Номер 2, страница 138 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

2. Почему работа по преодолению силы трения скольжения не является полезной?

Чтобы понять, почему работа по преодолению силы трения скольжения не является полезной, необходимо разобраться в понятиях полезной и полной (затраченной) работы, а также в природе самой силы трения.

Полезная работа ($A_{полезн}$) — это та часть работы, которая совершается для достижения конечной цели, ради которой и затевался весь процесс. Например, это работа по подъему груза на высоту $h$ (увеличение его потенциальной энергии $mgh$) или работа по разгону тела до скорости $v$ (увеличение его кинетической энергии $\frac{mv^2}{2}$).

Полная работа ($A_{затр}$) — это вся работа, совершаемая приложенной внешней силой. В реальных условиях часть этой работы всегда уходит на преодоление сил сопротивления, таких как сила трения.

Сила трения скольжения — это диссипативная сила. Это означает, что она всегда направлена против относительного движения соприкасающихся поверхностей. Работа, совершаемая самой силой трения ($A_{тр}$), всегда отрицательна, так как вектор силы трения и вектор перемещения направлены в противоположные стороны (угол между ними $180^\circ$): $A_{тр} = F_{тр} \cdot s \cdot \cos(180^\circ) = -F_{тр} \cdot s$.

Работа, которую мы совершаем для преодоления силы трения, по модулю равна работе самой силы трения ($|A_{тр}|$) и является положительной. Согласно закону сохранения энергии, эта работа не исчезает бесследно. Она переходит из механической энергии в другие формы, в основном — во внутреннюю (тепловую) энергию. В результате трущиеся тела и окружающая среда нагреваются. Также небольшая часть энергии может преобразовываться в звуковую энергию (скрип, шорох) или идти на деформацию и износ поверхностей.

Поскольку в большинстве механических задач целью не является нагрев деталей (часто это даже вредный побочный эффект), то работа, затраченная на преодоление трения, считается бесполезной. Она представляет собой неизбежные потери энергии, которые снижают эффективность любого механизма.

Коэффициент полезного действия (КПД) механизма как раз и показывает, какая доля от всей затраченной работы пошла на пользу: $ \eta = \frac{A_{полезн}}{A_{затр}} = \frac{A_{полезн}}{A_{полезн} + |A_{тр}|} $. Из-за наличия работы против силы трения КПД всегда меньше 1 (или 100%).

Ответ: Работа по преодолению силы трения скольжения не является полезной, потому что она не способствует достижению основной цели (например, перемещению тела или увеличению его механической энергии), а преобразуется в другие виды энергии, в основном во внутреннюю (тепловую). Этот процесс является рассеиванием (диссипацией) энергии, что приводит к энергетическим потерям и снижению коэффициента полезного действия (КПД) механизма.