Работа, проделанная ходьбой по движущемуся поезду

Иногда внутренняя химическая энергия системы преобразуется в механическую и тепловую энергию, при этом внешние силы не совершают никакой работы над системой. Например, в начале этого раздела мы описали преобразования энергии, которые происходят, когда вы начинаете бегать. Чтобы двигаться вперед, вы отталкиваетесь от пола, а пол давит на вас за счет статической силы трения. Эта сила заставляет вас ускоряться, но не совершает работы. Это не работает, потому что смещение точки приложения силы равно нулю (при условии, что ваша обувь не скользит по полу). Поскольку работа не выполняется, энергия не передается от пола к вашему телу. Увеличение кинетической энергии вашего тела происходит за счет преобразования химической энергии, полученной из пищи, которую вы едите.

Поэтому, когда мы идем по земле, трение не работает, а только обеспечивает сцепление, так что наша химическая энергия может стать кинетической энергией.

Но допустим, я иду вперед/ускоряюсь на движущемся поезде, причем поезд движется с постоянной скоростью. И снаружи сидит наблюдатель, наблюдающий за этим. Они увидят, что трение действует на меня положительно по сравнению с землей?

Поезд движется с постоянной скоростью. Энергия, которую человек получает, исходит из внутренней энергии, такой как химическая потенциальная энергия. Так почему же создается впечатление, что трение поезда о человека совершает работу? Я в замешательстве, что я вижу. Это не имеет смысла для меня.

Редактировать / изображение должно закончить вопрос о том, «работает ли трение при ходьбе». Этот вопрос не об этом. Я пытаюсь понять, как в одном кадре, скажем, при ходьбе, трение не работает, а в другом кадре, похоже, работает. Может быть, я просто путаю системы отсчета... не уверен

Кевин, это похоже на Дежа Вю. Были ли мы на этом пути раньше?
Кевин, пожалуйста, укажите источник цитаты в своем ответе. Кроме того, изображения доступны не всем пользователям. Я напечатал текстовое изображение, которое у вас было на этот раз, но в будущем, пожалуйста, обязательно печатайте текст и размещайте свои источники.

Ответы (2)

Но допустим, я иду вперед/ускоряюсь на движущемся поезде, тренируюсь с постоянной скоростью. И снаружи сидит наблюдатель, наблюдающий за этим. Они увидят, что трение действует на меня положительно по сравнению с землей?

Это верно. Сила, п , контактной силы, Ф → , дан кем-то п "=" Ф → ⋅ в → где в → - скорость материала в точке контакта. С Ф → находится в том же направлении, что и в → сила положительна, что означает, что над человеком совершается положительная работа.

Поезд движется постоянно. Энергия, которую человек получает, исходит из внутренней. Так почему же создается впечатление, что трение поезда о человека совершает работу? Я в замешательстве, что я вижу. Это не имеет смысла для меня

На самом деле, не вся энергия, которую получает человек, исходит от внутренней энергии основного каркаса. Предполагая совершенно эффективное преобразование химической потенциальной энергии в механическую энергию, количество механической энергии, полученной (в наземной системе отсчета) человеком, больше, чем количество потерянной химической энергии (что является инвариантом Галилея). Разница заключается именно в положительной работе, совершаемой контактной силой.

По третьему закону Ньютона на поезд действует равная и противоположно направленная контактная сила. Эта сила направлена ​​в противоположную сторону в → поэтому в поезде совершается отрицательная работа. Поскольку поезд движется с постоянной скоростью, это означает, что его двигатель (что неудивительно) должен обеспечивать питание.

Таким образом, механическая энергия, приобретаемая человеком, происходит как от внутреннего преобразования химической энергии в механическую, так и от энергии поезда за счет работы силы трения в этой системе отсчета. Чтобы увидеть это количественно, полезно рассмотреть упрощенный пример, такой как пружина или что-то подобное.

Дейл, значит, работа трения над идущим по земле человеком равна нулю? Просто хочу подтвердить, что вы согласны. Теперь, однако, если посмотреть на этот случай, да, человек по-прежнему получает энергию через свои мышцы и тому подобное, но на самом деле вы говорите, что поезд также чувствует нагрузку, поэтому вместе нужно учитывать и то, и другое, верно? Последний вопрос, почему в школе никогда не учили подобным вещам? Они действительно пропустили это
@KevinCSpeltz в кадре земли работа, совершаемая трением человека, идущего по земле, равна нулю, поскольку в "=" 0 в точке контакта подразумевается п "=" Ф ⋅ в "=" 0 . Этот случай отличается тем, что в ≠ 0 . Да, надо учитывать и энергию поезда, и внутреннюю энергию. Обычно занятия по ньютоновской физике сосредоточены на довольно узких сценариях, поэтому такие вещи просто никогда не всплывают. У них ограниченное количество времени в классе, поэтому они должны выбирать, что исключить, а статическое трение с движущимися объектами — это то, что исключается в интересах более насущных тем.
@Dale «Разница именно в положительной работе, выполняемой контактной силой». Как мы понимаем, вы признаете, что положительная работа выполняется контактной силой статического трения. Правильный?
@BobD в нижнем кадре, да. Поезд движется, и поэтому сила, действующая на человека, действует. п "=" Ф ⋅ в и контактная сила, и скорость материала в точке контакта имеют одинаковое направление, поэтому совершается положительная работа.
@Дейл Спасибо. И чтобы завершить картину, когда вы сказали, что в наземной системе отсчета (железнодорожных путях) поезд, движущийся с постоянной скоростью, действует на ходока в поезде, мы также можем сказать, что в системе отсчета наблюдателя в поезде это земля, которая движется и совершает работу над ходоком на земле, поскольку все инерциальные системы отсчета эквивалентны.
@BobD Да, в раме поезда земля действует на человека, идущего по земле. Снова п "=" Ф ⋅ в можно использовать для количественной оценки точного объема проделанной работы и ее положительного или отрицательного значения. Эта работа должна быть учтена, чтобы объяснить энергию наземного ходока в раме поезда.
@Дейл Спасибо. Я думаю, что мы сейчас на одной волне.
@ Дейл, еще один вопрос. Почему человек не чувствует эту дополнительную энергию? Для человека человек просто ходит, сжигая свою химическую энергию. Их ноги не двигаются относительно поезда. Я понимаю, что в рамке земли поезд должен делать больше работы, но человек понятия не имеет, что это вообще происходит... почему? Это потому, что эта дополнительная энергия действительно применима / имеет значение только в этой наземной системе отсчета? Нашел аналогичный пример physics.stackexchange.com/questions/223599/…
@KevinCSpeltz, почему они это чувствуют? Я не могу представить ситуацию, когда кто-то чувствует кинетическую энергию. Во многих случаях вы можете чувствовать внутреннюю энергию, но не кинетическую энергию. Единственные примеры ощущения кинетической энергии, которые я могу придумать, связаны с преобразованием этой кинетической энергии во внутреннюю энергию (например, удар кулаком, выстрел или авария).
@ Дейл, я понял твою мысль, ты не чувствуешь энергию. Я думаю, что меня заводит, так это то, что сила одинакова. Думал, может быть, будет другая сила. Но на самом деле именно поэтому у нас все еще есть то же ускорение, и с помощью той же силы поезд/двигатель обеспечивает и передает энергию, одновременно неизвестную ходячему. Правильный?
@KevinCSpeltz да, ты понял!
Хороших выходных. Спасибо

Поезд движется с постоянной скоростью. Энергия, которую человек получает, исходит из внутренней энергии, такой как химическая потенциальная энергия. Так почему же создается впечатление, что трение поезда о человека совершает работу? Я в замешательстве, что я вижу. Это не имеет смысла для меня.

Давайте представим человека, находящегося в покое относительно поверхности, на которой он стоит, и он отталкивается от этой поверхности, чтобы двигаться вперед со скоростью 1 м/с вперед (относительно поверхности).

Используя привязку к земле, это довольно просто. Предположим, что человек весит 50 кг, тогда минимальная энергия для шага:

Δ Е "=" Е ф − Е я
Δ Е "=" 0,5 ( 50 кг ) ( 1 РС ) 2 − 0 "=" 25 Дж

Теперь давайте представим, что это происходит в движущемся поезде. Предположим, поезд уже движется со скоростью 5 м/с. Как сейчас меняется энергия?

Δ Е "=" 0,5 ( 50 кг ) ( 6 РС ) 2 − 0,5 ( 50 кг ) ( 5 РС ) 2 "=" 275 Дж

Таким образом, если смотреть на взаимодействие с другой системы отсчета, человек прибавил гораздо больше энергии. Мы решаем эту проблему, говоря, что помимо работы, которую выполняют ноги, поезд также выполняет работу над человеком.

Если человеку потребовалась 1 секунда, чтобы сделать шаг, то сила от поверхности должна быть Ф "=" м а "=" ( 50 кг ) ( 1 РС 2 ) "=" 50 Н .

Поэтому в базовой системе отсчета мы бы сказали, что работа поезда (или работа от трения) была

Вт "=" Ф г "=" Ф в т "=" ( 50 Н ) ( 5 РС ) ( 1 с ) "=" 250 Дж

И эти 250 Дж точно объясняют разницу в энергии между двумя случаями.

Если мы просто посмотрим на то, что происходит внутри поезда, почему мы не должны учитывать эту другую энергию в 250 Дж? Разве мы не должны были тоже? Это мое замешательство, когда мы ходим по земле, почему мы не должны учитывать ни один из этих аффектов?

Вы должны учитывать это, если вам небезразлична фактическая энергия поезда. Этот 250J приехал из поезда. Теперь массивный поезд имеет огромное количество KE, поэтому эти 250 Дж будут крошечной частью этого количества. Но чем быстрее движется поезд, тем больше энергии представляет это изменение скорости.

Поскольку Земля еще больше, пока мы находимся в системе отсчета, где ее скорость мала, мы обычно можем игнорировать обмен энергией с ней.

Боулофред. Спасибо. Один вопрос, последняя часть, в которой вы вычисляете 250j, почему вы использовали 5 м/с, потому что технически это не ускорение?
Мы говорим о силе трения. В наземной системе координат объект, применяющий эту силу (поверхность для ходьбы), движется с постоянной скоростью 5 м/с. Тело человека ускоряется, но сила прилагается не к этому.
Хорошая точка зрения. Хотел бы я знать больше. Я чувствую, что прыгаю в самое сердце физики, которая глубже, чем я изучал. Спасибо за помощь
Боулофред и Дейл, если это правда, нельзя ли сказать то же самое, что это происходит с землей, как поезд в этой ситуации? Если да, то почему мы не видим эффекта? Я предполагаю, что, как и большинство вещей на Земле, он слишком велик, чтобы его можно было заметить, и в целом обычно сводится к нулю в общей схеме.
Этот пример больше подчеркивает разницу в учете энергии между кадрами. Да, вы можете выбрать любой кадр, какой захотите, и энергия на отдельных шагах будет разной, но изменение энергии всегда одинаково. Тот факт, что один кадр — это земля, а другой — нет, не имеет большого значения. Размер Земли не имеет большого значения, кроме того, что его размер делает его хорошим приближением для инерциальной системы отсчета.
Позвольте мне переписать его.
Я думаю, что я слишком много думал ... спасибо, боулофред, вы можете, если хотите, но я удалил свой комментарий, так как я думаю, что я хорош.
Спасибо. Я полагаю, это похоже на многое. Вы должны взвесить важность по отношению к проблеме. В примере с поездом ветер и тому подобное оказали бы большее влияние, чем в этом случае. Так что мы, вероятно, не проигнорировали бы это.
Работа, проделанная ходьбой по движущемуся поезду
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v