К вопросу о работе силы трения

[realeugene]

мат-ламер в сообщении #1616230 писал(а):

Тогда внутренняя сила, это сила, действующая между двумя какими-то частями тела.

И опять неправильное определение. Каждая сила действует на какую-то точку, закреплённую в веществе. В двух частях тела две разные точки. Соответственно, это две разные силы. Сформулируйте теперь третий закон Ньютона для этой пары сил.

[мат-ламер]

realeugene в сообщении #1616231 писал(а):

Сформулируйте теперь третий закон Ньютона для этой пары сил.

Я беру паузу. Выходной день. Надо всё обдумать.

Пока я имею такие тараканы в голове. У нас есть некоторое тело. Согласно теореме изменение кинетической энергии этого тела равна работе всех внутренних сил. (Мы предполагаем, что работа всех внешних сил равна нулю). В этой теореме точки приложения сил не специфицируются. И тут я имею наглость заявить, что никакие внутренние силы, какие бы они ни были, куда бы они ни прикладывались, не могут изменить импульса нашего тела. Это закон сохранения импульса. И тут я опять имею наглость заявить, что для нашего автомобиля, если его импульс не меняется, то не меняется его кинетическая энергия.

В общем пока у меня в голове сумбур. Я беру паузу и пошёл думать.

[Mihr]

мат-ламер в сообщении #1616218 писал(а):

для начала разберёмся с вашим примером. Итак, какое тело мы рассматриваем? Наверное, первого человека

Вы опять ничего не поняли. О чём был мой пример, Вам правильно пояснил sergey zhukov.

[EUgeneUS]

мат-ламер в сообщении #1616228 писал(а):

Я тут и не собирался ничего описывать и строить модели.

Меня гложут смутные сомнения, что так оно и есть.

-- 05.11.2023, 13:48 --

мат-ламер в сообщении #1616230 писал(а):

Наше тело мы можем рассматривать как систему материальных точек.

Возникло слово "система". Что это такое?

[sergey zhukov]

мат-ламер в сообщении #1616232 писал(а):

если его импульс не меняется, то не меняется его кинетическая энергия

Совершенно верно (в контексте нашего вопроса про автомобиль). Разве тут где-то был пример, где бы это было не так?

Может, вам отложить пока это? Само потом прояснится.

[peg59]

Зачем так все усложнять?
Точка касания колеса и дороги рассматривается как мгновенный центр вращения. Тогда колесо представляет рычаг (второго рода), к которому прикладывает силу двигатель (в случае велосипеда - человек через педали).
В упрощенном варианте - человек на тележке, отталкивающийся от земли шестом.
Тут ясно видно, что сила трения шеста (колеса) о дорогу не совершает работы.

[realeugene]

мат-ламер в сообщении #1616232 писал(а):

И тут я имею наглость заявить, что никакие внутренние силы, какие бы они ни были, куда бы они ни прикладывались, не могут изменить импульса нашего тела. Это закон сохранения импульса. И тут я опять имею наглость заявить, что для нашего автомобиля, если его импульс не меняется, то не меняется его кинетическая энергия.

Но тут вдруг появляется точка опоры, у которой нет в запасе никакой энергии, зато есть неограниченный запас импульса.

[sergey zhukov]

Вот самая простая модель. Колеса у тележки совершенно без трения и привода, но она тянет себя с ускорением лебедкой за веревку, привязанную к стене. Очевидно, что если такую веревку подложить под колеса автомобиля, чтобы колеса ее наматывали, то получится наш пример с автомобилем и трением:



Будем считать, что веревка -это не часть системы, т.е. это часть внешней среды.
Сила $F_1$ - сила натяжения веревки в месте зацепления за стену. Очевидно, она равна силе $F_2$ - это сила натяжения веревки в месте касания лебедки (она же сила, приложенная по касательной к лебедке). Это аналог нашей силы трения из задачи про автомобиль. Эта сила внешняя. Очевидно, что ни $F_1$, ни $F_2$ работы не совершают, т.к. приложены в неподвижных точках веревки. Совершает же работу внутренняя сила $F_3$, с которой втулка лебедки давит на подшипник, поскольку подшипник лебедки движется вместе с тележкой.
Итого, импульс тележки увеличивает внешняя сила $F_2$, которая работы не совершает, а энергию - внутренняя сила $F_3$, которая на импульс не влияет. Эти силы равны, но они приложены в разных точках, поэтому это разные силы.

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1616246 писал(а):

Итого, импульс тележки увеличивает внешняя сила $F_2$, которая работы не совершает, а энергию - внутренняя сила $F_3$, которая на импульс не влияет. Эти силы равны, но они приложены в разных точках, поэтому это разные силы.

Для полноты описания, нужно ещё добавить приложенную к барабану пару сил, создающих вращательный момент, компенсирующий момент силы $F_2$, приложенную к тележке противодействующую пару сил, а также приложенную к колёсам пару вертикальных сил.

[sergey zhukov]

realeugene
Все это там должно быть, конечно. Но я решил не затемнять.

[мат-ламер]

Пока для себя принял временно такую точку зрения. Любую реальную систему можно изучать на разных уровнях абстракции.

На сложном уровне абстракции автомобиль можно рассматривать как сложную систему, состоящую из колес, трансмиссии, двигателя, кузова и т.д. В этом случае сила трения действует на точку касания колеса и дороги. Между этой точкой и двигателем действует внутренняя сила. Она и разгоняет автомобиль (придаёт ему кинетическую энергию).

На простом уровне абстракции автомобиль мы рассматриваем как материальную точку. На него действует некоторая внешняя сила как на материальную точку. И эту точку мы принимаем за точку приложения силы. Никаких внутренних сил тут нет. Работа этой внешней силы сообщает нашей точке кинетическую энергию.

Я считаю, что этот простой уровень абстракции имеет право на жизнь. По крайней мере в задачниках по физике задачи на разгон и торможение автомобиля рассматривают именно в таком ключе. И эти задачи относят к теме "динамика материальной точки".

А если нам предстоит решить некую задачу, будь то учебную или реальную, то мы можем для этой конкретной задачи сами выбрать уровень абстракции, который подходит именно для нашей задачи. Ведь физика, это во многом наука о том, чем можно пренебречь.

-- Вс ноя 05, 2023 17:31:42 --

мат-ламер в сообщении #1616261 писал(а):

А если нам предстоит решить некую задачу, будь то учебную или реальную, то мы можем для этой конкретной задачи сами выбрать уровень абстракции, который подходит именно для нашей задачи.

Более того. В рамках одной задачи мы можем переходить от одной модели к другой. Допустим, у нас есть автомобиль с мотором известной мощности и реальная дорога с известным коэффициентом трения. Нам нужно узнать, до какой скорости может разогнаться автомобиль за определённое время. На первом этапе ограничением будет трение. И мы ведём расчёты как будто наш автомобиль разгоняет внешняя постоянная сила трения. Но, начиная с некоторого момента, ограничением будет мощность мотора. мы тогда перестаём трение брать в расчёт и будем ориентироваться сугубо на мощность мотора (то есть считаем, что автомобиль разгоняет мотор).

-- Вс ноя 05, 2023 17:35:09 --

И теперь понятны все мои непонятки в диалогах с физиками. Я всё время склонялся в пользу наиболее простой модели. Потому как я в физике человек неопытный. А меня всё склоняли к сложной модели, чтобы объяснить, как оно там есть на самом деле в деталях.

-- Вс ноя 05, 2023 17:45:28 --

realeugene в сообщении #1616245 писал(а):

мат-ламер в сообщении #1616232 писал(а):

И тут я имею наглость заявить, что никакие внутренние силы, какие бы они ни были, куда бы они ни прикладывались, не могут изменить импульса нашего тела. Это закон сохранения импульса. И тут я опять имею наглость заявить, что для нашего автомобиля, если его импульс не меняется, то не меняется его кинетическая энергия.

Но тут вдруг появляется точка опоры, у которой нет в запасе никакой энергии, зато есть неограниченный запас импульса.

Вот! Точка опоры разгоняет наш автомобиль. Придаёт ему импульс. А вот даже, если с этим импульсом однозначно связана энергия, говорить, что тем самым точка опоры передаёт автомобилю и некоторую энергию, будет некорректно. По крайней мере для первого сложного уровня абстракции.

[EUgeneUS]

мат-ламер в сообщении #1616261 писал(а):

На простом уровне абстракции автомобиль мы рассматриваем как материальную точку. На него действует некоторая внешняя сила как на материальную точку. И эту точку мы принимаем за точку приложения силы. Никаких внутренних сил тут нет. Работа этой внешней силы сообщает нашей точке кинетическую энергию.

ОМГ!
Автомобиль не может быть представлен в виде материальной точки в данной задаче вот по каким причинам:
1. Внутри материальной точки не может быть запаса энергии.
2. Внутри материальной точки не могут действовать никакие внутренние силы.
Потому что у материальной точки нет никакого "внутри"

[sergey zhukov]

мат-ламер
Разного уровня модели, конечно, можно использовать. Можно представить автомобиль точкой, тогда обе эти наши силы просто сливаются в одну, которая и придает импульс, и работает. Но если мы все же хотим говорить именно о качении и работе двигателя, то точечная модель нам не подходит хотя бы потому, что точка не может вращаться. Я уже не говорю о том, что она не может иметь никакой структуры и не может разгоняться самостоятельно (обязательно нужна работа внешних сил, т.е. ее нужно тащить или толкать). И во всяком случае нельзя говорить о том, что "сила трения покоя в СО дороги совершает работу". Вот это точно неверно.

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1616266 писал(а):

Можно представить автомобиль точкой, тогда обе эти наши силы просто сливаются в одну, которая и придает импульс, и работает.

Ничего там не сливается. Материальная точка на ровной горизонтальной поверхности находится в безразличном равновесии, и никуда не "разгоняется".
Впрочем, дальше у Вас всё верно.

-- 05.11.2023, 17:14 --

мат-ламер в сообщении #1616261 писал(а):

И теперь понятны все мои непонятки в диалогах с физиками. Я всё время склонялся в пользу наиболее простой модели. Потому как я в физике человек неопытный. А меня всё склоняли к сложной модели, чтобы объяснить, как оно там есть на самом деле в деталях.

Ваши непонятки с физикой и физиками заключаются совершенно в другом.
А именно:
1. У Вас есть некие неверные представления.
2. Вместо того, чтобы заменить эти неверные представления на верные (в чем Вам вызвалось помогать большое количество участников), Вы пытаетесь их "подружить" с физикой в объеме школьной программы.
3. В результате получается нагромождение нелепиц, ибо ничего другого с таким подходом получиться не может.

[sergey zhukov]

мат-ламер в сообщении #1616261 писал(а):

Но, начиная с некоторого момента, ограничением будет мощность мотора. мы тогда перестаём трение брать в расчёт и будем ориентироваться сугубо на мощность мотора (то есть считаем, что автомобиль разгоняет мотор).

Если тут имеется ввиду, что на малой скорости ускорение ограничено пробуксовкой (допустим, двигатель очень мощный и позволяет пробуксовывать на малых скоростях), а на большой скорости - падающей мощностью двигателя, то да. И если под "перестаем брать трение в расчет" подразумевается, что пробуксовывающий на малой скорости автомобиль при постепенном разгоне рано или поздно перестанет пробуксовывать, и сила трения начнет падать от своего максимального значения из-за падающей мощности двигателя (перестает быть постоянной), то тоже да.

Только на протяжении всего этого процесса происходит всегда одно и то же: сила трения по прежнему придает импульс, а внутренняя сила - работает. Просто сила трения вначале постоянная, а начиная с некоторого момента - падает. И нам нет необходимости сначала говорить, что "разгоняет сила трения", а потом - что "разгоняет мотор".