убрать силу трения колеса-асфальт, автомобиль не будет разгоняться.

Убрать силу трения колесо-асфальт, но оставить двигатель включенным, то Вы же знаете, что произойдет: колесо начнет очень быстро разгонятся с ростом оборотов двигателя.
Кинетическая энергия системы вырастет, ровно на работу совершенную двигателем.
Но суммарный импульс системы не изменится.

wrest в сообщении #1429629 писал(а):
Значит, изъян (или просто темное место) где-то в определениях или их понимании -- "точка приложения силы", "работа силы", "совершать работу".

Нету никакого изъяна, если аккуратно с этими понятиями обращаться.

wrest в сообщении #1429629 писал(а):
По теореме о движении центра масс, центр масс системы ускоряют внешние силы, а внутренние не могут.

Следствие закона о движении центра масс: суммарный импульс системы изменяется только внешними силами. Так оно и есть. Но он ничего не говорит о кинетической энергии системы.

-- 11.12.2019, 10:11 --

wrest в сообщении #1429629 писал(а):
В общем-то, по рабоче-крестьянски оно, конечно, понятно, что двигает автомобиль таки двигатель, а телегу - таки лошадь...


1. Для автомобиля:
а) Двигатель увеличивает кинетическую энергию системы, но не импульс.
б) Сила трения колеса об асфальт увеличивает импульс системы, но не кинетическую энергию.

2. Для телеги.
Сила, с которой оглобля тянет телегу увеличивает и импульс, и кинетическую энергию.

Всё в СО Земли.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 10:30 


05/09/16
11467
EUgeneUS в сообщении #1429634 писал(а):
суммарный импульс системы изменяется только внешними силами.

А значит, и кинетическая энергия центра масс -- тоже.
Тут вы и svv включаете в кинетическую энергию системы (автомобиля) например вращательную энергию маховика, коленвала и т.п., а не только центра масс. Но мне кажется, нам уже не важно куда расходуется работа двигателя помимо ускорения автомобиля (хотя это и было изначальной темой), и можно всю энергию движения всех частей автомобиля относительно его центра масс отнести к его внутренней энергии без уточнения кинетическая она или ещё какая... То есть считать, например, все внутренне движущиеся части невесомыми.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 10:31 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
Вопрос поднимался в 12 году
Цитата:
Xey в сообщении #620549 писал(а):
жалко было лошадь. Успокоился когда в учебнике Ландсберга (мелким шрифтом в примечании) нашел, что все таки работу совершает лошадь.
может быть неправильно понял примечание?

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 11:16 
Аватара пользователя


31/08/17
2116
Мнда. И это еще обобщенные силы не обсуждались. :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 12:28 


05/09/16
11467
Xey в сообщении #1429638 писал(а):
может быть неправильно понял примечание?

Работу (механическую) же должна совершать сила :) Сил немного -- упругости, трения, тяжести, лоренца, ампера, архимеда... Лошадей, среди этих сил, нет. Есть, конечно и лошадиная сила, но это не сила, а единица мощности. :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение11.12.2019, 13:47 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
wrest в сообщении #1429666 писал(а):
Лошадей, среди этих сил, нет

У лошади мышечная сила.
Почему-то с поршнем и цилиндром, или с пружинкой все понятно, а с опорно двигательным аппаратом лошади, изменяющим расстояние между шеей и копытами, возникают затруднения.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение12.12.2019, 08:59 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
wrest
Приведу еще один пример, пожалуй.

Вы подпрыгнули на месте.
В момент отрыва стоп от пола у Вас какая-то не нулевая кинетическая энергия. Откуда она взялась? Работа каких сил привела к её увеличению (так как до начала прыжка кинетическая энергия была ноль)?

Внешних сил две:
а) сила тяжести, но её работа отрицательная - уменьшает кинетическую энергию. Так как при прыжке центр масс поднимается, движется против силы.
б) сила реакции пола. Но её работа ноль - точка приложения силы не двигается в СО Земли (в СО пола).

Вот и получается, что к увеличению кинетической энергии (а также потенциальной в поле силы тяжести) привела ненулевая работа внутренних сил. Тех самых мышечных сил, которые разогнули ноги в коленях. Их суммарная работа действительно ненулевая, так как точки приложения этих сил (стопы и тазобедренный сустав) двигаются друг относительно друга.

А импульс увеличили внешние силы, конечно: векторная сумма силы реакции пола и силы тяжести.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение12.12.2019, 12:45 


05/09/16
11467
EUgeneUS в сообщении #1429814 писал(а):
Вот и получается, что к увеличению кинетической энергии (а также потенциальной в поле силы тяжести) привела ненулевая работа внутренних сил.

Да, так и получается. Вот в Википедии написано, что
Цитата:
Изменение кинетической энергии системы равно работе всех внутренних и внешних сил, действующих на тела системы.
А кинетическая энергия системы определяется как сумма кинетических энергий составных частей.
Цитата:
Кинетической энергией системы называют сумму кинетических энергий всех тел, входящих в систему.
Ну тогда-то ясно: даже если система (центр масс) никуда не движется, но внутри системы что-то движется, разгоняется, раскручивается, тормозится и т.п., то кинетическая энергия системы меняется. В этом случае проблем нет: кинетическая энергия системы не очень-то связана с движением самой системы как целого (ясно что некоторая связь есть: кинетическая энергия системы не меньше чем кинетическая энергия центра масс), и может увеличиваться и уменьшаться вообще без какого-либо вмешательства внешних сил.

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение12.12.2019, 13:44 


27/02/09
2791
EUgeneUS в сообщении #1429814 писал(а):
Вы подпрыгнули на месте.
В момент отрыва стоп от пола у Вас какая-то не нулевая кинетическая энергия. Откуда она взялась?

Здесь хотелось бы пояснения, речь идет о кинетической энергии центра масс, т. е., о движении вас как целого относительно Земли? В какой-то момент вы можете развести руки в стороны и у вас также возьмется кинетическая энергия. Эти случаи аналогичны?

 Профиль  
                  
 
 Re: Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?
Сообщение29.06.2021, 13:20 
Аватара пользователя


07/03/16

3167
EUgeneUS в сообщении #1429814 писал(а):
б) сила реакции пола. Но её работа ноль - точка приложения силы не двигается в СО Земли (в СО пола).

Тут присутствует натяжка. Надо определиться говорим ли мы об инерциальной системе отсчета или ускоренной. В момент прыжка вы оттолкнули Землю и совершили работу в инерциальной системе отсчета. То же делают автомобиль, лошади, самокатчик...

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 77 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group