Может ли совершать работу сила трения покоя кратко

Обновлено: 05.07.2024

Сила трения, как и любая другая сила, совершает работу и соответственно изменяет кинетическую энергию тела при условии, если точка приложения силы перемещается в выбранной системе отсчета. Однако сила трения существенно отличается от других, так называемых консервативных, сил (тяготения и упругости), так как ее работа зависит от формы траектории. Вот почему работу сил трения ни при каких обстоятельствах нельзя представить в виде изменения потенциальной энергии системы. Кроме того, дополнительные сложности при вычислении работы создает специфика силы трения покоя. Здесь существует ряд стереотипов физического мышления, которые хотя и лишены смысла, но очень устойчивы.

Мы рассмотрим несколько вопросов, связанных с не вполне правильным пониманием роли силы трения в изменении энергии системы тел.

О силе трения скольжения

Нередко говорят, что сила трения скольжения всегда совершает отрицательную работу и это приводит к увеличению внутренней (тепловой) энергии системы.

Такое утверждение нуждается в важном уточнении — оно справедливо только в том случае, если речь идет не о работе одной отдельно взятой силы трения скольжения, а о суммарной работе всех таких сил, действующих в системе. Дело в том, что работа любой силы зависит от выбора системы отсчета и может быть отрицательной в одной системе, но положительной в другой. Суммарная же работа всех сил трения, действующих в системе, не зависит от выбора системы отсчета и всегда отрицательна. Вот конкретный пример.

Положим кирпич на движущуюся тележку так, чтобы он начал по ней скользить (рис. 1). В системе отсчета, связанной с землей, сила трения F₁, действующая на кирпич до, прекращения скольжения, совершает положительную работу A₁. Одновременно сила трения F₂, действующая на тележку (и равная по модулю первой силе), совершает отрицательную работу A₂, по модулю большую, чем работа A₁, так как путь тележки s больше пути кирпича s - l (l — путь кирпича относительно тележки). Таким образом, получаем

$~A_1 = \mu mg(s - l), A_2 = -\mu mgs$ ,

и полная работа сил трения

Поэтому кинетическая энергия системы убывает (переходит в тепло):

$~\Delta E_k = -\mu mgl$ .

Этот вывод имеет общее значение. Действительно, работа двух сил (не только сил трения), осуществляющих взаимодействие между телами, не зависит от выбора системы отсчета (докажите это самостоятельно). Всегда можно перейти к системе отсчета, относительно которой одно из тел покоится. В ней работа силы трения, действующей на движущееся тело, всегда отрицательна, так как сила трения направлена против относительной скорости. Но она отрицательна и в любой другой системе отсчета. Следовательно, всегда, при любом количестве тел в системе, A_tr О силе трения покоя

При действии между соприкасающимися телами силы трения покоя ни механическая, ни внутренняя (тепловая) энергия этих тел не изменяется. Значит ли это, что работа силы трения покоя равна нулю? Как и в первом случае, такое утверждение правильно только по отношению к полной работе сил трения покоя над всеми взаимодействующими телами. Одна же отдельно взятая сила трения покоя может совершать работу, причем как отрицательную, так и положительную.

Рассмотрим, например, книгу, лежащую на столе в набирающем скорость поезде. Именно сила трения покоя сообщает книге такую же скорость, как у поезда, т. е. увеличивает ее кинетическую энергию, совершая определенную работу при этом. Другое дело, что такая же по модулю, но противоположная по направлению сила действует со стороны книги на стол, а значит, и на поезд в целом. Эта сила совершает точно такую же работу, но только отрицательную. В результате получается, что полная работа двух сил трения покоя равна нулю, и механическая энергия системы тел не меняется.

О движении автомобиля без проскальзывания колес

Самое устойчивое заблуждение связано именно с этим вопросом.

Пусть автомобиль вначале покоится, а затем начинает разгоняться (рис. 2). Единственной внешней силой, сообщающей автомобилю ускорение, является сила трения покоя F_tr действующая на ведущие колеса (мы пренебрегаем силой сопротивления воздуха и силой трения качения). Согласно теореме о движении центра масс, импульс силы трения равен изменению импульса автомобиля:

если скорость центра масс в начале движения равнялась нулю, а в конце υ_c. Приобретая импульс, т. е. увеличивая свою скорость, автомобиль одновременно получает и определенную порцию кинетической энергии. А поскольку импульс сообщается силой трения, естественно считать, что и увеличение кинетической энергии определяется работой этой же силы. Вот это-то утверждение оказывается совершенно неверным. Сила трения ускоряет автомобиль, но работы при этом не совершает. Как же так?

Аналогичная ситуация возникает и при разгоне автомобиля без проскальзывания. Точка приложения силы трения, действующей на ведущее колесо автомобиля, т. е. точка соприкосновения колеса с дорогой, в любой момент покоится относительно дороги (в системе отсчета, связанной с дорогой). При движении автомобиля она исчезает в одной точке и сразу же появляется в соседней.

Не противоречит ли сказанное закону сохранения механической энергии? Конечно же, нет. В нашем случае с автомобилем изменение кинетической энергии системы происходит за счет ее внутренней энергии, выделяющейся при сгорании топлива.

Для простоты рассмотрим чисто механическую систему: игрушечный автомобиль с пружинным заводом. Двигатель такого автомобиля использует не внутреннюю энергию топлива, а потенциальную энергию сжатой пружины. Вначале пружина заведена, и ее потенциальная энергия E_p1 отлична от нуля. Если двигатель игрушки — просто растянутая пружина, то $~E_ = \frac$. Кинетическая энергия равна нулю, и полная начальная энергия автомобиля E₁ = E_p1. В конечном состоянии, когда деформация пружины исчезнет, потенциальная энергия равна нулю, а кинетическая энергия $~E_ = \frac$. Полная энергия E₂ = E_k2. Согласно закону сохранения энергии (трением мы пренебрегаем),

В случае реального автомобиля

где ΔU — энергия, полученная при сгорании топлива.

Видно, что кинетическая энергия автомобиля в конечном состоянии оказывается меньше, чем в отсутствие проскальзывания.

Объясните пожалуйста, может ли совершать работу сила трения покоя, почему?

$A=\vec<F></p> <p>\cdot \vec(1)$

где " width="15" height="19" />
— сила, которая совершает работу, в нашем случае под ней подразумевают силу трения покоя; " width="14" height="19" />
— перемещение, которое вызвано действием силы. В случае, если на тело действует сила трения покоя, то тело не движется, что означает:

$\vec<S></p> <p>=0 (2)$

Если в рассматриваемой системе отсчета тело покоится, то работа силы трения покоя равна нулю, так как равно нулю перемещение. Однако, допустим, что тело номер один покоится на другом теле номер два, которое движется с ускорением, то на тело номер один действует сила трения покоя, которая направлена в сторону ускорения. Тогда работа силы трения покоя будет не равна нулю.
Ответ: Сила трения покоя работу совершать может, если в некоторой системе отсчета перемещение тела будет отлично от нуля.

Может ли совершать работу сила трения?
Всегда ли сила трения скольжения совершает отрицательную работу?

Силы трения, как и другие виды сил, совершают работу и изменяют кинетическую энергию тел при условии перемещения в выбранной системе координат точек приложения сил. При рассмотрении этого вопроса необходимо различать силу трения покоя и силу трения скольжения.
Сила трения покоя — тот случай, когда тело относительно выбранной системы координат не двигается, находится в покое - работа силы трения равна нулю, однако если то же тело находится на другом теле, движущимся с ускорением, то на него воздействует сила трения покоя, направленная в ту же сторону, что и ускорение, и тогда работа силы трения покоя отличается от нуля.
Относительно силы трения скольжения существует не вполне правильное понимание роли этой силы в изменении энергии системы тел, при котором утверждается, что она совершает всегда отрицательную работу, однако это верно только для того случая, когда рассматривается суммарная работа всех сил, действующих в системе. Если же говорить о работе отдельно взятой силы трения скольжения, то, поскольку работа любой силы зависит от выбора системы отсчёта и может быть отрицательной в одной системе и положительной — в другой.

Посмотрите на формулу работы: работа A=F*S, где F действующая сила, а S пройденный путь. Если действует сила трения покоя, то пройденный под её действием путь (S) равен нулю, значит равна нулю и работа.

Почему нулю? У меня на столе лежит лист бумаги, на листе бумаги лежит карандаш. Я взял за лист и медленно потянул. Карандаш переместился вместе с листом по столу. Какая сила переместила карандаш? Рукой я до карандаша не дотрагивался, не дул, по столу не стучал.

Во-первых, работу совершили Вы (Ваша рука) но не сила трения покоя. Во-вторых, карандаш относительно листа бумаги не сместился, поэтому S=0. И, если рассуждать по Вашему, то если Вы проехали на автомобиле (поезде) какое-то расстояние, то работу тоже совершила сила трения, а не сила тяги двигателя.

А какие силы действую на карандаш и заставляют его двигаться?
Груз относительно автомобиля тоже не двигается, но работа на его перемещение затрачивается.
Можно попробовать тронуться на автомобиле при нулевой силе трения покоя (лысая резина на льду).

Конечно может. Если под действием этой силы происходит перемещение, то сила производит работу.

А уж трение покоя или сила тяготения - не важно.

Может. Например, внешние силы пытаются сдвинуть тело, а трение покоя этому препятствует. Вот, в данном случае, трение покоя совершает работу по противодействию смещению тела.

Естественно, это для тех случаев, когда внешние силы не превышают момента трогания (когда трение покоя переходит в трение скольжения) и тело остается в покое.

Не совсем так. Насколько я помню со школы, температура - это не просто движение частиц, а движение элементарных частиц, из которых состоят физические тела. Вы движетесь по дороге и этим самым воздействуете на молекулы подошвы обуви и кожи стопы.Скорость движения молекул, разумеется, от этого возрастет, и в результате незначительно повысится температура подошвы и кожи стопы. А температура Вашего тела при этом останется стабильной, потому что ее обеспечивают другие факторы.

Тут ситуэйшн несколько сложнее, чем кажется на первый взгляд. Точка перелома будет зависеть от времени приложения определенной силы. То есть, если к концу палки приложить силу и резко нажать, то перелом будет в точке В, это однозначно. Но если к концу палки вы будете прикладывать силу медленно, то за счет изгиба палки, прижатой камнем, перелом будет в точке С. Теоретически, если допустить приложение очень большой силы с большой скоростью, то перелом будет в точке А, так как вся система камень-палка-опора не успеет прореагировать, например, можно легко обламывать сучки на растущем дереве, так как система земля-дерево очень стабильно.

Точный ответ в цифрах дать не смогу, для этого нужные сложные расчеты, но могу точно на глаз сказать, что в Москве груз весить немного больше, на сколько больше все зависит от самого первоначально веса груза.

RIPSAW - беспилотный легкий танк.Способен разогнаться до 100 км/ч за 4 сек.

Сила тока I, протекающая по проводнику, прямо пропорциональна напряжению U, приложенному к концам этого проводника и обратно пропорциональна сопротивлению R этого проводника.

Формула закона Ома:

I=U/R, где

I - сила тока в Амперах;

U - напряжение (разность потенциалов) на участке цепи в Вольтах;

R - сопротивление участка цепи в Омах.

2.Закон Ома для замкнутой (полной) цепи:

I=E/(R+r), где

E - электродвижущая сила, В

R - внешнее сопротивление цепи (сопротивление нагрузки), Ом

r - внутреннее сопротивление источника питания (тока), Ом

Т. е. здесь мы учитываем и внутреннее сопротивление источника питания (батарейка, аккумулятор, генератор) и поэтому сила тока определяется суммой сопротивлений R - нагрузки и r - внутреннего сопротивления источника.

Есть ещё закон Ома для переменного тока, который учитывает наличие в цепи реактивных составляющих (ёмкость, индуктивность).

Закон Ома выведен экспериментально и действителен не для всех природных материалов (только для проводников и керамики), например, для полупроводников он не выполняется.

Читайте также: