1.2.9 Сила трения. Сухое трение
Видеоурок: ТрениеЛекция: Сила трения. Сухое трение
Сила трения
Одним из видов взаимодействия тел является трение. Если объекты взаимодействуют своими поверхностями, то такое трение называется внешним, двигающиеся жидкости и газы вызывают внутреннее трение.
Если бы данной силы не существовало, то все тела, однажды запущенные, двигались бы не прекращая.
Характеристика силы:
1. Всегда направлена в противоположную сторону от равнодействующей силы.
2. Точка приложения: вдоль плоскости соприкосновения поверхностей.
3. Формула для нахождения модуля силы:
N — это сила, с которой опора реагирует на вес тела. Одна из разновидностей сил упругости.
Коэффициент трения можно найти в соответствующих таблицах.
Сухое трение
Сухое трение — взаимодействие, возникающее при соприкосновении тел, между которыми нет жидкостей или газов.
Виды сухого трения:
- скольжение
- покоя
- качения
Сила трения покоя
Сила трения, которая препятствует движению тел, называется силой покоя.
Данная сила является самой большой. Чтобы сдвинуть с места тело, необходима, куда большая сила, чем поддерживать его движение.
Зависимость силы трения от приложенной силы тяги можно наблюдать на графике:
Сила трения скольжения
Данная сила возникает в тот момент, когда была преодолена сила трения покоя. В данном случае коэффициент трения уменьшается. Для обеспечения лучшего скольжения поверхность необходимо смочить или наполировать. Однако следует обратить внимание, если полностью убрать все шероховатости поверхности, коэффициент трения снова увеличивается за счет сближения молекул данного тела, сила взаимодействия которых препятствует передвижению.
Сила трения качения
Это самая небольшая сила трения. Каждый однажды мог убедиться в этом на практике — куда проще передвинуть шкаф на колесиках, чем на сплошной опоре.
Существуют задачи, где указанно, что трением можно пренебречь, если же это не так, то данную силу следует учитывать при составлении II закона Ньютона. Обратите внимание, что если ось ОХ направлена в сторону равнодействующей силы, то перед проекцией силы трения всегда будет стоять знак минус.
- Вконтакте
- Сайт
ТРЕНИЕ ВНЕШНЕЕ • Большая российская энциклопедия
Авторы: В. А. Самсонов
ТРЕ́НИЕ ВНЕ́ШНЕЕ, свойство контактирующих тел, препятствующее относительному скольжению одного тела по поверхности другого. Различают сухое и вязкое трение.
Сухое трение возникает при соприкосновении поверхностей твёрдых тел. Этот вид Т. в. способен обеспечить относит. покой тел за счёт силы $\boldsymbol T$ трения покоя, уравновешивающей малые внешние силы, которые могли бы вызвать скольжение при отсутствии Т. в. В этом случае взаимодействующие тела можно рассматривать как единое тело, две части которого сцеплены между собой внутр. силами. Предельное (пороговое) значение $T_{maкc}$ этой силы зависит от величины силы прижатия $\boldsymbol N_0$ одного тела к другому. По закону Амонтона $T_{maкc}=fN_0$, где коэф. $f$ зависит от свойств контактирующих тел.
Рис. 1. Силы, действующие на тело, лежащее на опоре.
Простейшей иллюстрацией трения покоя служит задача о поведении тела весом $\boldsymbol P$, опирающегося на горизонтальную плоскость плоским торцом (рис. 1). Пусть к телу приложена внешняя сила $\boldsymbol F$, линия действия которой горизонтальна и проходит через центр масс $C$ тела, расположенный на расстоянии $h$ от опоры и расстоянии $a$ от переднего края тела. Тело остаётся в покое, пока величина $F$ достаточно мала. Это означает, что $N=P$ и $Т=F$, где $\boldsymbol N$ – сила нормальной реакции опоры, равная по величине и противоположная по направлению силе прижатия $\boldsymbol N_0$. Однако $\boldsymbol F$ и $\boldsymbol Т$ образуют пару сил, момент которой для поддержания состояния покоя должен уравновешиваться моментом др. пары сил: $\boldsymbol N$ и $\boldsymbol P$. Т. о., линия действия силы $\boldsymbol N$ смещена от вертикали $CA$ в сторону направления силы $\boldsymbol F$. Следовательно, распределение давления тела на опору отличается от случая $F=0$. Система тело – плоскость испытывает малую деформацию, причём нагрузка на «заднюю» часть тела меньше, чем на «переднюю». При $Pa < Fh < hT_{maкc}$ сила $\boldsymbol F$ вызовет вращение тела вокруг точки $B$ (опрокинет тело).
При увеличении значения $F$ до величин $F > T_{maкc}$ тело начнёт скользить по плоскости. Сухое Т. в., создающее сопротивление при скольжении, называется трением скольжения. Сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную поступат. перемещению скользящего тела, и также подчиняется закону Амонтона $T=f_1N_0$, но с коэф. $f_1$, который может зависеть от скорости $𝒗$ скольжения; как правило, $f_1 < f$. Трение скольжения – диссипативный процесс, связанный с преобразованием кинетич. энергии тела в др. виды энергии (энергия тратится на нагрев, разрушение, электризацию и др.).
Если сила $\boldsymbol F$, вызвавшая поступательное скольжение тела, прекратит своё действие ($F=0$), тело постепенно остановится при условии $fh < a$. Если же тело в процессе движения попадает на участок плоскости, где $a < fh < a+J/ma$ (здесь $m$ – масса, $J$ – центральный момент инерции тела), при прекращении действия силы $\boldsymbol F$ тело начнёт опрокидываться через точку $B$, однако скольжение продолжится. При $fh > a+J/ma$ скорость точки $B$ мгновенно обратится в нуль, тело испытает т. н. удар трением, который иногда аналогичен эффекту заклинивания. Удар трением чувствует, напр., человек, съезжающий с ледяной горки на асфальт.
Рис. 2. Трение, возникающее при скольжении вращающегося цилиндра (вид сверху).
Особым случаем является ситуация, когда скользящее тело, напр. цилиндрич. шайба радиуса $r$, одновременно вращается вокруг вертикальной оси с угловой скоростью $Ω$ (рис. 2). Величина силы Т. в. в передней части шайбы выше, чем в задней (т. к. давление тела на опору в передней части выше, чем в задней). Направления локальных скоростей скольжения в этих областях также различны, поэтому различаются и направления локальных сил Т. в. Момент силы $\boldsymbol Т$ тормозит вращение тела, линия действия силы $\boldsymbol Т$ не параллельна направлению скорости $v$, поэтому траектория точки $C$ оказывается криволинейной. При $Ωr < v$ условия опрокидывания и удара трением имеют тот же вид, что и при отсутствии вращения ($Ω=0$). Кроме того, $T < fN$, что важно для такелажной практики: значительно легче передвигать тело, поворачивая его то в одну, то в др. сторону.
При качении колеса или шара возникает сухое трение качения. В этом случае область контакта тела с опорой мала, что облегчает его опрокидывание и начало качения. Высокое давление в области контакта вызывает деформацию как тела, так и опоры. Качение тела по опоре сопровождается непрерывным сжатием тела и опоры в передней части области контакта и восстановлением их формы в задней части. Эти процессы протекают несимметрично, что обеспечивает некоторую потерю энергии при качении (в осн. на нагрев). Кроме того, на краях области контакта неизбежны локальные проскальзывания. Если же качение сопровождается вращением тела вокруг вертикальной оси, зона проскальзывания расширяется, а зона совместной деформации сокращается, вызывая искривление траектории вращающегося тела (что можно видеть, напр. , при движении бильярдных шаров). Законченная теория трения качения пока не создана.
Вязкое трение возникает при сопротивлении движению тела жидкой или газообразной среды и зависит от вязкости среды. Изучением движения тела в жидкой и газообразной средах занимаются соответственно гидродинамика и аэродинамика. Однако существует широкий класс объектов, в которых между скользящими твёрдыми телами располагается слой смазки, существенно влияющей на трение. При рассмотрении подобных объектов надо учитывать также законы вязкого трения. Смазка может практически ликвидировать сухое трение ($f_1→0$), причём величина силы трения будет зависеть от скорости $𝒗$ относит. скольжения, обращаясь в нуль при $𝒗=0$.
Т. в. играет существенную роль в технике и быту. Трение покоя обеспечивает относит. равновесие тел, позволяет человеку ходить, даёт возможность колесу играть роль движителя и т. д. Трения скольжения и качения, как правило, являются помехой в технике (исключая тормозные устройства), вынуждая разрабатывать способы их уменьшения. Изучением процессов, порождающих Т. в., занимается трибология.
Что такое трение? — GeeksforGeeks
Когда вы замерзаете, что вы делаете в первую очередь? Здесь есть два варианта: либо закутаться в теплое одеяло, либо помассировать руки, чтобы согреться. Вопрос теперь в том, почему? Когда мы соприкасаемся руками, как они согреваются? Трение возникает при трении рук друг о друга, что приводит к теплу. Это вызывает у нас теплые чувства.
Когда мы бросаем мяч на пол, он начинает быстро двигаться. Однако никакая сила не должна действовать в направлении движения, и шарик должен продолжать катиться по первому закону Ньютона, а этого не происходит. Вместо этого мяч останавливается после определенного расстояния, что указывает на то, что на него действует сила. Итак, что же такое «трение»? Зачем оно нужно? Давайте посмотрим на это поближе.
Что такое трение?
Трение — это сила, противодействующая движению одного предмета, скользящего или катящегося относительно другого.
Его вызывает электромагнитное притяжение между заряженными частицами двух соприкасающихся поверхностей. Мы сталкиваемся с ним и используем его каждый день, когда предметы соприкасаются друг с другом. Несмотря на то, что он всегда работает в направлении, противоположном тому, как объект желает скользить.
Например, когда мы хотим остановиться или притормозить, мы используем автомобильные тормоза, потому что трение, возникающее между тормозами и колесами, заставляет автомобиль замедляться или останавливаться.
Трение обеспечивает необходимую тягу для ходьбы без скольжения. В большинстве ситуаций трение полезно. Однако они оказывают значительное сопротивление этому предложению. Кроме того, примерно 20% мощности двигателя автомобиля используется для преодоления сил трения в движущихся частях. Давайте посмотрим на некоторые из этих характеристик в следующем разделе.
Факторы, влияющие на трение
Сила трения может изменяться под действием следующих факторов:
- Когда две шероховатые поверхности соприкасаются, степень трения между ними высока из-за чрезмерного сцепления шероховатых поверхностей.
- Поскольку при соприкосновении двух гладких поверхностей меньше взаимное сцепление между гладкими поверхностями, степень трения между ними низка.
- На него также влияет вес объекта или величина силы, которую он оказывает на поверхность.
Что вызывает трение?
Неровности на двух соприкасающихся поверхностях вызывают трение. В результате, когда один объект проходит над другим, неровности на поверхности переплетаются, вызывая трение. Чем шероховатее поверхность, тем больше неровностей и больше трение.
Типы трения
Существуют в основном два типа трения:
1. Сухое трение: Оно происходит между твердыми поверхностями. Он имеет четыре типа.
- Статическое трение
- Кинетическое трение
- Трение качения
- Трение скольжения
2. Жидкостное трение: Оно происходит в жидкостях и газах.
Эффект трения
- Также приводит к потере мощности.
- Благодаря трению мы можем ходить, бегать, играть и так далее.
- Вырабатывает тепло, которое можно использовать для обогрева частей предмета или себя.
- Во время любой операции издает шум.
Применение трения
- Трение создается движением поршней в цилиндре.
- Когда зажигаются спички, возникает трение.
- Поскольку между ручкой и доской существует трение, писать на книгах и на доске возможно.
Законы трения
Ниже приведены пять законов трения:
- Трение между движущимся объектом и нормальной силой пропорционально и перпендикулярно.
- Трение существует независимо от площади контакта, пока она есть.
- Трение объекта определяется типом поверхности, с которой он соприкасается.
- Коэффициент статического трения выше коэффициента кинетического трения.
- Скорость не влияет на кинетическое трение.
Примеры задач
Задача 1: Девочка едет на своей игрушечной машинке по сухому мраморному полу, мокрому мраморному полу, газете , и разостланному на полу полотенце. Расположите силы трения, действующие на автомобиль на разных поверхностях, в порядке возрастания.
Ответ:
Сила трения между двумя поверхностями определяется их природой. Если соприкасающиеся поверхности более шероховатые, трение будет выше. Поскольку мокрый мраморный пол является наименее абразивным из трех, на него будет воздействовать наименьшая сила. Итак, в порядке шероховатости мокрый мраморный пол, сухой мраморный пол, газета и полотенце являются самыми шероховатыми. В результате сила будет в той же последовательности.
Задача 2: Может ли трение быть равным нулю?
Ответ:
Нет, нулевого трения быть не может, потому что любая поверхность будет иметь незначительные неровности, независимо от степени смазки.
Задача 3: Какова связь между трением и силой тяжести?
Ответ:
Формула для силы трения дается как:
F = μ N
где μ — коэффициент трения, а N — нормальная сила.
Здесь
N = mg
где g — ускорение под действием силы тяжести или силы тяжести.
Нормальная сила представляет собой перпендикулярную силу, приложенную к поверхности тела. На тело действует поверхность под действием силы тяжести на тело в направлении вниз.
Гравитация — это нисходящее ускорение, испытываемое любым человеком на поверхности любой планеты. Это отвечает за вес, испытываемый телом. На плоской поверхности вес и нормаль противоположны по направлению. Соприкасающаяся поверхность создает силу трения.
Сила трения противоположна направлению толчка, приложенного к телу, чтобы заставить его двигаться. Если гравитация очень сильна, тело становится труднее скользить по поверхности из-за увеличения силы трения.
Проблема 4: Когда мы тормозим в машине, она замедляет движение; хотя это внутренняя сила. Почему?
Ответ:
Для системы автомобиля, тормозов и дороги, по которой он движется, применение тормозов представляет собой внешние силы, поэтому автомобиль тормозит. Это трение, которое действует против движения автомобиля.
Задача 5. Почему сила трения не является консервативной?
Ответ:
Сила трения не является консервативной, поскольку работа, совершаемая трением, зависит от пути.
Трение Определение и значение — Merriam-Webster
трение ˈfrik-shən
1
а
: трение одного тела о другое
трение наждачной бумаги по дереву
б
: сила, препятствующая относительному движению двух контактирующих тел
масло в автомобильном двигателе снижает трение 9
трения между соседями через узкое сужение во рту или голосовой щели
без трения
ˈfrik-shən-ləs
имя прилагательное
без трения наречие
Синонимы
- конфликт
- несогласие
- раздор
- несоответствие
- несоответствие
- дисгармония
- раздор
- разногласия
- несогласие
- инакомыслие
- диссонанс
- разобщенность
- отделение
- распри
- дисгармония
- раскол
- раздор
- дисперсия
- война
- warfare
Просмотреть все синонимы и антонимы в тезаурусе
Примеры предложений
трение
Недавние примеры в Интернете
Когда космический корабль резко упал, атмосферное трение
Эти примеры предложений автоматически выбираются из различных онлайн-источников новостей, чтобы отразить текущее использование слова «трение». Мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв.
История слов
Этимология
ранее лечебное растирание конечностей, от среднефранцузского, от латинского трение-, frictio , от фрикар до руб; сродни латинскому friare рассыпаться и, возможно, санскритскому bhrīṇanti они ранят
Первое известное использование
1704, в значении, определенном в смысле 1a
Путешественник во времени
Первое известное использование трения было в 1704 г.
Посмотреть другие слова того же года
Словарные статьи около
трениячертовски
трение
фрикционный
Посмотреть другие записи поблизости
Процитировать эту запись «Трение».
Словарь Merriam-Webster.com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/friction. По состоянию на 21 декабря 2022 г.Copy Citation
Детское определение
Трение
сущ.
трение ˈfrik-shən
1
а
: трение одной вещи о другую
б
: сила, противодействующая движению между соприкасающимися телами
трение коробки, скользящей по полу
смазка уменьшает трение
2
: разногласия между людьми или группами
3
: звук, создаваемый движением воздуха через узкое сужение во рту или голосовой щели
фрикционный
-shnəl
-shən-ᵊl
имя прилагательное
фрикционно
наречие
без трения
-ləs
имя прилагательное
Еще от Merriam-Webster о трении
Английский: Перевод Friction для говорящих на испанском языке
Britannica English: Перевод Friction для говорящих на арабском языке
Britannica.