Решение проблем с диссипативными силами

Физика > Решение проблем с диссипативными силами

С диссипативными силами постоянная механическая энергия меняется по количеству работы, осуществляемой неконсервативными силами (W_c).

Задача обучения

• Выразить соотношения сохранения энергии, которое можно использовать при решении задач с диссипативными силами.

Основные пункты

• При помощи нового соотношения сохранения энергии KE_i + PE_i + W_nc = KE_f +PE_f можно использовать тот же принцип решения проблем, что и с консервативными силами.
• Важно то, что количество неконсервативной работы приравнивается к изменению механической энергии.
• Работа, осуществляемая неконсервативными силами (или диссипативными) невозвратно рассеивается в системе.

Термин

Диссипативная сила – сила, ведущая к диссипации. Это процесс, в котором энергия трансформируется из начальной формы в необратимую конечную.

Введение

Вы уже знаете, какие силы называются диссипативными. Пришло время разобраться в методе работы с диссипативными силами. Такая работа необратимо изменяет энергию системы, причем полная механическая энергия (KE + PE) меняется по количеству работы, осуществляемой неконсервативными силами (W_c). Поэтому выходит: KEi + PEi + W_nc = KEf + PEf. Получается, что при использовании новых принципов сохранения энергии, можно применить тот же метод решения проблем, что в и ситуации с консервативными силами.

Пример

У нас есть бейсболист, скользящий по поверхности до полной остановки. При помощи энергетического сохранения вычислите дистанцию скольжения, если его вес 65 кг, начальная скорость 6 м/с, а сила трения – постоянные 450Н.

Бейсболист скользит по поверхности до остановки с дистанцией (d). Трение удаляет кинетическую энергию игрока, выполняя объем работы (fd), приравнивающийся к начальной кинетической энергии

Стратегия: Трение замедляет движение и приводит к остановке, а значит трансформирует кинетическую энергию в другие формы. Работа с трением выступает отрицательной, которая при добавлении к исходной кинетической сводится к нулю. f находится в противоположном направлении движения (θ = 180º, поэтому cosθ = -1), из-за чего W_nc = -fd. Уравнение упрощается до

Решение: В итоге получаем, что d = 2.6 м. Важнее всего то, что количество неконсервативной работы приравнивается к изменению механической энергии.

---