Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

14.8: Дисипативні сили - тертя

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    75671

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Припустимо, ми розглядаємо об'єкт, що рухається по шорсткій поверхні. Коли об'єкт ковзає, він сповільнюється і зупиняється. У той час як відбувається ковзання як предмета, так і на поверхні підвищення температури. Підвищення температури відбувається за рахунок молекул всередині матеріалів, що збільшують їх кінетичну енергію. Ця випадкова кінетична енергія називається тепловою енергією. Кінетична енергія, пов'язана з когерентним рухом молекул об'єкта, була розсіяна в кінетичну енергію, пов'язану з випадковим рухом молекул, що складають об'єкт і поверхню.

    Якщо визначити систему як тільки об'єкт, то сила тертя діє як зовнішня сила на систему і призводить до розсіювання енергії як в блок, так і на поверхню. Не знаючи подальших властивостей матеріалу, ми не можемо визначити точні зміни енергії системи.

    Тертя створює проблему в тому, що точка дотику недостатньо визначена, оскільки поверхня контакту постійно деформується, коли об'єкт рухається вздовж поверхні. Якщо розглядати об'єкт і поверхню як систему, то сила тертя - це внутрішня сила, а зниження кінетичної енергії рухомого об'єкта закінчується збільшенням внутрішньої випадкової кінетичної енергії складових частин системи. Коли відбувається дисипація на кордоні системи, нам потрібна додаткова модель (теплове рівняння стану) для того, як розсіюється енергія розподіляється сама між складовими частинами системи.

    Джерело енергії

    Розглянемо людини, що йде. Сила тертя між людиною та землею не працює, оскільки точка контакту між ногою людини та землею не зазнає зміщення, оскільки людина застосовує силу проти землі (може бути деяке прослизання, але це було б протилежно напрямку руху людини). Однак кінетична енергія об'єкта збільшується. Чи спростували ми теорему «робота-енергія»? Відповідь - ні! Хімічна енергія, що зберігається в тканині організму, перетворюється в кінетичну енергію і теплову енергію. Оскільки людина-повітря-земля може розглядатися як замкнута система, ми маємо це

    \[0=\Delta E_{\text {sys }}=\Delta E_{\text {chemical }}+\Delta E_{\text {thermal }}+\Delta E_{\text {mechanical }} \nonumber \]

    Якщо припустити, що зміни потенційної енергії системи не відбувається, то\(\Delta E_{\text {mechanical }}=\Delta K\). Тому частина внутрішньої хімічної енергії була перетворена в теплову енергію, а решта змінилася в кінетичну енергію системи,

    \[-\Delta E_{\text {chemical }}=\Delta E_{\text {thermal }}+\Delta K \nonumber \]