Теория:

Присматриваясь к движению подпрыгивающего на земле мячика, можно обнаружить, что после каждого удара он поднимается на несколько меньшую высоту, чем раньше, то есть полная механическая энергия не остается постоянной, а понемногу убывает.
 
мяч.png
 
Причина заключается в возникновении сил трения: сопротивления воздуха, в котором движется мячик, и внутреннего трения в самом материале мячика и поверхности, на которой он подпрыгивает.
При наличии трения закон сохранения механической энергии всегда нарушается, и полная энергия тел уменьшается. За счет этой убыли энергии и совершается работа против сил трения.
Пример:
При движении лодки, которую оттолкнули от берега пруда, потенциальная энергия лодки остается постоянной, но из-за сопротивления воды уменьшается скорость движения лодки, то есть ее кинетическая энергия.
В природе все движения (за исключением движений в вакууме, например, движений небесных тел) сопровождаются трением. Поэтому при таких движениях закон сохранения механической энергии нарушается, и это нарушение происходит всегда в одну сторону — в сторону уменьшения полной механической энергии. Совершенная против сил трения работа не переходит полностью в кинетическую или потенциальную энергию тел. Из-за этого суммарная механическая энергия тел уменьшается.
Однако работа против сил трения не исчезает бесследно. Прежде всего, движение тел при наличии трения ведет к их нагреванию. Например, первобытные люди добывали огонь быстрым трением сухих кусков дерева друг о друга.
 
трение.png
 
Нагревание происходит также при совершении работы против сил внутреннего трения, например, при многократном изгибании проволоки.
Нагревание при движении, связанном с преодолением сил трения, часто бывает очень сильным. Так, при торможении движении гоночного автомобиля тормозные диски сильно нагреваются.
 
авто.png
 
При спуске корабля со стапелей на воду для уменьшения трения стапеля обильно смазываются, и все же нагревание так велико, что смазка дымится, а иногда даже загорается.
 
спуск.png
 
При движении тел в воздухе с небольшими скоростями, например, при движении брошенного камня, сопротивление воздуха невелико, на преодоление сил трения затрачивается небольшая работа, и камень практически не нагревается. Но быстро летящая пуля разогревается значительно сильнее.
Мелкие метеориты, влетающие с огромными скоростями (десятки километров в секунду) в атмосферу Земли, испытывают такую большую силу сопротивления среды, что полностью сгорают в атмосфере.
 
метеорный дождь.png
 
Нагревание в атмосфере искусственного спутника Земли, возвращающегося на Землю, так велико, что на нем приходится устанавливать специальную тепловую защиту.
 
спутник.png
 
Кроме нагревания, трущиеся тела могут испытывать и другие изменения. Например, они могут измельчаться, растираться в пыль, может происходить плавление, то есть переход тел из твердого в жидкое состояние: кусок льда может расплавиться в результате трения о другой кусок льда или о какое-либо иное тело.
Если движение тел связано с преодолением сил трения, то оно сопровождается двумя явлениями:
1. сумма кинетической и потенциальной энергий всех участвующих в движении тел уменьшается;
2. происходит изменение состояния тел, в частности может происходить нагревание.
Помимо потенциальной энергии тяготения и упругости и кинетической энергии тело обладает и энергией, зависящей, от его состояния — внутренней энергией.
 
Обрати внимание!
Внутренняя энергия тела зависит от его температуры, от того, является ли тело твердым, жидким или газообразным, как велика его поверхность, является ли оно сплошным или мелко раздробленным и так далее. В частности, чем температура тела выше, тем больше его внутренняя энергия.
Хотя при движениях, связанных с преодолением сил трения, механическая энергия систем движущихся тел уменьшается, но зато возрастает их внутренняя энергия. Так, при торможении поезда уменьшение его кинетической энергии сопровождается увеличением внутренней энергии тормозных колодок, бандаж колес, рельсов, окружающего воздуха и так далее в результате нагревания этих тел.
Это относится также и к тем случаям, когда силы трения возникают внутри тела, например, при разминании куска воска, при неупругом ударе свинцовых шаров, при перегибании куска проволоки.
 
Обрати внимание!
Силы трения занимают особое положение в вопросе о законе сохранения механической энергии.
Если сил трения нет, то закон сохранения механической энергии соблюдается: полная механическая энергия системы остается постоянной.
Если же действуют силы трения, то энергия уже не остается постоянной, а убывает при движении, но при этом всегда растет внутренняя энергия.
С развитием физики обнаруживались все новые виды энергии: световая энергия, энергия электромагнитных волн, химическая энергия, проявляющаяся при химических реакциях, ядерная энергия.
Оказалось, что совершаемая над телом работа равна сумме всех видов энергии тела; работа же, совершаемая некоторым телом над другими телами, равна убыли суммарной энергии данного тела.
Для всех видов энергии возможен переход энергии из одного вида в другой, переход энергии от одного тела к другому, но что при всех таких переходах общая энергия всех видов остаётся все время строго постоянной. В этом заключается всеобщность закона сохранения энергии.
Хотя общее количество энергии остается постоянным, количество полезной для нас энергии может уменьшаться, и в действительности постоянно уменьшается. Переход энергии в другую форму может означать переход ее в бесполезную для нас форму. В механике чаще всего это — нагревание окружающей среды, трущихся поверхностей и тому подобное. Такие потери не только невыгодны, но и вредно отзываются на самих механизмах.
Характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии, которая определяется отношением полезно использованной энергии Eпол к общему (суммарному) количеству энергии Eобщ, полученному системой, называется коэффициентом полезного действия (КПД) этой системы.
Обозначается КПД буквой η, измеряется чаще всего в процентах и, согласно определению, может быть найден по формуле:
 
η=EполEобщ100%.