Question

выполняется ли закон сохранения механической энергии при наличии силы трения? если не сохраняется то как можно это обьяснить?

Answer 1

Механическая энергия - это потенциальная + кинетическая энергия тела. Потенциальная - это работа, которую может совершить та или иная сила, но ещё не совершает. Кинетическая - это уже свершающаяся работа сил, приложенных к телу. Например, на пружинный маятник, который колеблется в горизонтальной плоскости, действуют сила тяжести, сила упругости и сила трения. Сила тяжести не совершает работу, т.к. направлена перпендикулярно к движению маятника, а сила упругости и сила трения - совершают: первая совершает как положительную, так и отрицательную работу, вторая - всегда отрицательную, т.к. сила трения всегда направлена против движения. Так вот, если бы силы трения не было, то маятник колебался бы вечно, потому что в таком случае никакая сила не противодействовала бы его движению (не затормаживала бы маятник). Сила упругости тоже совершает отрицательную работу, но она таким образом лишь периодически изменяет направление движения маятника и не тормозит его постоянно, в отличие от силы трения. Механическая энергия пружинного маятника складывается из потенциальной энергии пружины и кинетической энергии тела маятника. Без действия силы трения они всегда сохраняются: потенциальная перетекает в кинетическую и обратно (потенциальная энергия пружины - это работа, которую сила упругости может совершить, но ещё не совершает, т.к. пружина находится в крайнем сжатом или растянутом состоянии, а кинетическая энергия тела маятника - это уже свершающаяся работа силы упругости).

Но в случае действия силы трения механическая энергия уже не будет сохраняться. Та работа, которую сила упругости может совершить (потенциальная энергия), не совершается ею в прежнем объёме, т.к. теперь ей помогает сила трения. Они вместе делят эту работу на двоих. Но это не значит, что колебания маятника будут продолжаться вечно - не забываем: сила трения действует всегда против движения. В какие-то моменты обе силы будут работать в одинаковых направлениях, в какие-то - в различных, что в конце-концов приведёт к остановке маятника. Куда же девается механическая энергия? За счёт силы трения, вернее её работы, механическая энергия постепенно превращается во внутреннюю энергию тела маятника и поверхности, по которой тело маятника периодически скользит. Тело и поверхность трутся друг о друга при движении - кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия молекул тела маятника и молекул поверхности начинают увеличиваться с каждым новым колебанием. В результате механическая энергия пружинного маятника переходит (превращается) во внутреннюю энергию тела и поверхности. Не полностью - часть рассеивается в окружающую среду.

Когда действуют силы трения, то тела неизбежно нагреваются - их внутренняя энергия увеличивается, как мы только что выяснили. В таких случаях говорят о диссипации энергии. Диссипация - это часть кинетической энергии тела, которая перешла в тепловую энергию.

Получается, что сама энергия никуда не исчезает. Просто из механической она постепенно переходит в другой свой тип - во внутреннюю.

Answer 2

Закон сохранения механической энергии не выполняется при наличии силы трения. Это можно объяснить следующим образом:

Закон сохранения механической энергии гласит, что сумма кинетической и потенциальной энергии в изолированной системе остается постоянной, если внешние силы не воздействуют на систему. Однако, сила трения является несохраняющейся силой, которая всегда противодействует движению объекта. Силы трения преобразуют механическую энергию движущегося объекта в другие формы энергии, такие как тепловая энергия. Это приводит к постепенной убыли механической энергии системы.

Следовательно, в присутствии силы трения механическая энергия системы не сохраняется, и она уменьшается с течением времени. Это наблюдается в повседневных ситуациях, например, когда объект скользит по поверхности с трением, его кинетическая энергия уменьшается, и он замедляется. Это объясняется работой силы трения, которая совершает работу, приводя к увеличению тепловой энергии в системе и уменьшению механической энергии.