by 
Συνήθως η τριβή εμφανίζεται σε εφαρμογές κίνησης σώματος πάνω σε μια ακίνητη επιφάνεια . Τι συμβαίνει όμως όταν κινούνται και τα δυο σώματα που βρίσκονται σε επαφή ολισθαίνοντας το ένα ως προς το άλλο, ενώ οι επιφάνειές τους δεν είναι λείες; Μπορεί το έργο της τριβής που ασκείται σε ένα σώμα να είναι θετικό; Η απάντηση στο παρακάτω θέμα.
ΕΡΓΟ ΤΡΙΒΗΣ – ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΚΑΙ ΘΕΤΙΚΟ;
Καλημέρα Γιώργο.
Πολύ καλή!
Ειρήσθω εν παρόδω όταν εμείς είμασταν μαθητές διδαχτήκαμε τη δύναμη D’ Alembert και ήταν τότε πολύ εύκολο να δειχτεί ότι η εκλυόμενη θερμότητα είναι ΙΤΙ.S.
Σήμερα έχει μείνει μόνο ο αδρανειακός παρατηρητής και η αφαίρεση των μετατοπίσεων.
Ευχαριστώ Γιάννη. Πράγματι όταν εφαρμόζουμε τους φυσικούς νόμους ως προς αδρανειακό σύστημα αναφοράς και κινούνται ως προς αυτό και τα δύο σώματα που ολισθαίνει το ένα ως προς το άλλο, τότε, το εκλυομενο ποσό θερμότητας ή ισοδύναμα η αύξηση της θερμικής ενέργειας του συστήματος ισούται με το έργο της τριβής Τ (στο σώμα Σ) και του έργου της αντίδρασης της Τ’ (στο κιβώτιο). Αυτό είναι ίσως το βασικότερο στοιχείο από αυτά που ήθελα να αναδείξω.
Για να απαντήσουμε στο ερώτημα θα πρέπει να δούμε το φυσικό πρόβλημα που μελετάμε. Αυτό είναι η τριβή δηλαδή η αλληλεπίδραση ανάμεσα στις μικροσκοπικές ανωμαλίες του ενός σώματος με τις ανωμαλίες του άλλου. Ο μηχανισμός αυτός μας ορίζει ένα φυσικό σύστημα αναφοράς, το σύστημα αναφοράς της επαφής. Ως προς αυτό το φυσικό σύστημα αναφοράς η τριβή έχει μηδενικό έργο (αν το ένα σώμα δεν μετακινείται ως προς το άλλο). Δηλαδή η τριβή δεν παράγει έργο, δεν μπορεί να επιταχύνει το σώμα αν δεν υπάρχει άλλη εξωτερική δύναμη. Τώρα ως προς άλλα συστήματα αναφοράς μπορεί το πρόσημο του έργου να βγαίνει θετικό γιατί σε αυτά τα συστήματα η τριβή μπορεί να μετατρέπει ένα ποσό της προσφερόμενης από μια άλλη εξωτερική δύναμη ενέργειας σε κινητική ενέργεια του σώματος. Προσωπικά αυτό δεν με απασχολεί γιατί δεν αναφέρεται στο φυσικό σύστημα αναφοράς. Εμένα μου αρκεί ότι η τριβή δεν μπορεί να επιταχύνει ένα σώμα αν στο σύστημα δεν ασκείται άλλη εξωτερική δύναμη. Με αυτό το κριτήριο απαντώ ότι η τριβή δεν μπορεί να παράξει έργο αλλά μόνο να μετατρέψει έργο άλλης δύναμης σε κινητική ενέργεια ή να καταναλώσει έργο μετατρέποντας κινητική ενέργεια σε θερμική.
Βασίλη φοβάμαι ότι δεν κατάλαβα τι εννοείς λέγοντας:
Εμένα μου αρκεί ότι η τριβή δεν μπορεί να επιταχύνει ένα σώμα αν στο σύστημα δεν ασκείται άλλη εξωτερική δύναμη.
Βλέπουμε ένα υπόβαθρο να κινείται σε λείο δάπεδο.
Πάνω του βρίσκεται ένας κύλινδρος που επιταχύνεται από την τριβή και μεταφορικά και στροφικά.
Μάλλον λες κάτι άλλο που δεν έχω καταλάβει.
Γειά σου Βασίλη. Όταν λες “σύστημα αναφοράς της επαφής” εννοείς προφανώς ένα σύστημα αναφοράς στερεά συνδεδεμένο με το κιβώτιο που είναι ένα μη αδρανειακό σύστημα αναφοράς. Για αυτά τα συστήματα έχω κάνει σχετική δημοσίευση εδώ στο υλικό. Θα συμφωνείς ότι όλοι οι νόμοι της φυσικής έχουν την ίδια μαθηματική μορφή ως προς όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Σχεδίασα τις δυνάμεις στο σώμα Σ και εφάρμοσα τον 2ο Νόμο του Νεύτωνα για αυτό το σώμα ως προς το αδρανειακό σύστημα το στερεά συνδεδεμένο με τη λεία επιφάνεια. Βρήκα μετατοπισεις σώματος Σ και κιβωτίου ως προς αυτό. Υπολόγισα το έργο της τριβής που ενεργεί στο Σ ως προς αυτό το σύστημα αναφοράς. Βγήκε θετικό.Τα ίδια Έκανα και με το κιβώτιο. Έκανα κάποιο λάθος ; Έκανα κάτι φυσικά ανεπίτρεπτο; Είπα ότι αν ακουμπήσω ένα κιβώτιο με μηδενική ταχύτητα στο δάπεδο του σπιτιού μου και το αφήσω ελεύθερο ότι η τριβή θα του προσδώσει επιτάχυνση;; Επειδή ενδεχόμενα να μην έγιναν κατανοητά από μένα αυτά που αναφέρεις μπορείς κατ αρχάς να μου πεις αν βρίσκεις λάθος στη δημοσίευση μου; Που ακριβώς και γιατί; Όχι μια άλλη ισοδύναμη προσέγγιση του θέματος, αλλά λάθος. Και κάτι άλλο: Τον όρο “φυσικό” σύστημα αναφοράς πρώτη φορά τον βλέπω. Εννοείς ότι το αδρανειακό σύστημα αναφοράς το στερεά συνδεδεμένο με τη λεία επιφάνεια είναι “αφύσικο”; Θεωρώ ότι όλα τα συστήματα αναφοράς, αδρανειακά και μη αδρανειακά, φυσικά είναι, αφού ορίζονται για τη μαθηματική περιγραφή φυσικών νόμων και φαινομένων.
α) Για να αποκτήσουν τα δύο σώματα διαφορετικές ταχύτητες έχει ασκηθεί δύναμη στο κάτω σώμα που το έχει επιταχύνει. Η τριβή θα μετατρέψει ένα ποσό της κινητικής αυτής ενέργειας από το ένα σώμα στο άλλο. Ετσι ξαφνικά δεν αποχτούν δύο σώματα σε επαφή διαφορετικές ταχύτητες. β) Αν σας ενόχλησε η λέξη φυσικό να την αντικαταστήσω με τη λέξη χαρακτηριστικό. Από εκεί και πέρα δεν είπα ότι όλοι οι νόμοι της Φυσικής δεν ισχύουν για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Είπα πολύ απλά ότι ένα φαινόμενο έχει ένα χαρακτηριστικό σύστημα που η φυσική εκεί είναι ξεκάθαρη. Σε άλλα συστήματα μπορεί να εμφανίζονται φαινόμενα π.χ. ψευδοδυνάμεις που περιπλέκουν την περιγραφή. Στην τριβή το ξεκάθαρο σύστημα είναι των ανωμαλιών όπου εκεί στο παράδειγμα σας τα σώματα είναι μεταξύ τους ακίνητα. Και εκεί βλέπουμε την ανάγκη ύπαρξης της τριβής γιατί εκεί εμφανίζεται ξεκάθαρα ο μηχανισμός παραγωγής της τριβής. Κάποιος τραβάει και κάτι αντιστέκεται. Αυτό που θέλω να τονίσω είναι ότι η φυσική είναι κύρια μηχανισμοί και αυτό πολλές φορές το ξεχνάμε. Όταν λοιπόν λέμε έργο τριβής θετικό, τι σημαίνει ως προς τον μηχανισμό παραγωγής της τριβής; Ότι η τριβή επιτάχυνε ένα σώμα έτσι μόνη της; Αυτό λοιπόν που είπα είναι ότι κάτι τέτοιο δεν υπάρχει. Απλά η τριβή μπορεί να μεταφέρει προϋπάρχουσα κινητική ενέργεια που παράχθηκε μέσα από το έργο μιας άλλης δύναμης από το ένα σώμα σε ένα άλλο.
Βασίλη λες: “Αυτό που θέλω να τονίσω είναι ότι η φυσική είναι κύρια μηχανισμοί και αυτό πολλές φορές το ξεχνάμε”. Για ξανακοιταξε τη 1η παρατήρηση μου στη δημοσίευση. Δίνει απάντηση ακριβώς σε αυτό που ισχυρίζεσαι ότι ξεχνάμε. Στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση δεν διδάσκονται οι μαθητές τα μη αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Όμως για τη περιγραφή της κίνησης σε αυτό το σύστημα αναφοράς που το θεωρείς “ιδιαίτερο” επιβάλλεται να αναφερθούμε όχι σε “ψευδοδυνάμεις” αλλά σε υποθετικές δυνάμεις τις δυνάμεις D’ Alembert που λέει ο Γιάννης. Στη μελέτη του συστήματος της δημοσίευσης δεν υποθέσαμε ότι ασκείται κάποια “ψευδοδυναμη” . Σε πραγματικές δυνάμεις αναφερθήκαμε. Σε όλα τα συστήματα αναφοράς “η φυσική είναι ξεκάθαρη” και οδηγεί ισοδύναμα στα ίδια συμπεράσματα. Όχι μόνο στο μη αδρανειακό το στερεά συνδεδεμένο με το κιβώτιο. Σε αυτό εδράζεται Βασίλη η ουσία της διαφωνίας μας.
Αρα η δυναμη επαφης μεταξυ δυο σωματων οταν δεν υπαρχει σχετικη κινηση μεταξυ τους δεν παραγει ποτέ εργο ειτε αυτη ειναι καθετη στις επιφανειες,οπως οταν ενα σωμα σπρωχνει ενα αλλο σωμα,ειτε ειναι παραλληλη σε αυτες,δηλαδη ειναι στατικη τριβη. Aρα ουτε η ταση ενος ιδανικου νηματος το οποιο ειναι συνεχως τεντωμενο και ενωνει δυο σωματα τα οποια κινουνται πανω σε μια ευθεια παραγει ποτέ εργο διοτι δεν υπαρχει καμια σχετικη κινηση μεταξυ κομματιων του συστηματος.
Το αν η τριβη παραγει εργο,θετικο ή αρνητικο,εξ ορισμου εχει σχεση μονο με μια δυναμη και μια μετατοπιση και ειναι Γεωμετρικο . Δεν εχει σχεση ουτε με μετατροπες ενεργειας,ουτε με τους μηχανισμους παραγωγης της τριβης,ουτε με την αναγκη υπαρξης της τριβης,ουτε με το αν η τριβη μπορει να επιταχυνει ενα σωμα ετσι απο μονη της. Αυτα ολα ειναι τελειως ασχετα με το αν το εργο της τριβης υπαρχει και τι προσημο εχει. Το οτι οταν δεν υπαρχει σχετικη κινηση υπαρχει ενα συστημα αναφορας οπου τα παντα ειναι ακινητα,αρα δεν εχω εργο,ειναι σοφιστεία.
Η απαντηση στο ερωτημα του τιτλου της αναρτησης του Γιωργου ειναι μαλλον προφανης. Το ενδιαφερον της αναρτησης βρισκεται στους υπολογισμους τους οποιους κανει.
Γεια σου Γιώργο,καλησπερα σε ολους.
Ευχαριστώ Κωνσταντίνε για το σχόλιο! Καλό βράδυ!