本文使用 Zhihu On VSCode 創(chuàng)作并發(fā)布

摩擦生熱后，系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，無法再次轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而引起機(jī)械能損失。只有滑動摩擦力做功才會引起摩擦生熱；靜摩擦力做功，機(jī)械能仍舊守恒。

能量轉(zhuǎn)化角度

根據(jù)能量守恒定律，能量只會從一種形式轉(zhuǎn)化另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上。所以一種能量的減小必定對應(yīng)另一種能量的增加，所機(jī)械能的減小是因為摩擦生熱，使得系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)能增加導(dǎo)致的。二者的總量是保持不變的。

摩擦力做功角度

誠然，從能量轉(zhuǎn)化角度可以直接得出機(jī)械能減小的原因來自于摩擦生熱，但是，系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程必然要通過摩擦力做功，那么，為什么說摩擦生熱的過程不等價于摩擦力做功呢？

為了解答這一問題，我們必須具體考慮一個摩擦力做功的過程。

1. 若滑板與滑塊之間沒有相對運(yùn)動：

• 問體系增加的機(jī)械能與外力做的功的大小關(guān)系，系統(tǒng)是否能量損失？

• 摩擦力對滑塊做的功與摩擦力與滑板做功的大小關(guān)系

2. 若滑板與滑塊之間存在相對運(yùn)動，相對運(yùn)動的大小為：

• 問體系增加的機(jī)械能與外力做的功的大小關(guān)系，系統(tǒng)是否能量損失？

• 摩擦力對滑塊做的功與摩擦力與滑板做功的大小關(guān)系

不存在相對運(yùn)動時

外力所做的功為：

由于不存在相互運(yùn)動，所以可以將將滑塊與滑板視作一個整體，則：

所以外力對系統(tǒng)所做的功等于系統(tǒng)的動能增加量，不存在能量損失。

記此時的靜摩擦力為,則滑板所受的摩擦力方向向左，摩擦力做負(fù)功；而滑塊所受的摩擦力方向向右，做正功。

根據(jù)上式，我們可以看出：當(dāng)靜摩擦力做功時，由于系統(tǒng)各部分的位移相同，所以一組互為相互作用力的靜摩擦力做功的代數(shù)和為0，不會造成能量損失。所以，在摩擦力做功的條件下，系統(tǒng)的能量可能不損失。

存在相對位移時

外力所做的功為：

由于存在相對位移，所以將兩個物體分開考慮：
記二者之間的摩擦力為，對于滑塊而言：

對于滑板來說：

所以，體系的機(jī)械能的增加量為：

機(jī)械能的減小量為：

而從摩擦力做功的角度則可以更清楚地觀察到能量的去向：

由此可見：當(dāng)滑動摩擦力做功時，由于相對位移的存在，使得一對滑動摩擦力的做功之和不為零；又因為相對位移方向與滑動摩擦力方向必然相反，所以求和的結(jié)果必然為一負(fù)數(shù)，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)的能量損失。

結(jié)論與擴(kuò)展

靜摩擦力做功時，系統(tǒng)能量不損失；而存在滑動摩擦力做公關(guān)時，系統(tǒng)的能量損失。
系統(tǒng)損失的機(jī)械能通過摩擦生熱轉(zhuǎn)化為體系的內(nèi)能，揭示了內(nèi)能熱量與機(jī)械能本質(zhì)上是一種物理量。