Всегда ли сила трения скольжения совершает отрицательную работу ответ кратко

Обновлено: 06.07.2024

Железнобитонная плита размером 4 м * 0,5 м * 0,25 м погружена в воду наполовину. какова архимедова сила, действующая сила на нее? плотность воды 1000 кг/м3

Велосипед движется равномерно по окружности радиусом 100 м и делает 1 оборот за 2 мин. Путь и перемещение велосипедиста за 1 мин соответственно равны

1. Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной. Поясните причину такого названия. 2. Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике

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.

Если это не фрикционная передача, в которой услилия с двигателя прередаётся на движитель через трение, - то всегда. Это связано с тем, что сила трения всегда направлена против движения. Вот это "против" и даёт знак "минус" в выражении для работы - перемещение оказывается направленным против действия силы трения.

Но когда за счет трения получают тепло, то это не отрицательная работа а полезная. Например, чтобы согреть руки на морозе мы их трём, или люди в древности разжигали огонь трением деревянных палочек. Разве это отрицательная работа ?

Не путайте положительтную работу и полоэительный эфффект. Работа сил трения - всё равно отрицательная.

Сила трения ведущих колес автомобиля с дорогой направлена в направлении движения автомобиля, а сила трения ведомых против движения, значит она может быть и положительной и отрицательной.

Сила трения ведущих колес автомобиля с дорогой - это как раз случай фрикционнной передачи. Читаем ещё раз мой ответ, внимательнее.

Фрикционная передача это не сила трения а устройство, и Вы признаёте что в этом устройстве сила трения направлена не против движения, а по движению.

Точнее будет сказать - движение направлено по силе трения. И работу, строго говоря, совершает сторонняя сила. Мы ж не говорим, что в обычном редукторе работу совершает усилие на шестерёнках.

Хоть отрицательную, хоть положительную работу совершает посторонняя сила. Если нет посторонней силы, то нет никакой работы.

Работа не может быть отрицательной величиной. Работа - абсолютная величина. В уравнениях трение да, записывается со знаком минус, как реакция. А работа силы трения, например в виде тепла, только положительная. И теплая.

Тепло - не работа. Это энергия, да, но не всякая энергия есть работа. Потому как для работы необходимо перемещение.

представьте 1 яблоко, а теперь представьте -1 яблоко . Сложновато не правда ли ? с работой та же история , работа либо совершалась либо нет , она не может принимать отрицательное значение. За-то есть такое понятие как вектор силы , и вот вектор силы трения всегда направлен против вектора приложенной силы.

Сложно это всё. Чё не хотим, то реакция. Центростремительная сила, трение- всё реакция. Забываем, что всё, абсолютно всё, работает на тепловом двигателе. Паровоз, ДВС, свечка. А ведь расширение это работа.

Я Вас хорошо понимаю, ведь очень трудно признаться родителям в плохой оценке, когда они надеяться, что Вы принесете за экзамен отличный балл. Я бы принесла маме букет ее любимых цветов, а отцу включила его любимый фильм, и в этот момент сказала, что сдала экзамен на "3". Можно ещё не говорить вообще о том, на какую оценку сдали экзамен, сказать что все хорошо. Также возможен вариант пересдачи экзамена на лучшую оценку.

Способность тел и веществ по разному проводить тепло активно используется в современном мире. Одним из наиболее распространенным видом использования является применение веществ с низкой теплопроводностью для теплоизоляции. Для утепления домов и иных сооружений используются пористые материалы (раньше в этом качестве использовали пенопласт). Для изготовления зимней одежды используются воздухосодержащие и волокнистые материалы. Например, птичий пух для изготовления . пуховиков.

Примеров использования веществ с высокой теплопроводность много меньше. Металлы (их теплопроводность достаточно высокая) используются для изготовления тепловых датчиков.

Наука определяет количество теплоты как энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Это крайне важная физическая константа, достаточно часто используемая при решении проблем реальной жизни.

Возможность накопления телами и веществами тепловой энергии активно используется в науке и технике. Самым наглядным примером может служить устройство автомобильного радиатора: обладающая большой теплоемкостью жидкость поглощает выделяемую двигателем тепловую энергию, предотвращая его от перегрева.

Возможность рассчитать количество теплоты, поглощаемое теми или иными средами, позволяет экономно использовать энергоносители в промышленности.

Это элементарная школьная задача. Данный ответ следует рассматривать в качестве учебного пособия по определению средней скорости Vcp. Для ее вычисления необходимо весь путь S разделить на общее время t, затраченное на преодоление дистанции.

Тогда время, затраченное на перемещение 1/4 части пути со скоростью 60 км/ч, составляет

а на перемещение 1/4 части пути со скоростью 80 км/ч –

Общее время преодоления пути

Vcp = S/(300*S/(4*4800)) =4*4800/300 = 64 (км/ч).

Обычно в большинстве общеобразовательных школах физика начинается в седьмом классе и по одиннадцатый класс. Но бывает, что физика начинается и с пятого класса. К примеру, по крайней мере существуют учебники физики 5-6 классы.

Благодаря силе трения мы не скользим, отталкиваясь от поверхности, когда идем по тропинке.

Иногда силу трения увеличивают, разбрасывая песок на покрытую льдом поверхность ступеней крыльца.

В некоторых случаях силу трения стараются уменьшить, смазывая трущиеся поверхности, например, подшипники на оси колеса.

Трущиеся поверхности нагреваются, поэтому с помощью силы трения можно зажечь огонь.

Виды трения

Пусть одно тело лежит на поверхности другого тела. В этом случае между поверхностями действует сила трения покоя.

Она может быть практически равной нулю, когда поверхности расположены горизонтально. Но иногда трение покоя может быть достаточно большим.

К примеру, если толкнуть в бок тяжелый ящик, лежащий на горизонтальном полу, мы почувствуем сопротивление. Оно возникает благодаря тому, что между поверхностями ящика и пола действует сила трения покоя, которая, по третьему закону Ньютона равна силе, с которой мы толкаем ящик.

Примечание: Пока тело не сдвинулось с места, сила трения покоя \( \overrightarrow< F_>> \) равна силе \( \vec \), которая действует на тело!

Чем больше становится приложенная нами сила, тем больше увеличивается трение покоя. Так будет происходить до тех пор, пока приложенную силу не увеличим настолько, что ящик сдвинется с места.

Как только ящик пришел в движение, сила трения покоя сменится силой трения скольжения.

Примечание: Сила трения скольжения меньше максимальной силы трения покоя.

Нам известно, что катить тележку с грузом по сухому асфальту легче, чем тянуть по асфальту волокуши с этим же грузом. Причина этого — сила трения.

Примечание: В местах соединения колес со ступицами присутствует трение, его называют трением качения, оно гораздо меньше трения скольжения.

Отличие между силами трения можно показать с помощью рисунка 1.

Трение покоя может изменяться от нуля до своего максимального значения \(F_\). Это максимальное значение оказывается даже большим, чем сила трения скольжения.

Поэтому, с места столкнуть тело сложнее, чем подталкивать его, когда оно уже скользит по поверхности.

А сила трения качения будет незначительно отличаться от нуля. Катить всегда легче, чем тащить волоком.

Рис. 1. Шкала сил трения, трение качения меньше трения скольжения. А трение покоя может изменяться от нуля до величины, которая превышает трение скольжения

Сила трения имеет электромагнитную природу. Даже самая гладкая поверхность под микроскопом содержит бугры и впадины. Когда поверхности соприкасаются, тела взаимодействуют благодаря таким неровностям. Электронные оболочки атомов тел сближаются, образуется трение.

Формула для расчета силы трения

Рассмотрим тело, например, ящик (рис. 2), скользящий по горизонтальной поверхности со скоростью \(\vec\).

Ящик давит на поверхность своим весом, на рисунке он не обозначен. Вертикально вверх направлена сила реакции поверхности, на которую ящик давит.

А сила трения направлена против движения ящика.

Силу трения скольжения можно вычислить, используя такое выражение:

\( F_> \left( H \right) \) – сила трения, которая возникает при скольжении одного тела по поверхности другого;

\( \mu \) – коэффициент трения скольжения, это просто число, у него нет собственных единиц измерения;

\( N \left( H \right) \) – сила реакции опоры. В каждом конкретном случае реакция опоры рассчитывается из соотношения, полученного при составлении векторных уравнений (ссылка).

Работа силы трения

Сила и перемещение – это векторы. Совершать работу может вектор силы, направленный по отношению к вектору перемещения под любым углом, кроме прямого!

Если же угол между направлением движения тела и силой будет прямым, то такая сила работу совершать не будет!

Сила трения может совершать работу. Но эта сила мешает телу двигаться, она направлена против движения. Поэтому, работу такой силы считаем отрицательной и записываем со знаком минус!

Примечание: Сила трения совершает работу, но эту работу мы записываем со знаком минус!

Работа любой силы — это скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения.

В векторном виде выражение для работы можно записать так:

В школе формулу работы обычно записывают в скалярном виде:

\[ \large \boxed< A_> = \left| \vec> \right| \cdot \left| \vec \right| \cdot cos(\alpha) >\]

\( A_> \left( \text \right) \) – работа (силы трения), это скалярная величина;

\( F_> \left( H \right) \) – сила трения;

\( S \left( \text \right) \) – перемещение тела;

\( \alpha \) – угол между силой трения и перемещением тела;

Примечание: Трение относится к диссипативным силам. Когда диссипативная сила действует на систему, полная механическая энергия этой системы убывает (диссипирует). Убывающая энергия из механической переходит в другой вид энергии – к примеру, в тепловую энергию.

Читайте также: