Большая советсткая энциклопедия Диссипативные системы

Диссипативные системы

Диссипативные системы, механические системы, полная механическая энергия которых (т. е. сумма кинетической и потенциальной энергий) при движении убывает, переходя в другие формы энергии, например в теплоту. Этот процесс называется процессом диссипации (рассеяния) механической энергии; он происходит вследствие наличия различных сил сопротивления (трения), которые называются также диссипативными силами. Примеры Д. с.: твёрдое тело, движущееся по поверхности другого при наличии трения; жидкость или газ, между частицами которых при движении действуют силы вязкости (вязкое трение), и т.п.

Движение Д. с. может быть как замедленным, или затухающим, так и ускоренным. Например, колебания груза, подвешенного к пружине (рис., а), будут затухать вследствие сопротивления среды и внутреннего (вязкого) сопротивления, возникающего в материале самой пружины при её деформациях. Движение же груза вдоль шероховатой наклонной плоскости, происходящее, когда скатывающая сила больше силы трения (рис., б), будет ускоренным. При этом его скорость v, а следовательно, и кинетическая энергия Т = mv²/2, где m — масса груза, всё время возрастают, но это возрастание происходит медленнее, чем убывание потенциальной энергии П = mgh (g — ускорение силы тяжести, h — высота груза). В результате полная механическая энергия груза Т + П всё время убывает.

Понятие Д. с. употребляют в физике также и к немеханическим системам во всех случаях, когда энергия упорядоченного процесса переходит в энергию неупорядоченного процесса, в конечном счёте — в тепловую. Так, система контуров, в которой происходят колебания электрического тока, затухающие из-за наличия омического сопротивления, будет также Д. с.; в этом случае электрическая энергия переходит в джоулево тепло.

Практически в земных условиях из-за неизбежного наличия сил сопротивления все системы, в которых не происходит притока энергии извне, являются Д. с. Рассматривать их как консервативные, т. е. такие, в которых имеет место сохранение механической энергии, можно лишь приближённо, отвлекаясь от учёта сил сопротивления. Однако и неконсервативная система может не быть Д. с., если в ней диссипация энергии компенсируется притоком энергии извне. Например, отдельно взятый маятник часов из-за наличия сопротивлений трения будет Д. с. и его колебания (как и груза на рис., а) будут затухать. Но при периодическом притоке энергии извне за счёт заводной пружины или опускающихся гирь диссипация энергии компенсируется и маятник будет совершать автоколебания.

С. М. Тарг.