Полностью ли рaботa сил трения переходит в тeпло?

[wrest]

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.

[svv]

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.

[wrest]

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...

[EUgeneUS]

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.

[wrest]

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...

[EUgeneUS]

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.

[wrest]

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.

[Xey]

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?

[pogulyat_vyshel]

Мнда. И это еще обобщенные силы не обсуждались.

[wrest]

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.

[Xey]

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.

[EUgeneUS]

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.

[wrest]

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.

[druggist]

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?

[Emergency]

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...