摩擦过程:能量去了哪里?

滑块停下,不是能量消失,而是能量换了一本“账”。

本实验的系统边界 滑块+粗糙水平面。摩擦发生在系统内部,因此要同时记录机械能和内能。
2.0 kg
0.5 kg5.0 kg
6.0 m/s
1.0 m/s10.0 m/s
0.30
0.050.80

演示中取重力加速度 g=9.8 m/s²。拖动下方“运动进度”也能逐帧查账。

准备:滑块具有初动能

已运动时间0.00 s
已滑行距离0.00 m
摩擦力大小5.88 N

能量账本

✓ 能量守恒,差额 0.000 J
滑块动能 Eₖ36.00 J
系统内能增加 ΔU0.00 J
Eₖ+ΔU36.00 J

36.00 J − 5.88 N × 0.00 m = 36.00 J;ΔU = 5.88 N × 0.00 m = 0.00 J

为什么滑块质量变大,停止距离却不变?

质量变大,初动能按质量成比例增大;但滑动摩擦力也按质量成比例增大。两边的质量正好约去。

停止时:½mv₀²=μmgx,所以 x=v₀²/(2μg)。质量 m 不在最终结果中。

机械能减少量等于克服摩擦力做的功;对“滑块+水平面”这个系统来说,它同时就是内能增加量。账本里的总能量始终没有少。

停下以后,它会自己“倒放”吗?

大量粒子的无规则运动,能不能自发地精确配合,把已停下的滑块重新推到初速度?

宏观方向性:机械能自发转化并分散为内能的过程很常见;内能自发集中成滑块有序运动,虽然不能简单说成违反微观力学,却几乎观察不到。这就是摩擦过程的不可逆性。