ГДЗ по физике, 7 класс, Белага, номер 46.1: Невозможность создания вечного двигателя

Вечным двигателем называют устройство, которое могло бы совершать работу бесконечно долго без затрат энергии или с КПД 100%. Чтобы понять, почему это невозможно, обратимся к фундаментальным законам природы.

Первое и главное препятствие — закон сохранения энергии . Энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь переходит из одной формы в другую. Любой реальный механизм при работе неизбежно преодолевает силы сопротивления (трение, сопротивление воздуха). Часть полезной энергии превращается во внутреннюю энергию деталей и окружающей среды (нагрев), то есть рассеивается. Без подвода энергии извне запас энергии машины исчерпывается, и она останавливается.

Второе препятствие связано со вторым началом термодинамики . Даже если бы мы попытались использовать тепловую энергию окружающей среды для совершения работы, мы столкнулись бы с тем, что тепло самопроизвольно переходит от горячих тел к холодным, а не наоборот. Для получения непрерывной работы нужен перепад температур, который рано или поздно выравнивается. Таким образом, создать замкнутую систему, которая будет работать вечно без внешнего источника энергии, противоречит основам современной физики.

Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним определение механической работы. Работа силы F равна произведению модуля этой силы на перемещение точки приложения силы и на косинус угла между векторами силы и перемещения:

Ключевым моментом здесь является перемещение s . Сила трения покоя возникает между поверхностями тел, которые не скользят друг относительно друга. Однако это не значит, что тела неподвижны относительно других систем отсчета.

Рассмотрим пример: человек стоит на платформе движущегося поезда. На человека действует сила трения покоя со стороны платформы (например, чтобы он не упал при разгоне или торможении). Если поезд разгоняется, точка приложения силы трения покоя (стопы человека) перемещается вместе с поездом относительно земли. В системе отсчета «Земля» сила трения покоя совершает положительную работу, увеличивая кинетическую энергию человека. Если поезд тормозит, сила трения покоя направлена против движения, и работа отрицательна.

Таким образом, сила трения покоя может совершать работу, если тело, к которому она приложена, перемещается относительно выбранной системы отсчета. Важно помнить, что работа зависит от системы отсчета.

Проверим наши рассуждения. 1. Невозможность вечного двигателя подтверждается опытом всех существующих механизмов и теорией термодинамики. Любая попытка обойти закон сохранения энергии обречена на провал. 2. Пример с человеком в поезде показывает, что статическое трение (трение покоя) действительно участвует в передаче энергии. Конвейерная лента, перевозящая грузы, также использует силу трения покоя для совершения работы по перемещению груза.

Следовательно, ответы таковы: вечный двигатель невозможен из-за закона сохранения энергии и диссипации энергии; сила трения покоя может совершать работу в зависимости от выбора системы отсчета.