Следует подчеркнуть, что условие диссипации энергии относится к разряду условий достаточных, но необходимых для отнесения данного процесса к разряду необратимых.
В этом понятии «достаточности, но не необходимости» содержится та мысль, что всякий процесс, сопровождаемый диссипаций энергии, будет необратим. Однако обратное утверждение, что всякий необратимый процесс будет обязательно сопровождаться диссипацией энергии, было бы совершенно ошибочным.
Примеры того, что последнее утверждение ложно, мы обсудим в термодинамике.
Сейчас важно отметить лишь, что в силу условия «достаточности, но не необходимости» понятие о необратимых процессах вообще шире, чем понятие о процессах, сопровождаемых диссипацией энергии.
Общего определения понятия необратимого процесса мы не можем дать в настоящей лекции.
Существует широко распространенное заблуждение, что к числу обратимых процессов, в частности процессов, не сопровождаемых диссипацией энергии (консервативные процессы), относятся лишь процессы, протекающие достаточно медленно.
Здесь важно выделить курсивом слово «лишь», т.к. в остальном сказанное совершенно верно. Упомянутое заблуждение относится именно к слову «лишь».
Кроме того, безотносительное употребление понятий «быстрый» и «медленный» процесс лишены конкретного смысла.
Уточним и расширим понятие обратимости или необратимости для систем, в которых существуют силы внутреннего трения, например, для упруго-вязкой среды.
Прежде всего внесем определенность в понятие достаточно медленного процесса.
Достаточно медленным процессом будет считаться лишь такой, в котором силы внутреннего трения стремятся к нулю благодаря очень малому градиенту скорости
lim →0
т.е. благодаря очень малой скорости деформации сдвига .
В этом случае работа сил трения также стремится к нулю, и система из диссипативной превращается в консервативную, т.е. в идеально обратимую.
Обратим внимание на то, что все это рассуждение справедливо не только для систем, в которых действуют силы внутреннего трения. Но и другие силы, зависящие от скорости по такому закону, что при
К идеально обратимым относятся также и достаточно быстрые процессы.
Именно это общее и для механики, и для термодинамики положений остается обычно в тени существующих изложениях в учебной, а нередко и в научной литературе.
«Достаточно быстрые»- это такие процессы, в которых одинаково направленная извне приложенная сила действует в течение времени t много меньшего времени релаксации τ.
t .
В этом случае за время действия силы не успевает происходить сколько-нибудь заметной релаксации напряжения и диссипации упругой энергии, а в силу этого, чем более сильно выражено неравенство t≪τ, тем ближе процесс приближается к отсутствию диссипации. Среда или система переходит в идеальную механическую, консервативную.
Очень важным является случай периодической деформации упруго-вязкой среды.
Как в случае, когда период деформации ½Т ₁≫ τ . . . (А), так и в случае, когда ½T2≪ (В), деформация оказывается свободной от диссипации энергии.
В первом случае (А) потому, что вязкие силы, т.е. силы внутреннего трения, очень малы и работа их в пределе при Т1→ ꝏ также обращается в нуль.
Во втором случае диссипации энергии нет или она очень мала, потому что за время ½T2, т.е. за время, пока сила действует в течении очень краткого промежутка ½T2 в одном направлении, релаксация напряжения и диссипация энергии оказывается весьма малой и в пределе, при ½T2 →0, также стремится к нулю.
Благодаря этому в упруго-вязких средах будут сильно поглощаться колебания и волны только с периодом порядка времени релаксации
Т≈τ.
Наоборот, при условии (А) и (В) поглощение волн будет слабым.
§6. Стационарный процесс и время релаксации