Эффект фигуриста или скамья Жуковского ярко демонстрируют нам ЗСМИ.
То есть, если кинетическая энергия фигуриста, с распростертыми руками, равна 10 Дж, то прижав руки к корпусу, ускорившись во вращении, она должна сохранить значение 10 Дж.
Теперь, вращаясь с максимальной скоростью, фигурист снова разводит руки в стороны. Угловая скорость падает, но энергия инерции равна тем же 10 Дж (конечно не учитываем сопротивления трений).
Вопрос:
Куда делась энергия, затраченная на работу по преодолению центробежной силы и уменьшению момента инерции?
Естественные науки
Закон сохранения момента импульса. Куда делась энергия?
Итак, чтобы разобраться, что происходит с энергией, рассмотрим следующую систему - маховик (лёгкий настолько, что моментом инерции можно пренебречь) и грузы, способные находиться как на расстоянии R, так и на расстоянии 2R от оси вращения. Сначала нах. в R, но при отпускании они перемещаются в 2R. Момент инерции грузов вначале составлял M*R^2, но в конце он 4*M*R^2. Т. к. L=const, то W - угловая скорость для компенсации уменьшилась в 4 раза. Но энергия, заключающаяся во вращении вычисляется по формуле E=I*W^2/2=L*W/2. Т. о. энергия, заключающаяся во вращении грузов уменьшилась в 4 раза. Теперь понятно почему грузы при отпускании сами собой отлетают на максимальное расстояние, ведь в природе происходят сами собой лишь процессы, приводящие к уменьшению потенциальной энергии. Энергия равная 3/4 от потерянной грузом равна его кинетической энергии прямо перед моментом его столкновения с шайбами, а затем при этом столкновении пошла на деформацию шайб или их нагрев. Напротив, если фигурист захочет свести руки, чтобы катиться быстрее ему на это придётся затратить энергию, запасённую его телом. Если взять вращающуюся систему материальных точек и моментально убрать все связи между ними, она моментально разлетится во все стороны, при этом т. к. Rт - расстояние от оси до той или иной точки будет расти, то W - угловая скорость будет падать, а с ней и энергия, т. к. L=const. В итоге энергия, заключающаяся во вращении системы будет стремиться к нулю, тогда как сумма кинетических энергий мат. точек будет стремиться к энергии, изначально заключающейся во вращении системы.
В указанном конкретном случае для разведения рук энергия не требуется; наоборот, "центробежная сила" сама способствует такому разводу рук.
Наталья Еремеева
Почему ж, требуется, отрицательная.
Наталья Еремеева
Точнее, при разведении рук он/его ткани совершают отрицательную работу, не давая рукам разлетаться в стороны слишком быстро.
Алексей Иванов
Вы издеваетесь? Второй подряд ответ, на вопрос, с которым невнимательно ознакомились!
" ...прижав руки к корпусу, ускорившись во вращении..."
" ...прижав руки к корпусу, ускорившись во вращении..."
Антон Банных
ЗСИ: J1ω1= J2ω2.
1) Прижатие в бока разведённых рук: J2ω1; J1/J2= ω2/ω1= k>1.
Eмех1= J1ω1²/2; Eмех2= J2ω2²/2= J1/k*(kω1)²/2= k*J1ω1²/2= kEмех1>Eмех1. Механическая энергия системы растёт. Эта энергия берётся из мускульных сил фигуриста.
2) Разведение рук. Аналогичными рассуждениями находим, что механическая энергия системы уменьшается. Избыток энергии затрачивается на удержание рук от ускоренного "разлёта" на стороны. То есть и в этом случае фигурист затрачивает энергию.
1) Прижатие в бока разведённых рук: J2ω1; J1/J2= ω2/ω1= k>1.
Eмех1= J1ω1²/2; Eмех2= J2ω2²/2= J1/k*(kω1)²/2= k*J1ω1²/2= kEмех1>Eмех1. Механическая энергия системы растёт. Эта энергия берётся из мускульных сил фигуриста.
2) Разведение рук. Аналогичными рассуждениями находим, что механическая энергия системы уменьшается. Избыток энергии затрачивается на удержание рук от ускоренного "разлёта" на стороны. То есть и в этом случае фигурист затрачивает энергию.
Так. У тебя одна ось и трения нет.
Кинетическая энергия равна полупроизведению момента импульса на угловую скорость.
Момент импульса сохраняется, угловая скорость меняется - вот она, твоя работа по маханию руками, на изменение кинетической энергии и идет.
Работа бывает еще положительной и отрицательной, не забывай.
В чем проблема-то?
PS.
"То есть, если кинетическая энергия фигуриста, с распростертыми руками, равна 10 Дж, то прижав руки к корпусу, ускорившись во вращении, она должна сохранить значение 10 Дж."
Это еще почему?
Кинетическая энергия равна полупроизведению момента импульса на угловую скорость.
Момент импульса сохраняется, угловая скорость меняется - вот она, твоя работа по маханию руками, на изменение кинетической энергии и идет.
Работа бывает еще положительной и отрицательной, не забывай.
В чем проблема-то?
PS.
"То есть, если кинетическая энергия фигуриста, с распростертыми руками, равна 10 Дж, то прижав руки к корпусу, ускорившись во вращении, она должна сохранить значение 10 Дж."
Это еще почему?
Алексей Иванов
Это, как раз я и спрашиваю - почему...
Понял - энергия меняется! Спасибо!
Давайте с самого начала. Момент импульса это энергия, умноженная на время (Дж•с.). То есть, это количество энергии. Предположим она F=10 Дж.
Согласно ЗСЭ, кинетическая энергия ротора (фигуриста), на которого воздействовал наш момент импульса, будет такой же F1=10 Дж. Так?
Теперь разводим руки (точнее их разводит ЦБС, мы не совершали работы), кинетическая энергия F2 должна быть =10 Дж.
И только совершив работу по сближению центра масс ротора к оси вращения, логично, что эта работа увеличит кинетическую энергию ротора.
Я правильно всё понял?
Понял - энергия меняется! Спасибо!
Давайте с самого начала. Момент импульса это энергия, умноженная на время (Дж•с.). То есть, это количество энергии. Предположим она F=10 Дж.
Согласно ЗСЭ, кинетическая энергия ротора (фигуриста), на которого воздействовал наш момент импульса, будет такой же F1=10 Дж. Так?
Теперь разводим руки (точнее их разводит ЦБС, мы не совершали работы), кинетическая энергия F2 должна быть =10 Дж.
И только совершив работу по сближению центра масс ротора к оси вращения, логично, что эта работа увеличит кинетическую энергию ротора.
Я правильно всё понял?
Вспоминаем https://ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_о_кинетической_энергии_системы
"Изменение кинетической энергии системы равно работе всех ВНУТРЕННИХ и внешних сил, действующих на тела системы".
То есть, внутренние силы не могут изменить импульс и момент импульса системы. А кинетическую энергию - могут.
Здесь как раз такой случай.
И давайте без центробежных сил. Если они есть, то система неинерциальная. А в неинерциальных системах законы сохранения не выполняются.
"Изменение кинетической энергии системы равно работе всех ВНУТРЕННИХ и внешних сил, действующих на тела системы".
То есть, внутренние силы не могут изменить импульс и момент импульса системы. А кинетическую энергию - могут.
Здесь как раз такой случай.
И давайте без центробежных сил. Если они есть, то система неинерциальная. А в неинерциальных системах законы сохранения не выполняются.
Алексей И Ольга Пироговы
Превращая кинетическую в другие виды энергии. Общий баланс энергий в замкнутой системе сохраняется.
Из вопроса ты исключил влияние инерции. И не только в паре сталь-лёд, но и торможение тела в атмосфере. Эти Кдж ушли на нагрев материала в этих парах трения.
Алексей Иванов
Внимательнее читайте вопрос! "(конечно не учитываем сопротивления трений)"
Похожие вопросы
- Противоречие между законом сохранения энергии и законом сохранения импульса
- Закон сохранения импульса или закон сохранения энергии?
- Насколько я знаю, закон сохранения импульса можно выразить из закона сохранения энергии. А можно наоборот, ЗСЭ из ЗСИ?
- Не могу решить простую задачу по физике. как сочетаются законы сохранения импульса и энергии?
- Физика Динамика и закон сохранения энергии и импульса.
- В масштабе вселенной, работает ли закон сохранения энергии?
- Доказательство Закона сохранения импульса
- Каким именно образом сохраняется закон сохранения импульса ракеты при взлете и чему равен импульс во время взлета ракеты
- Как легко и просто опровергнуть лживый закон сохранения энергии? Приведу пример
- Что такое закон сохранения энергии? вн
Почему в 4 раза, не понял...
В вопросе о ЗСМИ, радиусы отличались даже больше чем в 2 раза, но скорость, как вы помните, уменьшилась в 3 с копейками (73/22).