1. Чем отличается работа силы трения от работы других сил?
Сила трения (имеется в виду трение скольжения) возникает при движении одного тела
относительно другого. Направлена сила трения всегда против направления движения. В
этом её главное отличие от сил тяжести и упругости.
Работа силы тяжести и силы упругости может быть и положительной и отрицательной.
Например, при свободном падении тела работа силы тяжести положительна и его
кинетическая энергия растёт. Если же тело брошено вертикально вверх, оно движется
против силы тяжести, работа силы тяжести отрицательна, и кинетическая энергия тела
уменьшается. В конце концов, тело останавливается на миг и начинает обратный путь
вниз.
Иначе «ведёт себя» сила трения. Если толкнуть тело, лежащее на горизонтальной
поверхности, оно станет двигаться против силы трения подобно тому, как движется тело,
брошенное вверх. Кинетическая энергия тела уменьшается (работа отрицательная!).
Пройдя какое-то расстояние, тело остановится, но не «на миг». Оно останавливается
совсем и в обратный путь не двинется.
Всё дело в том, что в примере с телом, брошенным вверх, кинетическая энергия тела,
постепенно уменьшаясь, превращается в энергию потенциальную. На «обратном» пути
потенциальная энергия снова превращается в кинетическую. В случае же движения тела
под действием силы трения кинетическая энергия тела уменьшается, но в потенциальную
энергию не превращается. Поэтому у такого тела «обратного» пути нет.
Когда на тело действует сила трения (сама по себе или вместе с другими силами),
закон сохранения полной механической энергии нарушается: кинетическая энергия
уменьшается, а потенциальная взамен не появляется. Полная механическая энергия
уменьшается.
Если, например, тело падает не в пустоте, а в воздухе, то потенциальная энергия
уменьшается на mgh, как и в пустоте. Но скорость тела, когда оно достигает поверхности
Земли, будет меньше, чем при свободном падении. Меньшей будет и его кинетическая
энергия, так что её увеличение уже не будет равно уменьшению потенциальной энергии.
Уменьшение полной механической энергии произошло из-за работы силы сопротивления
воздуха, а эта сила очень похожа на силу трения.
Но оказывается, что нарушение закона сохранения энергии из-за действия силы трения
только кажущееся. Дело в том, что трение одного тела о другое всегда приводит к
нагреванию обоих трущихся тел, к повышению их температуры. Известно, что
температура тел определяется кинетической энергией движения частиц (молекул), из
которых состоят все тела. Тщательные измерения показали, что кинетическая энергия
молекул увеличивается как раз на столько, на сколько уменьшается кинетическая энергия
трущихся тел. Но энергия движения молекул не считается механической энергией.
Механическая энергия — это энергия тел, а не частиц, из которых тела состоят. Ведь в
законы механики температура не входит!
Таким образом, механическая энергия тела или системы тел в случае, когда действуют
силы трения, действительно не сохраняется, а уменьшается. Но мы здесь имеем дело с
ещё одним примером превращения энергии: механическая энергия превращается в
энергию движения молекул. Эту энергию называют внутренней энергией. Закон
сохранения полной механической энергии может и нарушаться. Но никогда не
нарушается закон сохранения полной энергии, если понимать под полной энергией

2. не только механическую энергию, а сумму всех видов энергии — потенциальной,
кинетической, внутренней и других видов.
Работа приложенных к телу сил всегда равна изменению его кинетической энергии.
При действии сил трения часть механической энергии преобразуется и в
немеханическую (внутреннюю) энергию, что приводит к нагреванию трущихся тел.
Но ведь за счёт энергии совершается механическая работа (работа равна изменению
энергии!), так что энергия, превратившаяся во внутреннюю энергию, для получения
работы пропадает. Поэтому во всяком устройстве (машине), предназначенном для
совершения механической работы, всегда стараются уменьшить силы трения.
Об этом нужно знать и помнить тем, кто конструирует и строит машины, и тем, кто
пользуется ими. Если машина, двигатель, аппарат и т. д. во время работы чрезмерно
нагреваются — это верный признак того, что действуют слишком большие силы трения и
нужно принимать меры для их уменьшения (возможно, требуется смазка!). Полностью
устранить трение в механических устройствах нельзя. Какой-то нагрев, а значит, какая-то
потеря механической энергии неизбежны. Но их нужно по возможности уменьшать.
Примеры решения задач
Задача 1.
На тело действует сила трения. Может ли работа этой силы равняться нулю?
Решение
Не может, так как под действием этой силы кинетическая энергия тела необратимо
преобразуется во внутреннюю энергию в зависимости от пройденного расстояния.
Задача 2.
Водитель автомобиля выключает двигатель и начинает тормозить в 20 м от светофора
(дорога горизонтальная). Считая силу трения колёс о дорогу равной 4000 Н, найдите, при
какой максимальной скорости автомобиль успеет остановиться перед светофором, если
масса автомобиля 1,6 т.
Дано:
Fтр  400 Н
l = 20 м
m = 1,6 т = 1600 кг
vmax — ?
Решение
Максимально допустимую скорость автомобиля определим по формуле пути при
равноускоренном движении:
v 2  v0
2
ls .
2a

3. По условию задачи конечная скорость должна быть рана нулю, то есть v = 0 м/с, а
начальная скорость равна максимально допустимой скорости v0 = vmax .
Fтр
Ускорение выразим по второму закону Ньютона: a   , подставим в формулу пути:
m
(v 2  vmax )m
2
(0  vmax )m  vmax  m vmax  m
2 2 2
2lFтр
l = = = . Отсюда vmax = . Вычислим:
2( Fтр ) 2( Fтр ) 2( Fтр ) 2 Fтр m
2  20 м  4000 Н
vmax = =10 м/с.
1600кг
Ответ: vmax =10 м/с или 36 км/ч.