Re: [問題] 系統內力可能會作功?

作者: daoeasy (道易析)   2019-04-27 20:38:38
作功定義:力*施力點位移,而非受力物的"質心"位移
如果將物體"質點化",則施力點位移=質心位移
功-動能原理的適用情況:每個質點有明確的初動能和末動能
如果涉及到內能或熱能,也就是物質內分子散亂運動的動能和位能
則無法使用功-動能原理
你愈跑愈快,或開車愈開愈快,路面摩擦力在不打滑的情況下均不作功
雖然人和車受到的摩擦力方向和"質心"位移方向相同
但摩擦力仍不作功,因為施力點速度=0
那麼人和車的動能增加哪來的?來自人體和汽油的化學能
也就是物質的內能,此時功-動能原理不適用
進入龍騰講義的這題目
1.作用力-反作用力的施力點相同
則這一組力所做的總功是0
木條-木塊交互摩擦,摩擦力的施力點相同
所以總功 = 0
系統減少的動能轉為熱能,能量守恆仍然成立
  但是功-動能原理不適用,因為涉及熱能
2.將木條和木塊分別視為質點
兩質點的位移不相同
所以木塊對木條作的正功和木條對木塊作的負功之絕對值不同
所以總功不為零
此二質點有明確的初動能和末動能,適用功-動能原理
交互所作的總功=系統總動能變化(因為沒有外力作功)
3.總結,觀點不同則答案不同
以大考中心出過的說明試題,也是將木條和木塊質點化
公布答案總功為負
物理奧林匹亞初賽考過此題,公布答案總功為零
4.內力究竟作不作功?
地球以萬有引力吸引蘋果,蘋果也以萬有引力吸引地球
假設兩者初速均為0,則兩者均對對方作正功(因為位移和力同方向)
所以總功為正
即使假設地球恆不動,則蘋果對地球作0功,地球對蘋果作正功
  總功仍為正
顯然的是內力會作功
如果以電荷間的靜電力為例也是雷同
※ 引述《narep (narep)》之銘言:
: https://i.imgur.com/hIzlVa7.jpg
: 想請問大家上面這個題目的觀念。
: 如果把木塊和長方體圈為一個系統,則它們接觸面上的摩擦力是內力,假設木塊相對於
: 長方體的位移是d,長方體在地面上移動L,則摩擦力f對木塊所作的負功為-f(L+d),摩擦力
: f對長方體作的正功為f L,摩擦力對系統作的功=-f(L+d)+fL=-fd,由此可知,系統內力
: 不一定不作功。
: 但是邱博文物理的講義又寫說"系統內力不作功,外力才會作功",和這個題目有點矛盾
: !
: (如下圖的觀念二所述)
: https://i.imgur.com/0xf4Qh9.jpg
: 跪求高手解惑啊!謝謝~
:
:
作者: Eriri (英梨梨)   2019-04-27 20:49:00
功是不同能量轉移的過程 能量守恆跟有沒有做功其實無關 即使能量是守恆的 過程中也可能牽扯到內力做功舉個例子來說 兩個物體被引力互相吸引 引力是會做功的 但這個功可以看作是位能變化 於是總力學能不變 但是動能跟位能各自產生變化
作者: daoeasy (道易析)   2019-04-27 20:52:00
能量守恆與否 力學能守恆與否 均與內力作功與否無關
作者: Eriri (英梨梨)   2019-04-27 20:54:00
用這個例子說明內力做不做功 我覺得只會讓他更搞混 這個例子的矛盾來源是 木塊跟長方體各自被想成是完美的剛體 但完美剛體根本就不存在 兩者之間摩擦力詳細作用機制不明 最微觀而言 摩擦力的受力點根本不可能在同一點上如果你把微觀的原分子一起列入考慮 那麼功能定理總是適用的 熱能跟化學能也可以被看作是原分子的動能與位能 化學能並不是直接就可以轉化成車的動能以你舉的例子 原分子釋放化學能變熱 可以看作是原分子的位能變成動能 而原分子撞擊了引擎 於是齒輪跟輪子轉動 碰到地面的過程 輪子的原分子跟地板原分子 彼此之間的位能改變於是改變了動能 使得車子得以前進這一連串的過程 全部都有各種內力的做功 只是因為對於這一連串的微觀過程缺乏資訊 過度地簡化成摩擦力作用在一個點上所以才會得出摩擦力不做功 可是 其實不通過各種內力的做功整段過程根本就不可能實現所以 這牽扯到 到底是把摩擦力當作是這一連串的過程的總和或者 把摩擦力想成是非常理想的情況 真正只作用在一個點而把其他過程分開 但真實的摩擦力一定不可能是後者那麼理想
作者: jackcrow (我不相信偶然)   2019-04-27 23:12:00
Eriri將車子能量轉換過程微觀的轉換過程解釋的真不錯
作者: kbccb01 (王同學)   2019-05-01 14:27:00

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