Betrachten wir meine Hand (z. B. parallel), die einen Block auf einer rauen Oberfläche mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Welche Arbeit verrichten die Reibung und meine Hand? Angenommen, der Körper wird durch eine Kraft von 10 N um 1 m verschoben. Dann ist nach meinem Verständnis 1. Fall : Die von meiner Hand geleistete Arbeit beträgt 10 J und die durch Reibung geleistete Arbeit beträgt -10 J, da sie der Verschiebung entgegengesetzt wirkt. Durch Energieerhaltung werden also 10 J in Wärme und Schall umgewandelt, aber wohin gehen diese -10 J? Oder übersehe ich hier etwas? 2. Fall : Beide geleistete Arbeit heben sich gegenseitig auf und die geleistete Nettoarbeit ist Null. Wie wird in diesem Fall zwischen ihnen Wärme erzeugt? Bitte möglichst begrifflich und mathematisch erläutern!
10 J Arbeit werden von Ihnen verrichtet, so dass Ihr Körper 10 J an innerer Energie verliert (hauptsächlich chemische potenzielle Energie; und in Wirklichkeit verliert er aufgrund der unvollkommenen Maschinerie des Körpers mehr).
-10 J Arbeit wird durch Reibung verrichtet, sodass die Oberfläche 10 J Energie in Form von Wärme gewinnt.
Was den Block betrifft, so ist die darauf geleistete Netzwerkarbeit Null, sodass sich seine Energie nicht ändert.
Oder anders ausgedrückt, Sie verwenden 10 J Ihrer chemischen potentiellen Energie in Ihrem Körper, um am Block zu arbeiten, und der Block überträgt diese 10 J Energie auf die raue Oberfläche, indem er daran arbeitet. Das Endergebnis ist also, dass Ihre chemische Energie zu Wärmeenergie der Oberfläche wird (vorausgesetzt, Ihre Körpermaschinerie ist perfekt, wie ich bereits erwähnt habe, sonst wird auch Wärme in Ihrem Körper produziert).
Arbeit ist eine Entität, die vom Bezugsrahmen abhängt.
Ausgehend vom Bezugssystem des Blocks berechnet, ist seine Verschiebung Null, so dass keine Arbeit an dem Block ausgeführt wird. Aber Ihre Hand erfährt eine Verschiebung und wird durch die Reibungskraft beaufschlagt. Für diesen Bezugsrahmen wird also Arbeit vom Block auf Ihrer Hand geleistet. Diese Arbeit wird an der (masselosen) Grenzfläche in Wärme umgewandelt, die dann teilweise in die Hand und teilweise in den Block fließt. Die Trennung zwischen dem Block und Ihrer Hand wird durch die thermischen Eigenschaften beider bestimmt.
Ausgehend vom Ruhesystem Ihrer Hand berechnet, ist seine Verschiebung Null, sodass an Ihrer Hand keine Arbeit geleistet wird. Aber der Block erfährt eine Verschiebung (relativ zu Ihrer Hand) und wird durch die Reibungskraft beaufschlagt. Für diesen Bezugsrahmen gibt es also Arbeit, die von Ihrer Hand auf dem Block ausgeführt wird. Diese Arbeit wird an der (masselosen) Grenzfläche in Wärme umgewandelt und die Wärme fließt dann teilweise in die Hand und teilweise in den Block.
Der thermische Effekt ist also in beiden Bezugssystemen gleich.