Почему трение не заставляет шарик двигаться в противоположном направлении?

Настоящая проблема заключается не только в направлении силы трения, но и в ее диссипативном характере. Он необратимо отбирает кинетическую энергию у движущегося тела, поэтому, когда тело останавливается, у него нет энергии двигаться куда-либо.

Во-первых, первый сценарий работает, потому что сила реакции проходит прямо через центр масс шара, а стена, будучи твердым телом, не будет двигаться. С другой стороны, сила трения этого не делает, а просто действует на сторону коробки, в лучшем случае создавая крутящий момент. Например, если мы сдвинем коробку по поверхности с высоким коэффициентом трения, коробка упадет, а не сдвинется вперед.

Можно сказать, что трение является функцией силы, действующей на мяч. Следовательно, она прямо пропорциональна приложенной силе. Чем больше приложенная сила, тем больше будет сила трения, которую вы испытываете, но только в противоположном направлении. Таким образом, когда приложенная сила равна нулю, сила трения, естественно, равна нулю.

Нет, это не синоним первого сценария, потому что трение — это сила сопротивления движению объекта, оно преобразует кинетическую энергию в тепловую. В тот момент, когда объект потеряет всю свою кинетическую энергию, сила трения мгновенно прекратится, не имея силы на объект, заставляющей его двигаться в противоположном направлении.

Мне нравится одна аналогия:

Рассмотрим объект в движении, как автомобиль. Представьте, что трение похоже на автомобильные тормоза, старые тормоза, которые функционируют лишь частично. Тормоза забирают кинетическую энергию автомобиля, но как только он останавливается, энергии, которую можно было бы отнять, уже не остается, поэтому тормоза больше не влияют на движение автомобиля. Таким образом, транспортное средство не будет двигаться назад, как и объект не будет двигаться в противоположном направлении, как это было изначально.

Я не знаю, слишком ли это eli5, но я надеюсь, что это помогло вам визуализировать. [мой первый ответ здесь, на StackExchange :)].

Чтобы упростить задачу, мы могли бы заменить мяч хоккейной шайбой на льду и спросить, почему он отскакивает, когда ударяется о стену, но просто замедляется при отсутствии серьезных препятствий.

Один из возможных способов представить это так: шайба, скользящая по льду, претерпевает миллионы микростолкновений с множеством микропрепятствий. Каждое микростолкновение отнимает крошечную долю кинетической энергии шайбы, поскольку шайба либо а) отталкивает микропрепятствие с пути, либо б) перепрыгивает через него.

Такой результат отдельных столкновений возможен, потому что препятствия а) легко перемещаются или б) малы по сравнению с радиусом края шайбы, что приводит к косому контакту и позволяет шайбе двигаться вперед с небольшим взмахом.

И наоборот, если бы препятствие было прямым и достаточно высоким (по сравнению с радиусом края шайбы) и в то же время достаточно прочным, чтобы выдержать толчок, шайба не имела бы возможности двигаться вперед и вся ее кинетическая энергия будет сразу же потеряна, часть ее перейдет в тепло, а часть преобразуется в упругую энергию, запасенную между шайбой и препятствием, которая, в свою очередь, будет быстро преобразована обратно в кинетическую энергию отраженной шайбы.

Итак, можно сказать, что, хотя сила трения направлена ​​против движения шайбы и совокупная работа, совершаемая при многократных микростолкновениях, связанных с трением, равна начальной кинетической энергии шайбы, специфический характер отдельные столкновения, как описано выше, не дают возможности сразу остановить шайбу и отправить ее обратно.

Линия действия силы трения не проходит через центр масс мяча, когда он катится по полу.

Оба сценария являются коллизиями и должны рассматриваться как таковые, а не по третьему закону. Первый случай — упругое столкновение с огромной массой. Второй – полное пластическое столкновение, при котором кинетическая энергия теряется на трение.

Если вы настаиваете на использовании сил, вам нужно применить уравнения импульс-импульс. Во втором сценарии сила трения будет постепенно уменьшать импульс. В состоянии покоя никакая сила не будет приложена для обратного движения.

• Бросание камня в стену не вызывает большого отскока;
• если бросить подушку на стену, она не подпрыгнет;
• бросание теннисного мяча в стену вызывает сильное подпрыгивание.

Мяч отскакивает назад из-за эластичности собственного материала объекта (или стены, если уж на то пошло — подумайте о батуте).

При ударе нормальная сила отталкивает мяч назад до тех пор, пока вся его кинетическая энергия не будет исчерпана.

1. Если упругая, эта кинетическая энергия сохраняется как упругая энергия. Эта энергия заставляет мяч «отпрыгнуть» в свою первоначальную форму, вызывая отталкивающую силу на стене. Стена реагирует другой нормальной силой, заставляя ее отскакивать.
2. Если бы не было упругости, то начальная кинетическая энергия не сохранялась бы в виде упругой энергии (она могла бы быть потеряна в виде тепла, вибрации, звука и т. д.). Тогда нормальная сила больше не действует после того, как кинетическая энергия исчерпана, поскольку нет силы пружинения, на которую она могла бы реагировать.

Трение работает таким же образом, и вы видите эластичные материалы, такие как мягкая резина, которые демонстрируют эффект пружинения из-за трения, упруго деформирующего область соприкосновения. Но трение по самой своей природе рассеивает кинетическую энергию в виде тепла и, следовательно, не позволяет большей ее части сохраняться эластично.

Видите ли, трение — это не реальная сила. Это псевдосила. Трение возникает всякий раз, когда на тело действует внешняя сила. Сам он никогда не вступает в действие. Когда мяч находится на шероховатой поверхности, вначале трения между поверхностью и точкой соприкосновения нет. Как только к нему приложена внешняя сила, в игру вступает трение, помогающее шарику вращаться и двигаться без засыпания в направлении приложения силы тогда и только тогда, когда пара, создаваемая приложенной силой вокруг центра, больше, чем пара, создаваемая силой трения в центре. Это не помогает мячу двигаться вперед самому. Отсюда и факт.