Мне всегда говорили, что работа, совершаемая трением, может быть в лучшем случае равна нулю, но никогда не может быть положительной. Но рассмотрим два блока, поставленных один на другой, так что их соприкасающиеся поверхности шероховатые. Если мы придадим бруску наверху некоторую горизонтальную скорость, то, грубо говоря, можно сказать, что трение будет пытаться замедлить брусок наверху и ускорить другой, тем самым противодействуя относительному движению. Тогда разве в этом случае работа трения о брусок внизу не будет положительной? Пожалуйста, поправьте меня, если я ошибся.
Вы совершенно правы, как в своем описании трения, так и в своем сомнении относительно данного утверждения о знаках.
Ключевой момент, о котором следует помнить, заключается в следующем: знаки сами по себе не имеют физического значения. Они являются математическим человеческим изобретением. Знаки — это наш искусственный метод указания направления относительно чего-то другого — вот и все.
Практический способ использования знаков состоит в том, чтобы изобрести или произвольно выбрать направление, которое мы называем положительным . Любая величина вдоль этого направления тогда может считаться положительной и ей присваивается знак ; любая величина, противоположная этому направлению, может считаться отрицательной и ей присваивается знак . Нам может понадобиться несколько таких опорных направлений (по одному на измерение), и вместе мы называем их системой координат .
Имейте в виду, что система координат выбирается произвольно — это инструмент, изобретенный для нашей математики и не имеющий физического смысла, — поэтому и знаки выбираются произвольно. Таким образом, утверждение, что что-то всегда является, скажем, отрицательным, бессмысленно, если только мы неявно не сравниваем его с чем-то другим.
Итак, заявление:
работа, совершаемая трением, может быть в лучшем случае равна нулю, но никогда не может быть положительной.
не правильно . Вы можете выбирать системы координат по желанию и легко выбрать ту, которая дает вам положительную силу трения. По крайней мере, это утверждение требует некоторых предположений об ориентации системы координат, чтобы быть правильным.
мы можем сказать, что трение будет пытаться замедлить блок наверху и ускорить другой.
Это точно правильно. Трение по самой своей природе всегда будет тянуть в направлении, которое предотвратит или остановит скольжение. Таким образом, он всегда тянет так, что удерживает две поверхности вместе, даже если это направление вызывает движение. (Он просто не должен вызывать относительное движение между двумя блоками, но может вызывать движение в целом.) Это относится как к кинетическому, так и к трению покоя .
И вы правильно ссылаетесь на 3-й закон Ньютона , когда говорите, что трение также попытается ускорить другой блок ниже. Потому что, согласно 3-му закону Ньютона, любое притяжение одного тела в одном направлении вызывает такое же, но противоположное притяжение другого тела. Эта другая сила трения будет пытаться заставить другой блок ускориться, потому что это поможет предотвратить скольжение (это помогает удерживать блоки вместе, если неподвижный блок перемещается вместе с движущимся блоком).
В соответствии с 3-м законом Ньютона мы всегда будем видеть пару сил, направленных в противоположные стороны, а не только одну силу. Итак, если система координат для обоих тел остается постоянной, то одна сила трения будет тянуть в положительном направлении, а другая — в отрицательном. Всегда. Только если мы изменим систему координат между двумя телами, может быть правильно, чтобы сила трения указывала в отрицательном направлении в обоих случаях.
Принцип сохранения энергии говорит нам, что энергия никогда не потребляется и не производится, а только преобразуется. А сама природа трения заключается в том, что оно преобразует только кинетическую энергию в теплоту, а не наоборот.
Если мы проигнорируем нагревательную часть (как это делает предложение «работа, совершаемая трением, может быть, самое большее, равной нулю, но никогда не будет положительной»), полная энергия в системе уменьшается за счет трения.
Верхний блок теряет энергию, замедляясь, а нижний блок получает энергию, начиная двигаться. Стабильное состояние будет определяться сохранением импульса и приводить к тому, что оба блока будут двигаться вместе с одинаковой скоростью. Если вы посчитаете, то обнаружите, что верхний блок теряет больше энергии, чем получает нижний, и именно эту потерю кинетической энергии пытается выразить это предложение.
Пратик Мурья
пглпм
насу