Energia mechaniczna z tarciem: energia nie znika, tylko zmienia postać

Potrzebne wiadomości: Energia kinetyczna, energia potencjalna i praca siły.

Ustal granice układu

Dla ruchu w polu grawitacyjnym i z idealną sprężyną zapisujemy energię mechaniczną jako sumę energii kinetycznej, grawitacyjnej i sprężystości. Praca sił niezachowawczych zmienia tę sumę: E_{mech,2}-E_{mech,1}=W_{nz}. W prostym modelu ślizgania po nieruchomym podłożu praca tarcia wynosi −Fₖs.

Po rozszerzeniu układu o podłoże spadek energii mechanicznej można powiązać ze wzrostem energii wewnętrznej, drganiami i innymi postaciami energii. Nie utożsamiamy jednak automatycznie całej różnicy z ciepłem przekazanym jednemu wybranemu ciału.

Przykład

Klocek 2 kg startuje ze spoczynku na wysokości 3 m. Po drodze tarcie wykonuje pracę −20 J. Dla g=10 m/s² energia początkowa wynosi 60 J, a na dole zostaje 40 J energii kinetycznej. Z mv^2/2=40 otrzymujemy v≈6,32 m/s, mniej niż bez tarcia.

Jeżeli bilans daje ujemną energię kinetyczną na końcu zakładanej drogi, nie wyciągamy pierwiastka z ujemnej liczby. To sygnał, że ciało nie dotrze do tego miejsca przy zadanych warunkach. Wtedy trzeba znaleźć punkt zatrzymania i sprawdzić dalsze siły. Bilans energii określa szybkość, ale zwykle nie daje samodzielnie czasu ruchu ani napięcia linki.

Zadania do tego tematu

• Droga zatrzymania klocka na chropowatym stole
• Zjazd z wysokości dwóch metrów z podaną pracą tarcia
• Ujemna energia kinetyczna oznacza błędne założenie o zasięgu
• Sprężyna rozpędza klocek przed chropowatym odcinkiem

Dalsza lektura

Materiał referencyjny