Урок физики в 7-м классе по теме «Сила трения»

Цель: изучение силу трения и ее видов.

Задачи:

• Дидактические: создание условий для усвоения нового учебного материала, используя системно-деятельностный подход и элементов проблемной технологии, формирование умений высказывать научные гипотезы, планировать эксперимент, подтверждающий или опровергающий высказанные гипотезы, формирование навыков исследовательской деятельности обучающегося.
• Образовательные: обеспечить усвоение темы через осмысление ранее полученных знаний и исследовательскую деятельность учащихся, основываясь на этапах научного познания.
• (познакомить учащихся с явлением трения, сформировать понятие сила трения, рассмотреть виды трения, экспериментально установить, от чего зависит эта сила, выяснить причины возникновения силы трения).
• Развивающие: развитие познавательного интереса к физике,формирование представление о процессе научного познания; продолжение работы по овладению методами научного исследования, развитие логического мышления; развитие умений экспериментировать, пользоваться приборами; анализировать, развитие коммуникативных способностей; развитие культуры общения.
• Воспитательные: развитие познавательного интереса к физике,формирование представление о процессе научного познания; продолжение работы по овладению методами научного исследования, развитие логического мышления; развитие умений экспериментировать, пользоваться приборами; анализировать, развитие коммуникативных способностей; развитие культуры общения.

Тип урока: урок формирования «открытия» новых знаний.

Форма урока: проблемный.

Формы организации учебной деятельности: фронтальная, групповая.

Методы обучения: репродуктивный, наглядно-иллюстративный, частично-поисковый, исследовательский.

Методы познания: проблемный, сравнительный, наблюдение, моделирование, анализ.

Оформление класса: На боковой стене в классе представлены высказывания о процессах познания, рисунки, подтверждающие существование силы трения в быту, природе, технике. До начала урока эта информация скрыта.

На левой половине доски записаны:

Мыслящий ум не чувствует себя счастливым,

пока ему не удастся связать воедино разрозненные
факты, им наблюдаемые.
Дьёрдь де Хе́веши

На доске записан эпиграф:

Без сомнения все наши знания

начинаются с опыта.
И.Кант

Школьник понимает физический

опыт, только тогда хорошо,
когда он его делает сам.
(П.Л.Капица)

Ход урока

Психологический настрой

Здравствуйте ребята, садитесь. Добрый день уважаемые гости. Я надеюсь, что все сегодня пришли на урок с хорошим настроением, а для того чтобы оно стало еще лучше, посмотрите друг на друга, улыбнитесь, сделайте несколько глубоких вдохов – выдохов, настройтесь на урок. Начнем.

На слайде представлен «знак информации».

? Что это за знак?

? Откуда вы получают информацию?

При некотором усилии с вашей стороны она может стать знанием.

? Какая информация станет прочными знаниями: просто прочитанная, услышанная или поверенная опытами?

Я с вами согласна.

Поэтому и эпиграфом к уроку взяла слова Имануилла Канта – немецкого философа: «Без сомнения все наши знания начинаются с опыта».

Сегодня продолжим переводить полученную информацию в знания с помощью опыта, эксперимента.

Но прежде, возьмите верхний листок, который лежит у вас на партах – это оценочный лист. Сегодня вы сами будите ставить себе отметки. Подпишите его. В первую колонку, за каждый правильный ответ на мои вопросы будете ставить себе плюсы. Все понятно?

Сегодня будем

изучать явление, с которым люди знакомы с древних времен. Оно сопровождает нас повсюду, каждую секунду мы сталкиваемся с ним, поэтому стало таким привычным, что мы перестали его замечать.

Давайте посмотрим фрагмент фильма и, может быть вы догадаетесь, о каком явлении я говорю.
(Фильм о трении)

? Что делал человек в кадре? (Добывал огонь)

? Каким способом он это делал? (Трением).

Значит, при соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее относительному движению тел, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения.

Именно по вине этой силы изнашиваются детали машин (СЛАЙД), механизмов, стирается подошва обуви (СЛАЙД), но именно благодаря этой силе мы можем катать на коньках (СЛАЙД), лыжах (СЛАЙД), да и просто ходить (Слайд).

Итак, тема нашего урока «Сила Трения». (СЛАЙД)

Откройте тетради. Запишите на полях число, начнем создавать ментальную карту.

Где запишем тему урока? Правильно, посереди листа, ярким цветом.

Мы сегодня на уроке изучим силу трения и ее виды. Что для этого необходимо о ней узнать?

Начинаем заполнять ментальную карту. (обозначение, возникает (при соприкосновении тел), направление, от чего зависит, причина возникновения, виды, каждая «Ветка» пронумерована).

Открываю доску, там образец карты.

К доске выходит ученик и записывает обозначение силы трения.

Сила трения возникает при соприкосновении тел (запишем)

Куда направлена? (ОПЫТ с МАШИНКОЙ)

Другой ученик изображает силу трения на рисунке на доске.

Сила трения – это физическая величина, значит, ее можно измерить. Как называется прибор, которым измеряют силу? (динамометр)

Как можно измерить силу трения? Вспомните, как вы на прошлых уроках измеряли силу тяжести.

Вызванный к доске ученик объясняет, как можно измерить силу трения с помощью динамометра.

(Ученик прикрепляет динамометр к бруску и начинает двигать брусок в горизонтальном направлении. На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Одна сила – сила упругости пружины динамометра, направленная в сторону движения. Вторая сила – это сила трения, направленная против движения. Так как брусок движется равномерно, то значит, равнодействующая этих сил равна нулю. Следовательно, эти силы равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Динамометр показывает силу трения.)

Как вы думаете, от чего зависит сила трения?

Ученики выдвигают гипотезы, (СЛАЙД) от массы (веса), от поверхности (материала), от площади поверхности.

Проверьте ваши предположения, гипотезы опытным путем.

• Две первые группы проверяют, зависит ли сила трения от рода поверхности.
• Две вторые группы – от веса (нагрузки) тела.
• Третья группа – от площади поверхности.
• Четвертая группа получает секретное задание. Отчет о нем даст позже.

Задания для работы в группах

Ребята, на 2 и 4 партах лежат задания и отчет об эксперименте, который вы должны заполнить после проверки гипотезы. Затем мы их выслушаем.

Время работы 5 минут.

Ребята работают в группах, делают выводы, записывают в тетрадь.

Тому, кто делал отчет, ставлю отметку я, остальные сами оценивают свой вклад в работу группы. Группы, которые устно не отвечали, сдадут мне свои отчеты. Напишите на них состав группы.

ВЫВОД: Сила трения зависит от материала (рода поверхности) соприкасающихся тел, от нагрузки и не зависит от площади соприкосновения.

(СЛАЙДЫ)

Скажите вы бывали в Санкт-Петербурге? В Санкт-Петербурге перед Михайловским замком установлен памятник Петру Великому.

Обратите внимание на пьедестала для этого памятника. Он изготовлен из монолитной гранитной глыбы весом 80 тыс. пудов, т.е. более тысячи тонн! Глыбу называли Гром-камнем, так как в него однажды ударила молния, отбив большой осколок. Эту глыбу обнаружили в 9 км от Финского залива, и решили переправить в Петербург. Как же в XVIII веке, не имея ни мощных тягачей, ни подъемных кранов, люди могли совершить такое чудо?

Предположения детей.

Давайте выслушаем отчет 4 группы. Что они проверяли?

Ребята рассказывают об опыте с тележкой, которую сначала надо было тащить, а потом катить.

Объясняю, что когда тело скользит по поверхности другого, то возникающая сила трения называется силой трения скольжения, а если катиться – то сила трения качения, которая меньше трения скольжения. В технике часто стараются заменить силу трения скольжения силой трения качения. Для этого используют подшипники.

Так как же перетащили Гром – камень?

Камень перекатили на специально отлитых бронзовых шарах, накрытых сверху досками специальным образом обработанными.. На доски сверху поместили помост из нескольких рядов плотно уложенных бревен, на него переставили камень. Согнанные из ближайших деревень крестьяне при помощи канатов и воротов двигали камень к берегу. Несколько мужиков должны были все время смазывать шары говяжьим салом и переставлять их вперед после того, как глыба пройдет через них; 120 дней путешествовал так по суше Гром-камень.

Доставленный в Петербург и обработанный мастерами-каменотесами, он стал прекрасным пьедесталом памятника Петру.

ФИЗКУЛЬТМИНУТКА

(Изображаем, как тащили камень, потом пожимаем плечами, потом хлопаем, сели на 5 секунд закрыли глаза, настроились на продолжение урока).

Давайте рассмотрим еще один вид трения.

Внимание на стол учителя. На наклонной плоскости находится брусок. На него действует сила тяжести? (ДА). Но брусок находится в покое. Какая сила мешает движению бруска? Правильно, сила трения, которая называется силой трения покоя.

ОПЫТ: Возьмите бруски, положите на них 2 груза, пробуйте медленно сдвинуть брусок с места. Пружина динамометра растягивается, показания увеличиваются, а брусок все еще находится в покое. И в тот момент, когда он начинает двигаться, сила трения покоя переходит в силу трения скольжения. Трение – это своеобразный страж нашего покоя. Именно, благодаря силе трения покоя, все предметы находятся на поверхности и не скользят по ней. Эта сила удерживает вас на стульях, а стулья на полу, именно эта сила помогает удержать ручки в руке, заколки, банты в волосах девочек, нитки нашей одежды каждая находится на своем месте, узелки на нитках не распускаются сами по себе, а ноги не скользят по поверхности земли.
(Сказка «Репка»)

Сколько видов трения существует? Запишем их в тетрадь.

Отмечаем, что сила трения покоя больше силы трения скольжения, а сила трения скольжения больше силы трения качения.

На партах в маленьких коробочках есть рисунки, относящиеся к одному из видов трения. На каком из них изображена сила трения скольжения? Качения? Покоя? Можете взять эти рисунки с собой и дома приклеить под каждым видом силы трения, а можете дома нарисовать свои.

В чем же причина появления силы трения?

Очень часто мы произносим фразы: «не сотри ноги, сотри, пожалуйста, с доски». Что же мы имеем в виду, когда говорим подобные фразы?

Рассмотрите поверхности бруска и доски, можно воспользоваться лупой.

Что вы видите?

Правильно, неровности, бугорки, шероховатости. Когда поверхность одного тела движется по поверхности другого тела, то шероховатости начинают задевать друг за друга. Это и есть причина возникновения силы трения.

Значит для того, чтобы увеличить трение нужно увеличить неровности. У кого в семье есть автомобиль? Что делают родители, когда наступают заморозки? (Меняют резину на шиповатую, т.е. увеличивают шероховатости, и тем самым увеличивают силу трения).
А в гололед дороги посыпают песком. Зачем?

Логично предположить, что для уменьшения трения нужно сделать поверхности гладкими.

Вызываю ученика и предлагаю передвинуть стекло по стеклу. Трудно, хотя поверхности гладкие. Таким образом, создается новая проблемная ситуация. Учащиеся высказывают различные предположения о существовании какой – то причины возникновения силы трения. Какой? Предлагаю вспомнить об основных положениях МКТ.

На основе имеющихся знаний проблема решается.

Когда поверхности становятся идеально гладкими, то они располагаются очень близко друг к другу, настолько близко, что начинает действовать взаимное притяжения молекул.

Это вторая причина возникновения силы трения. Хотя чаще всего мы будем сталкиваться с силой трения, которая возникает из – за шероховатости поверхностей.

Запишем в тетрадь две причины возникновения силы трения.

Когда соприкасаются твердые тела, то возникающая сила трения называется сухим трение, а когда тело движется по поверхности жидкости, то возникает сила жидкого трения. Как вы думаете, какое трение больше?

Опыт проводит ученик за столом учителя. На куске пенопласта располагается игрушка. Ученик дует на пенопласт, он не движется. Тот же опыт проводит на поверхности вода, налитой в большой сосуд. Пенопласт легко приходит в движение. Значит сила жидкого трения значительно меньше силы сухого трения. Этим часто пользуются в быту и технике, когда нужно уменьшить трение соприкасающихся частей, деталей. Используют смазочные материалы.

Те, у кого есть велосипед, наверное, это делал не раз сам или с родителями. А на лыжах катаетесь? Что делаете, чтобы скольжение было лучше?

А рыбаки есть? Кто ловил рыбу, или держал в руках живую рыбу? Почему трудно удержать в руках живую рыбу?

Допишете в ментальную карту на ветку «от чего зависит сила трения» — от использования смазочных материалов.

Посмотрите на ваши ментальные карты. Как много мы сегодня узнали!

Проверим, насколько хорошо вы усвоили новый материал. Вам предстоит выполнить тест.

Букву правильного ответы запишите в таблицу. Тот кто выполнил задание, молча поднимает руку.

Первичное закрепление знаний

ТЕСТ

1. Санки скатываются с горы. Какой вид силы трения действует на санки?
П. сила трения качения
У. сила трения скольжения
В. сила трения покоя

2. Зачем в гололедицу дороги посыпают песком?
С. чтобы увеличить трение
Д. чтобы уменьшить трение
Е. чтобы дворники больше работали

3. Как направлена сила трения при движении тела?
А. по движению
П. против движения
Н. не имеет направления

4. Для того, чтобы измерить силу трения, динамометр с прикрепленным к нему телом нужно передвигать
И. рывками
Е. равномерно
У. не имеет значения

5. Электровоз, двигаясь равномерно, тянет железнодорожный состав силой 150 кН. Чему равна сила трения?
К. 15 кН
Л. 300 кН
Х. 150 кН

ТАБЛИЦА ОТВЕТОВ

1	2	3	4	5
У	С	П	Е	Х

Проверим ответы. Какое слово получили? (УСПЕХ)

Я считаю, что это успех нашего сегодняшнего урока, на котором вы узнали, поняли, усвоили тему «Сила трения».

Молодцы, в оценочный лист поставьте себе «5»!

Я надеюсь, что с таким же успехом вы будете работать и на следующем уроке!

Домашнее задание П. 30, 31.

Творческое задание: Если сила трение на минутку исчезнет, что вы будете кричать «Ура!» или «Караул!». Объясните свою точку зрения.

Заполните, пожалуйста, листок вашей комфортности на уроке.

Ребята, а вы видели падающие звезды? Что это? (Метеориты).

А что такое метеорит? (СЛАЙД). Почему камень светится? Значит и здесь трение! Камень трется об атмосферу, разогревается так, что светится! Давайте, вместе понаблюдаем за звездным дождем! (Фильм об августовском метеорном дожде)

БЛАГАДАРЮ ВАС, РЕБЯТА, ЗА УРОК!

Урок окончен!!! До свидания! Ваши листки сдайте мне.

Приложения

Сила трения бывает.

Сила трения скольжения. Какова природа трения

Сила трения

Виды

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

• Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
• Трение качения — момент сил , возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
• Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.

В физике взаимодействия трение принято разделять на:

• сухое , когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками (в том числе и твердыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
• граничное , когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения.
• смешанное , когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• жидкостное (вязкое) , при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
• эластогидродинамическое , когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики .

Закон Амонтона — Кулона

Основной характеристикой трения является коэффициент трения , который определяется материалами, из которых изготовлены поверхности взаимодействующих тел.

В простейших случаях сила трения и нормальная нагрузка (или сила нормальной реакции) связаны неравенством

обращающимся в равенство только при наличии относительного движения. Это соотношение называется законом Амонтона — Кулона .

Закон Амонтона — Кулона с учетом адгезии

Для большинства пар материалов значение коэффициента трения не превышает 1 и находится в диапазоне 0,1 — 0,5. Если коэффициент трения превышает 1 , это означает, что между контактирующими телами имеется сила адгезии и формула расчета коэффициента трения меняется на

.

Прикладное значение

Трение в механизмах и машинах

В большинстве традиционных механизмов (ДВС , автомобили, зубчатые шестерни и пр.) трение играет отрицательную роль, уменьшая КПД механизма. Для уменьшения силы трения используются различные натуральные и синтетические масла и смазки. В современных механизмах для этой цели используется также напыление покрытий (тонких плёнок) на детали. С миниатюризацией механизмов и созданием микроэлектромеханических систем (МЭМС) и наноэлектромеханических систем (НЭМС) величина трения по сравнению с действующими в механизме силами увеличивается и становится весьма значительной , и при этом не может быть уменьшена с помощью обычных смазок, что вызывает значительный теоретический и практический интерес инженеров и учёных к данной области. Для решения проблемы трения создаются новые методы его снижения в рамках трибологии и науки о поверхности (англ. ).

Сцепление с поверхностью

Наличие трения обеспечивает возможность перемещаться по поверхности. Так, при ходьбе именно за счёт трения происходит сцепление подошвы с полом, в результате чего происходит отталкивание от пола и движение вперёд. Точно так же обеспечивается сцепление колёс автомобиля (мотоцикла) с поверхностью дороги. В частности, для увеличения улучшения этого сцепления разрабатываются новые формы и специальные типы резины для покрышек, а на гоночные болиды устанавливаются антикрылья , сильнее прижимающие машину к трассе.

См. также

Журналы

• Трение, Износ, Смазка , журнал о трении.
• Трение и Износ , журнал о трении издаётся Национальной Академией Наук Беларуси с 1980 г.
• Journal of Tribology , международный журнал о трении.
• Wear , международный журнал о трении и износе.
• Таблицы коэффициентов трения , численные значения коэффициентов трения.

Литература

• Дерягин Б. В. Что такое трение? М.: Изд. АН СССР, 1963.
• Крагельский И. В., Щедров В. С. Развитие науки о трении. Сухое трение. М.: Изд. АН СССР, 1956.
• Фролов, К. В. (ред.) Современная трибология: Итоги и перспективы . ЛКИ, 2008.
• Bowden F. P., Tabor D. The Friction and Lubrication of Solids. Oxford University Press, 2001.
• Persson Bo N. J.: Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Springer, 2002.
• Popov V. L. Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation , Springer, 2009.
• Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials. Wiley-Interscience, 1995.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое «Трение» в других словарях:

Трение — – процесс, возникающий на поверхности соприкосновения тел, как находящихся в состоянии покоя, так и взаимного перемещения. … … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Современная энциклопедия

Трение — внешнее, механическое сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел в плоскости их касания. Сила сопротивления направлена противоположно относительному перемещению тел и называется силой трения. Трение… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ТРЕНИЕ, противодействие перемещению соприкасающихся тел, направленное вдоль плоскости соприкосновения, а также противодействие жидкостям или газам, текущим по поверхности. Трение прямо пропорционально силе, сдавливающей поверхности, и зависит от… … Научно-технический энциклопедический словарь

ТРЕНИЕ, трения, ср. 1. только ед. Состояние трущихся один о другой предметов, движение одного предмета по тесно соприкасающейся с ним поверхности другого. Машины изнашиваются от трения одних частей о другие. || Сопротивление движению, возникающее … Толковый словарь Ушакова

ТРЕНИЕ, см. тереть. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля

ТРЕНИЕ, я, ср. 1. Сила, препятствующая движению одного тела по поверхности другого (спец.). Коэффициент трения. Кинематическое т. (между движущимися телами). Т. покоя (между неподвижными телами). 2. Движение предмета по тесно соприкасающейся с… … Толковый словарь Ожегова

В аэро и гидродинамике касательные составляющие вектора поверхностных сил. Если в аэро и гидродинамических задачах движение жидкости или газа исследуется на основе Навье Стокса уравнений, то действие сил трения учитывается во всём поле течения, и … Энциклопедия техники

Сила трения — сила механического сопротивления, возникающая в плоскости соприкосновения двух прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении.

Сила сопротивления, действующая на тело, направлена противоположено относительному перемещению данного тела.

Сила трения возникает по двум причинам: 1) первая и основная причина заключается в том, что в местах соприкосновения молекулы веществ притягиваются друг к другу, и для преодоления их притяжения требуется совершить работу. Соприкасающиеся поверхности касаются друг друга лишь в очень небольших по площади местах. Их суммарная площадь составляет 0,01 ÷ 0,001 0,01 \div 0,001 от общей (кажущейся) площади соприкосновения. При скольжении площадь реального соприкосновения не остается неизменной. Сила трения (скольжения) будет изменяться в процессе движения. Если тело, которое скользит, прижать сильнее к телу, по которому происходит скольжение, то вследствие деформации тел пло щадь пятен соприкосновения (и сила трения) увеличится пропорционально прижимающей силе.

$$F_\text{тр} \sim F_\text{приж}$$

2) вторая причина возникнове ния силы трения — это наличие шероховатостей (неровностей) поверхностей, и деформация их при движении одного тела по поверхности другого. Глубина проникновения (зацепления) шероховатостей зависит от прижимающей силы, а от этого зависит и величина деформаций. Последние, в свою очередь, определяют величину силы трения : F тр ∼ F приж F_\mathrm{тр} \sim F_\mathrm{приж} .

При относительном скольжении обе причины имеют место, потому характер взаимодействия имеет вид простого соотношения:

F тр = μ N — \boxed{F_\mathrm{тр} =\mu N}\ — сила трения скольжения (формула Кулона — Амонтона), где

μ — \mu\ — коэффициент трения скольжения,

N — N\ — сила реакции опоры, равная прижимающей силе.

Величина коэффициента трения различна для разных комбинаций трущихся веществ даже при одинаковой их обработке (силы притяжения и упругие свойства зависят от рода вещества).

Если между трущимися поверхностями будет находится смазка, то сила притяжения изменится заметным образом (будут притягиваться другие молекулы, и сила трения скольжения частично заменится силой вязкого трения, которую мы рассмотрим ниже).

Если на тело, лежащее на горизонтальной поверхности, действует горизонтальная сила F → \vec F , то движение будет вызвано этой силой только в том случае, когда она станет больше некоторого значения (μ N) (\mu N) . До начала движения внешняя сила скомпенсирована силой трения покоя.












Рис. 13

Сила трения покоя всегда равна внешней силе, параллельной поверхности, и возникает по причине притяжения между молекулами в областях пятен соприкосновения и деформации шероховатостей.

Сила трения покоя различна в разных участках поверхности по которой будет происходить движение. Если тело долго лежит на поверхности, то вследствие вибраций (они всегда присутствуют на поверхности Земли) площадь пятен соприкосновения незначительно увеличится. Поэтому для начала движения придётся преодолеть немного большую силу трения, чем сила трения скольжения. Данное явление называется явлением застоя. С этим явлением мы сталкиваемся, например передвигая мебель в комнате. (На рисунке 13 превосходство трения покоя над трением скольжения сильно преувеличено).

Силой трения покоя мы пользуемся для перемещения на лыжах или просто при ходьбе.

Рассмотренные виды силы трения относятся к сухому трению или внешнему. Но есть еще один вид силы трения — вязкое трение.

При движении тела в жидкости или газе происходят достаточно сложные процессы обмена молекулами между слоями обтекающей жидкости или газа. Эти процессы называют процессами переноса.

При небольших скоростях движения тела относительно газа или жидкости сила сопротивления будет определяться выражением:

F тр = 6 π η r v — \boxed{F_\mathrm{тр} = 6\pi \eta r v}\ — закон Стокса для шара, где

η — \eta\ — вязкость вещества, в котором движется тело;

r — r\ — средний поперечный размер (радиус) тела;

v — v\ — относительная скорость тела;

6 π — 6\pi\ — коэффициент, соответствующей сферической форме тела. 2\rho S}\ — сила вязкого трения при больших скоростях, где

S — S\ — площадь поперечного сечения тела,

k — k\ — постоянная величина, зависящая от поперечных размеров тела.

Часто последнюю формулу можно видеть в виде:

Число Рейнольдса, выбранное равным 1700 1700 , в действительности определяется конкретной задачей (условиями) и может принимать другие значения того же порядка. Объясняется это тем, что зависимость силы вязкого трения от скорости носит сложный характер: при некотором значении скорости линейная зависимость начинает нарушаться, а при некотором значении скорости эта зависимость становится квадратичной.

Рис. 14

В промежутке от v 1 v_1 до v 2 v_2 степень принимает дробные значения (рис. 14) . Число Рейнольдса характеризует состояние динамической системы, при котором движение слоёв остаётся ламинарным, и сильно зависит от внешних условий. К примеру: стальной шар, двигаясь в воде вдали от границ жидкости (в океане, озере) сохраняет ламинарным движение слоёв при R e = 1700 Re = 1700 , а тот же шар, движущийся в вертикальной трубе немного большего, чем шар, радиуса, заполненной водой, уже при R e = 2 Re=2 вызовет появление завихрений воды вокруг шара. (Отметим, что число Рейнольдса не единственное, применяемое для описания подобного движения. Например, применяют ещё числа Фруда и Маха.)

Сила трения (Fтр.) — это сила, возникающая при контакте поверхностей двух тел и препятствующая их относительному перемещению. Она появляется за счёт электромагнитных сил, возникающих атомами и молекулами в месте контакта этих двух объектов.

Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в противоположную по отношению к направлению движения сторону. Например, если толкнуть книгу через стол, то она начнёт движение. Сила, с которой вы воздействовали на книгу, будет перемещать её. Книга скользит, затем замедляется и останавливается из-за влияния силы трения.

Особенности сил трения

Трение, о котором говорилось выше, проявляющееся при движении объектов называют внешним или сухим. Но оно может существовать и между частями или слоями одного объекта (жидкого или газообразного), такой вид называют внутренним.
Главной особенностью назовём зависимость трения от скорости относительного движения тел.
Существуют и другие характерные особенности:

• возникновение при контакте двух движущихся тел поверхностями;
• её действие параллельно области соприкосновения;
• направлена противоположно вектору скорости тела;
• зависит от качества поверхностей (гладкие или шероховатые), взаимодействующих объектов;
• форма или размер объекта, движущегося в газе или жидкости, влияют на величину силы трения.

Виды трения

Выделяют несколько видов. Рассмотрим их различия. На книгу, скользящую по столу, действует трение скольжения.

Сила трения скольжения

Где N — сила реакции опоры.

Обратите внимание на некоторые ситуации:

Если человек едет на велосипеде, то трение, возникающее во время контакта колеса с дорогой — трение качения. Такой вид силы значительно меньше по величине силы трения скольжения.

Сила трения качения

Существенно меньшие значения величины такого вида силы используют люди, используя колесо, ролики и шариковые подшипники в различных движущихся частях устройств.

Шарль Огюстен Кулон в своей работе по теории трения предложил вычислять силу трения качения следующим образом:

,
μ — коэффициент трения.
Смазка, чаще всего в виде тонкого слоя жидкости, уменьшает трение.
Жидкости или газы — это особые среды, в которых тоже проявляется данный вид сил. В этих средах трение проявляется только во время перемещения объекта. Нельзя говорить о силе трения покоя в данных средах.

Сила трения в жидкостях и газах

Такой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления — она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
Сила сопротивления среды зависит от:

• геометрических размеров и формы объекта;
• вязкости жидкой или газообразной среды;
• состояния поверхности объекта;
• скорости объекта относительно той среды, в которой он находится.

Часть механики, в которой изучают движение, не рассматривая причины, вызывающие тот или иной характер движения, называют кинематикой .
Механическим движением называют изменение положения тела относительно других тел
Системой отсчёта называют тело отсчёта, связанную с ним систему координат и часы.
Телом отсчёта называют тело, относительно которого рассматривают положение других тел.
Материальной точкой называют тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.
Траекторией называют мысленную линию, которую при своём движении описывает материальная точка.

По форме траектории движение делится на:
а) прямолинейное — траектория представляет собой отрезок прямой;
б) криволинейное — траектория представляет собой отрезок кривой.

Путь — это длина траектории, которую описывает материальная точка за данный промежуток времени. Это скалярная величина.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное положение материальной точки с её конечным положением (см. рис.).

Очень важно понимать, чем путь отличается от перемещения. Самое главной отличие в том, что перемещение — это вектор с началом в точке отправления и с концом в точке назначения (при этом абсолютно неважно, каким маршрутом это перемещение совершалось). А путь — это, наборот, скалярная величина, отражающая длину пройденной траектории.

Равномерным прямолинейным движением называют движение, при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения
Скоростью равномерного прямолинейного движения называют отношение перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло:

Для неравномерного движения пользуются понятием средней скорости. Часто вводят среднюю скорость как скалярную величину. Это скорость такого равномерного движения, при котором тело проходит тот же путь за то же время, что и при неравномерном движении:

Мгновенной скоростью называют скорость тела в данной точке траектории или в данный момент времени.
Равноускоренное прямолинейное движение — это прямолинейное движение, при котором мгновенная скорость за любые равные промежутки времени изменяется на одну и ту же величину

Ускорением называют отношение изменения мгновенной скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло:

Зависимость координаты тела от времени в равномерном прямолинейном движении имеет вид: x = x 0 + V x t , где x 0 — начальная координата тела, V x — скорость движения.
Свободным падением называют равноускоренное движение с постоянным ускорением g = 9,8 м/с 2 , не зависящим от массы падающего тела. Оно происходит только под действием силы тяжести.

Скорость при свободном падении рассчитывается по формуле:

Перемещение по вертикали рассчитывается по формуле:

Одним из видов движения материальной точки является движение по окружности. При таком движении скорость тела направлена по касательной, проведённой к окружности в той точке, где находится тело (линейная скорость). Описывать положение тела на окружности можно с помощью радиуса, проведённого из центра окружности к телу. Перемещение тела при движении по окружности описывается поворотом радиуса окружности, соединяющего центр окружности с телом. Отношение угла поворота радиуса к промежутку времени, в течение которого этот поворот произошёл, характеризует быстроту перемещения тела по окружности и носит название угловой скорости ω :

Угловая скорость связана с линейной скоростью соотношением

где r — радиус окружности.
Время, за которое тело описывает полный оборот, называется периодом обращения. Величина, обратная периоду — частота обращения — ν

Поскольку при равномерном движении по окружности модуль скорости не меняется, но меняется направление скорости, при таком движении существует ускорение. Его называют центростремительным ускорением , оно направлено по радиусу к центру окружности:

Основные понятия и законы динамики

Часть механики, изучающая причины, вызвавшие ускорение тел, называется динамикой

Первый закон Ньютона:
Cуществуют такие системы отсчёта, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при уравновешенных внешних силах, действующих на него, называется инертностью. Явление сохранения скорости тела при уравновешенных внешних силах называют инерцией. Инерциальными системами отсчёта называют системы, в которых выполняется первый закон Ньютона.

Принцип относительности Галилея:
во всех инерциальных системах отсчёта при одинаковых начальных условиях все механические явления протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам
Масса — это мера инертности тела
Сила — это количественная мера взаимодействия тел.

Второй закон Ньютона:
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое этой силой:
$F↖{→} = m⋅a↖{→}$

Сложение сил заключается в нахождении равнодействующей нескольких сил, которая производит такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил.

Третий закон Ньютона:
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, расположены на одной прямой, равны по модулю и противоположны по направлению:
$F_1↖{→} = -F_2↖{→} $

III закон Ньютона подчёркивает, что действие тел друг на друга носит характер взаимодействия. Если тело A действует на тело B, то и тело B действует на тело A (см. рис.).

Или короче, сила действия равна силе противодействия. Часто возникает вопрос: почему лошадь тянет сани, если эти тела взаимодействуют с равными силами? Это возможно только за счёт взаимодействия с третьим телом — Землёй. Сила, с которой копыта упираются в землю, должна быть больше, чем сила трения саней о землю. Иначе копыта будут проскальзывать, и лошадь не сдвинется с места.
Если тело подвергнуть деформации, то возникают силы, препятствующие этой деформации. Такие силы называют силами упругости .

Закон Гука записывают в виде

где k — жёсткость пружины, x — деформация тела. Знак «−» указывает, что сила и деформация направлены в разные стороны.

При движении тел друг относительно друга возникают силы, препятствующие движению. Эти силы называются силами трения. Различают трение покоя и трение скольжения. Сила трения скольжения подсчитывается по формуле

где N — сила реакции опоры, µ — коэффициент трения.
Эта сила не зависит от площади трущихся тел. Коэффициент трения зависит от материала, из которого сделаны тела, и качества обработки их поверхности.

Трение покоя возникает, если тела не перемещаются друг относительно друга. Сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения

Гравитационными силами называют силы, с которыми любые два тела притягиваются друг к другу.

Закон всемирного тяготения:
любые два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Здесь R — расстояние между телами. Закон всемирного тяготения в таком виде справедлив либо для материальных точек, либо для тел шарообразной формы.

Весом тела называют силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает подвес.

Сила тяжести — это сила, с которой все тела притягиваются к Земле:

При неподвижной опоре вес тела равен по модулю силе тяжести:

Если тело движется по вертикали с ускорением, то его вес будет изменяться.
При движении тела с ускорением, направленным вверх, его вес

Видно, что вес тела больше веса покоящегося тела.

При движении тела с ускорением, направленным вниз, его вес

В этом случае вес тела меньше веса покоящегося тела.

Невесомостью называется такое движение тела, при котором его ускорение равно ускорению свободного падения, т.е. a = g. Это возможно в том случае, если на тело действует только одна сила — сила тяжести.
Искусственный спутник Земли — это тело, имеющее скорость V1, достаточную для того, чтобы двигаться по окружности вокруг Земли
На спутник Земли действует только одна сила — сила тяжести, направленная к центру Земли
Первая космическая скорость — это скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось вокруг планеты по круговой орбите.

где R — расстояние от центра планеты до спутника.
Для Земли, вблизи её поверхности, первая космическая скорость равна

1.3. Основные понятия и законы статики и гидростатики

Тело (материальная точка) находится в состоянии равновесия, если векторная сумма сил, действующих на него, равна нулю. Различают 3 вида равновесия: устойчивое, неустойчивое и безразличное. Если при выведении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть это тело обратно, это устойчивое равновесие. Если возникают силы, стремящиеся увести тело ещё дальше из положения равновесия, это неустойчивое положение ; если никаких сил не возникает — безразличное (см. рис. 3).

Когда речь идёт не о материальной точке, а о теле, которое может иметь ось вращения, то для достижения положения равновесия помимо равенства нулю суммы сил, действующих на тело, необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, была равна нулю.

Здесь d -плечо силы. Плечом силы d называют расстояние от оси вращения до линии действия силы.

Условие равновесия рычага:
алгебраическая сумма моментов всех вращающих тело сил равна нулю.
Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на площадку, перпендикулярную этой силе, к площади площадки:

Для жидкостей и газов справедлив закон Паскаля:
давление распространяется по всем направлениям без изменений.
Если жидкость или газ находятся в поле силы тяжести, то каждый вышерасположенный слой давит на нижерасположенные и по мере погружения внутрь жидкости или газа давление растёт. Для жидкостей

где ρ — плотность жидкости, h — глубина проникновения в жидкость.

Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне. Если в колена сообщающихся сосудов залить жидкость с разными плотностями, то жидкость с большей плотностью устанавливается на меньшей высоте. В этом случае

Высоты столбов жидкости обратно пропорциональны плотностям:

Гидравлический пресс представляет собой сосуд, заполненный маслом или иной жидкостью, в котором прорезаны два отверстия, закрытые поршнями. Поршни имеют разную площадь. Если к одному поршню приложить некоторую силу, то сила, приложенная ко второму поршню, оказывается другой.
Таким образом, гидравлический пресс служит для преобразования величины силы. Поскольку давление под поршнями должно быть одинаковым, то

Тогда A1 = A2.
На тело, погружённое в жидкость или газ, со стороны этой жидкости или газа действует направленная вверх выталкивающая сила, которую называют силой Архимеда
Величину выталкивающей силы устанавливает закон Архимеда : на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа, вытесненного телом:

где ρ жидк — плотность жидкости, в которую погружено тело; V погр — объём погружённой части тела.

Условие плавания тела — тело плавает в жидкости или газе, когда выталкивающая сила,действующая на тело, равна силе тяжести, действующей на тело.

1.4. Законы сохранения

Импульсом тела называют физическую величину, равную произведению массы тела на его скорость:

Импульс — векторная величина. [p] =кг·м/с. Наряду с импульсом тела часто пользуются импульсом силы. Это произведение силы на время её действия
Изменение импульса тела равно импульсу действующей на это тело силы. Для изолированной системы тел (система, тела которой взаимодействуют только друг с другом) выполняется закон сохранения импульса : сумма импульсов тел изолированной системы до взаимодействия равна сумме импульсов этих же тел после взаимодействия.
Механической работой называют физическую величину, которая равна произведению силы, действующей на тело, на перемещение тела и на косинус угла между направлением силы и перемещения:

Мощность — это работа, совершённая в единицу времени:

Способность тела совершать работу характеризуют величиной, которую называют энергией. Механическую энергию делят на кинетическую и потенциальную. Если тело может совершать работу за счёт своего движения, говорят, что оно обладает кинетической энергией. Кинетическая энергия поступательного движения материальной точки подсчитывается по формуле

Если тело может совершать работу за счёт изменения своего положения относительно других тел или за счёт изменения положения частей тела, оно обладает потенциальной энергией. Пример потенциальной энергии: тело, поднятое над землёй, его энергия подсчитывается по формуле

где h — высота подъёма

Энергия сжатой пружины:

где k — коэффициент жёсткости пружины, x — абсолютная деформация пружины.

Сумма потенциальной и кинетической энергии составляет механическую энергию. Для изолированной системы тел в механике справедлив закон сохранения механической энергии : если между телами изолированной системы не действуют силы трения (или другие силы, приводящие к рассеянию энергии), то сумма механических энергий тел этой системы не изменяется (закон сохранения энергии в механике). Если же силы трения между телами изолированной системы есть, то при взаимодействии часть механической энергии тел переходит во внутреннюю энергию.

1.5. Механические колебания и волны

Колебаниями называются движения, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени. Колебания называются периодическими, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени.
Гармоническими колебаниями называются такие колебания, в которых колеблющаяся физическая величина x изменяется по закону синуса или косинуса, т.е.

Величина A, равная наибольшему абсолютному значению колеблющейся физической величины x, называется амплитудой колебаний . Выражение α = ωt + ϕ определяет значение x в данный момент времени и называется фазой колебаний. Периодом T называется время, за которое колеблющееся тело совершает одно полное колебание. Частотой периодических колебаний называют число полных колебаний, совершённых за единицу времени:

Частота измеряется в с -1 . Эта единица называется герц (Гц).

Математическим маятником называется материальная точка массой m, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания в вертикальной плоскости.
Если один конец пружины закрепить неподвижно, а к другому её концу прикрепить некоторое тело массой m, то при выведении тела из положения равновесия пружина растянется и возникнут колебания тела на пружине в горизонтальной или вертикальной плоскости. Такой маятник называется пружинным.

Период колебаний математического маятника определяется по формуле

где l — длина маятника.

Период колебаний груза на пружине определяется по формуле

где k — жёсткость пружины, m — масса груза.

Распространение колебаний в упругих средах.
Среда называется упругой, если между её частицами существуют силы взаимодействия. Волнами называется процесс распространения колебаний в упругих средах.
Волна называется поперечной , если частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Волна называется продольной , если колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны.
Длиной волны называется расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе:

где v — скорость распространения волны.

Звуковыми волнами называют волны, колебания в которых происходят с частотами от 20 до 20 000 Гц.
Скорость звука различна в различных средах. Скорость звука в воздухе равна 340 м/c.
Ультразвуковыми волнами называют волны, частота колебаний в которых превышает 20 000 Гц. Ультразвуковые волны не воспринимаются человеческим ухом.

Сила трения — это мера противодействия движению, направлен­ному по касательной к поверхности прикасающегося тела. Вели­чина силы трения (как составляющей реакции поверхности связи) зависит от воздействия движущегося или смещаемого тела; она направлена против скорости или смещающей силы и приложе­на в месте соприкосновения.

Силы трения (касательные реакции) возникают между соприкасаю­щимися телами во время их движения друг относительно друга (рис. 33)

Рис. 33. Силы трения (Т):

a-скольжения динамическая; б — скольжения статическая; в — момент трения качения (ориг.)

Различают три вида трения: трение скольжения, качения и верчения . При скольжении движущееся тело соприкасается с неподвижным одной и той же частью своей поверхности (лыжа скользит по снегу). При качении точки движущегося тела соприкасаются с дру­гим телом поочередно (колесо велосипеда катится по треку). Верчение характеризуется движением на месте вокруг оси (волчок).

Сила трения скольжения динамическая (движения) проявляется при движении тела, приложена к скользящему телу и направлена в сторону, противоположную относительной скорости его движе­ния.Динамическая сила трения скольжения не зависит от вели­чины движущей силы и приближенно пропорциональна динами­ческому коэффициенту трения скольжения (k дин) и силе нормаль­ного давления на опору (N): T дин =k дин N

Когда поверхности полностью разделены слоем смазки, то прояв­ляется жидкостное трение 1 Оно существует между слоями жидкости, а также между жидкостью и твердым телом. В противопо­ложность сухому трению (между твердыми телами без смазки), жид­костное трение проявляется только тогда, когда есть скорость . С остановкой движущих­ся тел жидкостное трение исчезает , поэтому даже самая малая сила может сообщить скорость слоям жидкой среды, на­пример при движении твердого тела в воде.

Иная картина при сухом трении. Если приложить движущую силу к покоящемуся телу, то она сможет сдвинуть тело с места лишь тогда, когда станет больше силы трения покоя, препятствующей движению. Таким образом, сухое трение и жидкостное прин­ципиально различны .

Сила трения скольжения статическая (покоя) проявляется в по­кое, приложена к сдвигаемому телу, направлена в сторону, про­тивоположную сдвигающей силе. Статическая сила трения сколь­жения равна сдвигающей силе, но не может быть больше предель­ной2; последняя пропорциональна статическому коэффициенту трения скольжения (k ст) и силе нормального давления (N): Т ст =k ст N

Стало быть, статическая сила трения покоя мо­жет иметь величину от нулевой до предель­ной (неполная и полная). Минимальная сдвигающая сила, приводя­щая тело в движение, больше предельной силы трения покоя .

Отношение между величиной нормальной опорной реакции (равной силе нормального давления) и предельной силой трения покоя равно тангенсу угла (а), который называется углом трения (или углом сцеп­ления) (см. рис. 33, б).

Тангенс угла сцепления равен коэффициен­ту трения покоя. Фактический угол силы давления на опору в покое не может быть больше, чем угол трения. Это значит, что, пока линия действия силы, приложенной к телу, проходит внутри угла тре­ния, тело не может быть сдвинуто с места. Лишь когда линия действия силы окажется за пределами угла трения, тело будет сдвинуто.

На горизонтальной поверхности сила нормального давления обыч­но представлена статическим или динамическим весом (человек непод­вижен или отталкивается от опоры). Но могут быть и другие источники нормального давления, например при давлении, оказываемом ногами и спиной альпиниста на стенки камина (вертикальной расщелины в скалах),

Что такое сила сухого трения. Виды сил трения

Если вы попробуете сдвинуть тяжелый шкаф, полный вещей, то как-то сразу станет понятно, что не так все просто, и что-то явно мешает благому делу наведения порядка.

• И мешать движению будет не что иное, как работа силы трения , которую изучают в курсе физики седьмого класса.

С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. В прямом смысле этого слова. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем, так как именно силы трения удерживают наши ноги на поверхности.

Любой из нас знает, что такое ходить по очень скользкой поверхности — по льду, если этот процесс вообще можно назвать ходьбой. То есть, мы сразу видим очевидные плюсы силы трения. Однако, прежде чем говорить о пользе или вреде сил трения, рассмотрим для, начала, что такое сила трения в физике.

Сила трения в физике и ее виды

Взаимодействие, которое возникает в месте соприкосновения двух тел и препятствует их относительному движению, называют трением. А силу, которая характеризует это взаимодействие, называют силой трения.

• Различают три вида трения: трение скольжения, трение покоя и трение качения.

Трение покоя

В нашем случае, когда мы пытались сдвинуть шкаф с места, мы пыхтели, толкали, краснели, но не сдвинули шкаф ни на дюйм. Что удерживает шкаф на месте? Сила трения покоя. Теперь другой пример: если мы положим руку на тетрадь и будем двигать ее по столу, то тетрадь будет двигаться вместе с нашей рукой, удерживаемая все той же силой трения покоя.

Трение покоя удерживает вбитые в стену гвозди, мешает самопроизвольно развязываться шнуркам, а также держит на месте наш шкаф, чтобы мы, случайно опершись на него плечом, не задавили любимого кота, который вдруг улегся подремать в тишине и покое между шкафом и стеной.

Трение скольжения

Вернемся к нашему пресловутому шкафу. Мы, наконец, сообразили, что сдвинуть его в одиночку нам не удастся и позвали на помощь соседа. В конце концов, исцарапав весь пол, вспотев, напугав кота, но, так и не выгрузив вещи из шкафа, мы передвинули его в другой угол.

Что мы обнаружили, кроме клубов пыли и не обклеенного обоями куска стены? Что, когда мы приложили силу, превышающую силу трения покоя, шкаф не просто сдвинулся с места, но и (с нашей помощью, естественно) продолжил двигаться дальше, до нужного нам места. И усилия, которые приходилось затрачивать на его передвижение, были примерно одинаковы на всем протяжении пути.

• В данном случае нам мешала сила трения скольжения . Сила трения скольжения, как и сила трения покоя, направлена в сторону, противоположную приложенному воздействию.

Трение качения

В случае, когда тело не скользит по поверхности, а катится, то, возникающее в месте контакта трение, называют трением качения. Катящееся колесо немного вдавливается в дорогу, и перед ним образуется небольшой бугорок, который приходится преодолевать. Именно этим и обусловлено трение качения.

Чем тверже дорога, тем меньше трение качения. Именно поэтому ехать по шоссе намного легче, чем по песку. Трение качения в подавляющем большинстве случаев ощутимо меньше трения скольжения. Именно поэтому повсеместно применяют колеса, подшипники и так далее.

Причины возникновения сил трения

Первая — это шероховатость поверхности. Это хорошо понятно на примере досок пола или поверхности Земли. В случае же более гладких поверхностей, например, льда или покрытой металлическими листами крыши, шероховатости почти не видны, но это не значит, что их нет. Эти шероховатости и неровности цепляются друг за друга и мешают движению.

Вторая причина — это межмолекулярное притяжение, которое действует в местах контакта трущихся тел. Однако, вторая причина проявляется, в основном, лишь в случае очень хорошо отполированных тел. В основном же, мы имеем дело с первой причиной возникновения сил трения. И в таком случае, чтобы уменьшить силу трения, часто применяют смазку.

• Слой смазки, чаще всего жидкий, разъединяет трущиеся поверхности, и трутся между собой слои жидкости, сила трения в которых в разы меньше.

Сочинение на тему «Сила трения»

В курсе физики седьмого класса школьникам дают задание написать сочинение на тему «Сила трения». Примером сочинения на эту тему может служить примерно такая фантазия:

«Допустим, решили мы на каникулах съездить к бабушке в гости на поезде. И не в курсе того, что как раз в это время вдруг, ни с того ни с сего, пропала сила трения. Проснулись, встаем с кровати и падаем, так как силы трения между полом и ногами нет.

Начинаем обуваться, и не можем завязать шнурки, которые не держатся из-за отсутствия силы трения. С лестницей вообще туго, лифт не работает — он уже давно лежит в подвале. Пересчитав копчиком абсолютно все ступени и доползя как-то до остановки, обнаруживаем новую беду: ни один автобус не остановился на остановке.

Чудом сели в поезд, думаем, какая красота — тут хорошо, топлива уходит меньше, так как потери на трение сведены к нулю, быстрее доедем. Но вот в чём беда: силы трения между колёсами и рельсами нету, а, значит, и оттолкнуться поезду не от чего! Так что, в общем, как-то и не судьба съездить к бабушке без силы трения.»

Польза и вред силы трения

Конечно же, это фантазия, и она полна лирических упрощений. В жизни все немного по-другому. Но, по сути, несмотря на то, что есть очевидные минусы силы трения, которые создают для нас ряд сложностей в жизни, очевидно, что без существования сил трения, проблем было бы куда как побольше. Так что нужно говорить, как о вреде сил трения, так и о пользе все тех же сил трения.

Примерами полезных сторон сил трения можно назвать то, что мы можем ходить по земле, что наша одежда не разваливается, так как нитки в ткани удерживаются благодаря все тем же силам трения, что насыпав на обледеневшую дорогу песок, мы улучшаем сцепление с дорогой, дабы избежать аварии.

Ну а вредом силы трения является проблема перемещения больших грузов, проблема изнашивания трущихся поверхностей, а также невозможность создания вечного двигателя, так как из-за трения любое движение рано или поздно останавливается, требуя постоянного стороннего воздействия.

Люди научились приспосабливаться и уменьшать, либо увеличивать силы трения , в зависимости от необходимости. Это и колеса, и смазка, и заточка, и многое другое. Примеров масса, и очевидно, что нельзя однозначно сказать: трение — это хорошо или плохо. Но оно есть, и наша задача — научиться использовать его на пользу человека.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Связь между силой тяжести и массой тела: динамометр.
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspТрение в природе, быту и технике: еще больше ПРИМЕРОВ

Определение 1

Сила трения представляет силу, появляющуюся в момент соприкосновения двух тел и препятствующую их относительному движению.

Главная причина, провоцирующая трение, кроется в шероховатости трущихся поверхностей и молекулярном взаимодействии указанных поверхностей. Сила трения зависима от материала соприкасающихся поверхностей и от силы их взаимного прижатия.

Понятие силы трения

Исходя из простых моделей трения (на основании закона Кулона), сила трения будет считаться прямо пропорциональной степени нормальной реакции соприкасающихся и трущихся поверхностей. Если рассматривать в целом, то процессы силы трения невозможно описать только лишь простыми моделями классической механики, что объясняется сложностью реакций в зоне взаимодействия трущихся тел.

Силы трения, подобно силам упругости, обладают электромагнитной природой. Их возникновение становится возможным, благодаря взаимодействию между молекулами и атомами тел, которые соприкасаются.

Замечание 1

Силы трения отличны от сил упругости и гравитационных фактом зависимости не только от конфигурации тел (от их взаимного расположения), но и от относительных скоростей их взаимодействия.

Разновидности силы трения

При условии наличия относительного движения двух контактирующих между собой тел, возникающие в таком процессе силы трения подразделяются на такие виды:

1. Трение скольжения (представляет силу, возникающую как следствие поступательного перемещения одного из взаимодействующих тел относительно второго и воздействующая на данное тело в направлении, которое будет противоположным направлению скольжения).
2. Трение качения (представляет момент сил, способный возникать в условиях процесса качения одного из двух контактирующих с другим тел).
3. Трение покоя (считается силой, возникающей между двумя взаимодействующими телами, при этом она становится серьезным препятствием для возникновения относительного движения. Такая сила преодолевается с целью приведения данных контактирующих тел в движение относительно друг друга. Такой вид трения появляется при микроперемещениях (к примеру, при деформации) контактирующих тел. При возрастании усилий начнется повышение и силы трения.
4. Трение верчения (является моментом силы, возникающим между контактирующими телами в условиях вращения одного из них в отношении другого и направленным против вращения). Определяется формулой: $M=pN$, где $N$ — нормальное давление, $p$- коэффициент трения верчения, имеющий размерность длины.

Экспериментальным образом была установлена независимость силы трения от площади поверхности, вдоль которой наблюдается соприкосновение тел, и пропорциональность силе нормального давления, с которой одно тело будет действовать на второе.

Определение 2

Постоянная величина представляет коэффициент трения, при этом зависимый от природы и состояния трущихся поверхностей.

В определенных ситуациях трение оказывается полезным. Можно привести примеры с невозможностью хождения человека (при отсутствии трения) и движением автотранспорта. Наряду с тем, трение может оказывать и вредный эффект. Так, оно провоцирует износ соприкасающихся деталей механизмов, дополнительный расход топлива для транспортных средств. Средством противостояния этому служат различные смазки (воздушные или жидкостные подушки). Еще одним эффективным способом считается замена скольжения качением.

Основные расчетные формулы для определения силы трения

Расчетная формула силы трения при скольжении будет выглядеть так:

• $m$-коэффициент пропорциональности (трения скольжения),
• $Р$ – сила вертикального (нормального) давления.

Сила трения скольжения представляет одну из управляющих движением сил, а ее формулу записывают с применением силы реакции опоры. На основе действия третьего закона Ньютона, силы нормального давления, а также реакции опоры оказываются равными по величине и противоположными по направлению:

Перед определением силы трения, формула которой будет записываться таким образом: $F=mN$, определяется сила реакции.

Замечание 2

Коэффициент сопротивления при процессе скольжения вводят экспериментально для трущихся поверхностей, при этом он будет зависимым от материала и качества обработки.

Максимальная сила трения покоя определяется подобно силе трения скольжения. Это играет важное значение для решения задач по определению силы движущего сопротивления. Можно привести пример с книгой, передвигаемой прижатой к ней рукой. Так, скольжение этой книги будет осуществляться под воздействием силы сопротивления покоя между книгой и рукой. При этом величина сопротивления будет зависеть от показателя силы вертикального давления на книгу.

Интересным будет факт пропорциональности силы трения квадрату соответствующей скорости, а ее формула станет видоизменяться, в зависимости от скорости перемещения взаимодействующих тел. К такой силе можно отнести силу вязкого сопротивления в жидкости.

В зависимости от скорости перемещения, силу сопротивления будет определять скорость движения, форма перемещающегося тела или вязкость жидкости. Движение в масле и воде одного и того же тела сопровождает различное по величине сопротивление. Для незначительных скоростей оно выглядит так:

• $k$ – коэффициент пропорциональности, зависящий от линейных размеров тела и свойств среды,
• $v$ – скорость тела.

Часть механики, в которой изучают движение, не рассматривая причины, вызывающие тот или иной характер движения, называют кинематикой .
Механическим движением называют изменение положения тела относительно других тел
Системой отсчёта называют тело отсчёта, связанную с ним систему координат и часы.
Телом отсчёта называют тело, относительно которого рассматривают положение других тел.
Материальной точкой называют тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.
Траекторией называют мысленную линию, которую при своём движении описывает материальная точка.

По форме траектории движение делится на:
а) прямолинейное — траектория представляет собой отрезок прямой;
б) криволинейное — траектория представляет собой отрезок кривой.

Путь — это длина траектории, которую описывает материальная точка за данный промежуток времени. Это скалярная величина.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное положение материальной точки с её конечным положением (см. рис.).

Очень важно понимать, чем путь отличается от перемещения. Самое главной отличие в том, что перемещение — это вектор с началом в точке отправления и с концом в точке назначения (при этом абсолютно неважно, каким маршрутом это перемещение совершалось). А путь — это, наборот, скалярная величина, отражающая длину пройденной траектории.

Равномерным прямолинейным движением называют движение, при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения
Скоростью равномерного прямолинейного движения называют отношение перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло:

Для неравномерного движения пользуются понятием средней скорости. Часто вводят среднюю скорость как скалярную величину. Это скорость такого равномерного движения, при котором тело проходит тот же путь за то же время, что и при неравномерном движении:

Мгновенной скоростью называют скорость тела в данной точке траектории или в данный момент времени.
Равноускоренное прямолинейное движение — это прямолинейное движение, при котором мгновенная скорость за любые равные промежутки времени изменяется на одну и ту же величину

Ускорением называют отношение изменения мгновенной скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло:

Зависимость координаты тела от времени в равномерном прямолинейном движении имеет вид: x = x 0 + V x t , где x 0 — начальная координата тела, V x — скорость движения.
Свободным падением называют равноускоренное движение с постоянным ускорением g = 9,8 м/с 2 , не зависящим от массы падающего тела. Оно происходит только под действием силы тяжести.

Скорость при свободном падении рассчитывается по формуле:

Перемещение по вертикали рассчитывается по формуле:

Одним из видов движения материальной точки является движение по окружности. При таком движении скорость тела направлена по касательной, проведённой к окружности в той точке, где находится тело (линейная скорость). Описывать положение тела на окружности можно с помощью радиуса, проведённого из центра окружности к телу. Перемещение тела при движении по окружности описывается поворотом радиуса окружности, соединяющего центр окружности с телом. Отношение угла поворота радиуса к промежутку времени, в течение которого этот поворот произошёл, характеризует быстроту перемещения тела по окружности и носит название угловой скорости ω :

Угловая скорость связана с линейной скоростью соотношением

где r — радиус окружности.
Время, за которое тело описывает полный оборот, называется периодом обращения. Величина, обратная периоду — частота обращения — ν

Поскольку при равномерном движении по окружности модуль скорости не меняется, но меняется направление скорости, при таком движении существует ускорение. Его называют центростремительным ускорением , оно направлено по радиусу к центру окружности:

Основные понятия и законы динамики

Часть механики, изучающая причины, вызвавшие ускорение тел, называется динамикой

Первый закон Ньютона:
Cуществуют такие системы отсчёта, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при уравновешенных внешних силах, действующих на него, называется инертностью. Явление сохранения скорости тела при уравновешенных внешних силах называют инерцией. Инерциальными системами отсчёта называют системы, в которых выполняется первый закон Ньютона.

Принцип относительности Галилея:
во всех инерциальных системах отсчёта при одинаковых начальных условиях все механические явления протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам
Масса — это мера инертности тела
Сила — это количественная мера взаимодействия тел.

Второй закон Ньютона:
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое этой силой:
$F↖{→} = m⋅a↖{→}$

Сложение сил заключается в нахождении равнодействующей нескольких сил, которая производит такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил.

Третий закон Ньютона:
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, расположены на одной прямой, равны по модулю и противоположны по направлению:
$F_1↖{→} = -F_2↖{→} $

III закон Ньютона подчёркивает, что действие тел друг на друга носит характер взаимодействия. Если тело A действует на тело B, то и тело B действует на тело A (см. рис.).

Или короче, сила действия равна силе противодействия. Часто возникает вопрос: почему лошадь тянет сани, если эти тела взаимодействуют с равными силами? Это возможно только за счёт взаимодействия с третьим телом — Землёй. Сила, с которой копыта упираются в землю, должна быть больше, чем сила трения саней о землю. Иначе копыта будут проскальзывать, и лошадь не сдвинется с места.
Если тело подвергнуть деформации, то возникают силы, препятствующие этой деформации. Такие силы называют силами упругости .

Закон Гука записывают в виде

где k — жёсткость пружины, x — деформация тела. Знак «−» указывает, что сила и деформация направлены в разные стороны.

При движении тел друг относительно друга возникают силы, препятствующие движению. Эти силы называются силами трения. Различают трение покоя и трение скольжения. Сила трения скольжения подсчитывается по формуле

где N — сила реакции опоры, µ — коэффициент трения.
Эта сила не зависит от площади трущихся тел. Коэффициент трения зависит от материала, из которого сделаны тела, и качества обработки их поверхности.

Трение покоя возникает, если тела не перемещаются друг относительно друга. Сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения

Гравитационными силами называют силы, с которыми любые два тела притягиваются друг к другу.

Закон всемирного тяготения:
любые два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Здесь R — расстояние между телами. Закон всемирного тяготения в таком виде справедлив либо для материальных точек, либо для тел шарообразной формы.

Весом тела называют силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает подвес.

Сила тяжести — это сила, с которой все тела притягиваются к Земле:

При неподвижной опоре вес тела равен по модулю силе тяжести:

Если тело движется по вертикали с ускорением, то его вес будет изменяться.
При движении тела с ускорением, направленным вверх, его вес

Видно, что вес тела больше веса покоящегося тела.

При движении тела с ускорением, направленным вниз, его вес

В этом случае вес тела меньше веса покоящегося тела.

Невесомостью называется такое движение тела, при котором его ускорение равно ускорению свободного падения, т.е. a = g. Это возможно в том случае, если на тело действует только одна сила — сила тяжести.
Искусственный спутник Земли — это тело, имеющее скорость V1, достаточную для того, чтобы двигаться по окружности вокруг Земли
На спутник Земли действует только одна сила — сила тяжести, направленная к центру Земли
Первая космическая скорость — это скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось вокруг планеты по круговой орбите.

где R — расстояние от центра планеты до спутника.
Для Земли, вблизи её поверхности, первая космическая скорость равна

1.3. Основные понятия и законы статики и гидростатики

Тело (материальная точка) находится в состоянии равновесия, если векторная сумма сил, действующих на него, равна нулю. Различают 3 вида равновесия: устойчивое, неустойчивое и безразличное. Если при выведении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть это тело обратно, это устойчивое равновесие. Если возникают силы, стремящиеся увести тело ещё дальше из положения равновесия, это неустойчивое положение ; если никаких сил не возникает — безразличное (см. рис. 3).

Когда речь идёт не о материальной точке, а о теле, которое может иметь ось вращения, то для достижения положения равновесия помимо равенства нулю суммы сил, действующих на тело, необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, была равна нулю.

Здесь d -плечо силы. Плечом силы d называют расстояние от оси вращения до линии действия силы.

Условие равновесия рычага:
алгебраическая сумма моментов всех вращающих тело сил равна нулю.
Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на площадку, перпендикулярную этой силе, к площади площадки:

Для жидкостей и газов справедлив закон Паскаля:
давление распространяется по всем направлениям без изменений.
Если жидкость или газ находятся в поле силы тяжести, то каждый вышерасположенный слой давит на нижерасположенные и по мере погружения внутрь жидкости или газа давление растёт. Для жидкостей

где ρ — плотность жидкости, h — глубина проникновения в жидкость.

Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне. Если в колена сообщающихся сосудов залить жидкость с разными плотностями, то жидкость с большей плотностью устанавливается на меньшей высоте. В этом случае

Высоты столбов жидкости обратно пропорциональны плотностям:

Гидравлический пресс представляет собой сосуд, заполненный маслом или иной жидкостью, в котором прорезаны два отверстия, закрытые поршнями. Поршни имеют разную площадь. Если к одному поршню приложить некоторую силу, то сила, приложенная ко второму поршню, оказывается другой.
Таким образом, гидравлический пресс служит для преобразования величины силы. Поскольку давление под поршнями должно быть одинаковым, то

Тогда A1 = A2.
На тело, погружённое в жидкость или газ, со стороны этой жидкости или газа действует направленная вверх выталкивающая сила, которую называют силой Архимеда
Величину выталкивающей силы устанавливает закон Архимеда : на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа, вытесненного телом:

где ρ жидк — плотность жидкости, в которую погружено тело; V погр — объём погружённой части тела.

Условие плавания тела — тело плавает в жидкости или газе, когда выталкивающая сила,действующая на тело, равна силе тяжести, действующей на тело.

1.4. Законы сохранения

Импульсом тела называют физическую величину, равную произведению массы тела на его скорость:

Импульс — векторная величина. [p] =кг·м/с. Наряду с импульсом тела часто пользуются импульсом силы. Это произведение силы на время её действия
Изменение импульса тела равно импульсу действующей на это тело силы. Для изолированной системы тел (система, тела которой взаимодействуют только друг с другом) выполняется закон сохранения импульса : сумма импульсов тел изолированной системы до взаимодействия равна сумме импульсов этих же тел после взаимодействия.
Механической работой называют физическую величину, которая равна произведению силы, действующей на тело, на перемещение тела и на косинус угла между направлением силы и перемещения:

Мощность — это работа, совершённая в единицу времени:

Способность тела совершать работу характеризуют величиной, которую называют энергией. Механическую энергию делят на кинетическую и потенциальную. Если тело может совершать работу за счёт своего движения, говорят, что оно обладает кинетической энергией. Кинетическая энергия поступательного движения материальной точки подсчитывается по формуле

Если тело может совершать работу за счёт изменения своего положения относительно других тел или за счёт изменения положения частей тела, оно обладает потенциальной энергией. Пример потенциальной энергии: тело, поднятое над землёй, его энергия подсчитывается по формуле

где h — высота подъёма

Энергия сжатой пружины:

где k — коэффициент жёсткости пружины, x — абсолютная деформация пружины.

Сумма потенциальной и кинетической энергии составляет механическую энергию. Для изолированной системы тел в механике справедлив закон сохранения механической энергии : если между телами изолированной системы не действуют силы трения (или другие силы, приводящие к рассеянию энергии), то сумма механических энергий тел этой системы не изменяется (закон сохранения энергии в механике). Если же силы трения между телами изолированной системы есть, то при взаимодействии часть механической энергии тел переходит во внутреннюю энергию.

1.5. Механические колебания и волны

Колебаниями называются движения, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени. Колебания называются периодическими, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени.
Гармоническими колебаниями называются такие колебания, в которых колеблющаяся физическая величина x изменяется по закону синуса или косинуса, т.е.

Величина A, равная наибольшему абсолютному значению колеблющейся физической величины x, называется амплитудой колебаний . Выражение α = ωt + ϕ определяет значение x в данный момент времени и называется фазой колебаний. Периодом T называется время, за которое колеблющееся тело совершает одно полное колебание. Частотой периодических колебаний называют число полных колебаний, совершённых за единицу времени:

Частота измеряется в с -1 . Эта единица называется герц (Гц).

Математическим маятником называется материальная точка массой m, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания в вертикальной плоскости.
Если один конец пружины закрепить неподвижно, а к другому её концу прикрепить некоторое тело массой m, то при выведении тела из положения равновесия пружина растянется и возникнут колебания тела на пружине в горизонтальной или вертикальной плоскости. Такой маятник называется пружинным.

Период колебаний математического маятника определяется по формуле

где l — длина маятника.

Период колебаний груза на пружине определяется по формуле

где k — жёсткость пружины, m — масса груза.

Распространение колебаний в упругих средах.
Среда называется упругой, если между её частицами существуют силы взаимодействия. Волнами называется процесс распространения колебаний в упругих средах.
Волна называется поперечной , если частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Волна называется продольной , если колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны.
Длиной волны называется расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе:

где v — скорость распространения волны.

Звуковыми волнами называют волны, колебания в которых происходят с частотами от 20 до 20 000 Гц.
Скорость звука различна в различных средах. Скорость звука в воздухе равна 340 м/c.
Ультразвуковыми волнами называют волны, частота колебаний в которых превышает 20 000 Гц. Ультразвуковые волны не воспринимаются человеческим ухом.

Силы трения

Характеристика сил трения.

Силы трения – это силы, возникающие между соприкасающимися поверхностями телами или их частями (в плоскости касания) при перемещении в плоскости касания или же при попытке вызвать такое перемещение.

Силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению движения. Сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления на трущиеся поверхности и зависит от свойств этих поверхностей. Законы трения связаны с электромагнитным взаимодействием, которое существует между телами. Различают трение внешнее и внутреннее . Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения или трение покоя). Внутреннее трение наблюдается при относительном перемещении частей одного и того же сплошного тела (например, жидкость или газ). Различают сухое и жидкое (или вязкое ) трение. Сухое трение возникает между поверхностями твердых тел в отсутствие смазки. Жидким (вязким) называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями. Сухое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения . Рассмотрим законы сухого трения (рис. 4.5). Рис. 4.5 Рис. 4.6 Подействуем на тело, лежащее на неподвижной плоскости, внешней силой , постепенно увеличивая ее модуль. Вначале брусок будет оставаться неподвижным, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой , направленной по касательной к трущейся поверхности, противоположной силе . В этом случае и есть сила трения покоя. Установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления N : μ 0 – коэффициент трения покоя , зависящий от природы и состояния трущихся поверхностей. Когда модуль внешней силы, а следовательно, и модуль силы трения покоя превысит значение F 0 , тело начнет скользить по опоре – трение покоя F тр.пок сменится трением скольжения F ск (рис. 4.6): F тр = μ N , (4.4.1) Где μ – коэффициент трения скольжения. Трение качения возникает между шарообразным телом и поверхностью, по которой оно катится. Сила трения качения подчиняется тем же законам, что и сила трения скольжения, но коэффициент трения μ ; здесь значительно меньше. Подробнее рассмотрим силу трения скольжения на наклонной плоскости (рис. 4.7). На тело, находящееся на наклонной плоскости с сухим трением, действуют три силы: сила тяжести , нормальная сила реакции опоры и сила сухого трения . Сила есть равнодействующая сил и ; она направлена вниз, вдоль наклонной плоскости. Из рис. 4.7 видно, что F = mg sin α, N = mg cos α. Рис. 4.7 Если – тело остается неподвижным на наклонной плоскости. Максимальный угол наклона α определяется из условия (F тр) max = F или μ mg cosα = mg sinα, следовательно, tg α max = μ, где μ – коэффициент сухого трения. F тр = μN = mg cosα, F = mg sinα. При α > α max тело будет скатываться с ускорением a = g (sinα — μ cosα), F ск = ma = F — F тр. Если дополнительная сила F вн, направленная вдоль наклонной плоскости, приложена к телу, то критический угол α max и ускорение тела будут зависеть от величины и направления этой внешней силы.

	Пояснение
	Тянем тело по поверхности, сила трения действует на тело и по 3-му закону Ньютона на поверхность.
	Сила трения возникает, когда перемещения нет, но есть попытка вызвать его.
	Сила трения возникает между частями одного тела (слои), которые соприкасаются и перемещаются друг относительно друга.

Сухое трения – трение поверхностей твердых тел. Если между поверхностями твердого тела существует слой жидкости, то говорят, что имеем жидкое трение. Под сухим трением понимают трение качения. Когда говорят о жидком трении, то его чаще всего можно свести к трению слоев жидкости.

Существует внешнее и внутреннее трение. Внешнее трение возникает между различными телами. Частным случаем внешнего трения является сухое трение.

Внутреннее трение – трение между различными частями одного и того же тела (например, трение слоев жидкости). К внутреннему трению можно свести и жидкое трение. Все силы трения зависят от скорости. Направление сил трения противоположно величине относительной скорости. Сама величина силы трения может зависеть от скорости. Значит, силы трения не консервативны. Все силы трения диссипативны (всегда приводят к уменьшению механической энергии системы, к превращению ее в другой вид энергии).

Cилы трения покоя и скольжения.

Рассмотрим два тела, соприкасающихся поверхностями. На одно из тел подействуем внешней силой , направленной параллельно поверхности соприкосновения.

Опыт показывает, что движение тел друг относительно друга начнется тогда, когда внешняя сила превысит некоторое значение . Если внешняя сила меньше, чем , тело покоится, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой. Эта сила носит название силы трения покоя.

Сила трения покоя действует на неподвижное тело при попытке вызвать перемещение данного тела в плоскости соприкосновения. Она направлена по касательной к поверхности соприкосновения, равна по величине и противоположна по знаку составляющей внешней силы. Понятно, что сила трения покоя величина переменная. Она может принимать различные значения от 0 до некоторого максимального значения. Если внешняя сила больше максимального значения силы трения покоя, возникает скольжение. При скольжении по поверхности на тело также действует сила трения, направленная всегда противоположно скорости движения тела относительно поверхности.

Закон Кулона

Сила терния скольжения не зависит от площади поверхности соприкасающихся тел и пропорциональна силе нормального давления одного тела на другое.

Коэффициент пропорциональности m называется коэффициентом трения. Согласно закону Кулона:

Если перемещение происходит в направлении перпендикулярном плоскости соприкосновения, то сила нормального давления N равна силе реакции со стороны поверхности.

Сила трения приложена к центру масс тела. Существенное значение при возникновении сил трения имеют шероховатые поверхности соприкосновения. При попытке вызвать движение неровности цепляются друг за друга, возникает сила трения и когда сила, приложенная к телу, становится больше силы трения, то происходит разрушение неровностей. Но при движении они цепляются, т. е. возникает сила трения скольжения — это вызывает износ поверхности.

Сила трения качения

Колесо, которое катится по поверхности, в конце концов, остановится. Сила трения скольжения отсутствует (т. к. нет скольжения). Также нет и силы трения покоя. Значит сила, заставляющая колесо остановится и есть сила трения качения – горизонтальная составляющая силы реакции действующей со стороны поверхности на тело, находящееся на ней.

Движение самоходных аппаратов.

Под самоходным аппаратом понимается устройство, которое способно перемещаться за счет качения колес под действием сил, действующих со стороны двигателя экипажа (например, паровоз или автомобиль).

Движение возникает потому, что внешнее устройство создает момент сил, действующих на колесо. Если движение происходит без проскальзывания, то на колесо действует сила трения качения и сила трения покоя. В конечном итоге движение возникает за счет силы трения покоя, F тр. кач

Богданов К.Ю. — учебник по физике для 10 класса

§ 13. СИЛЫ УПРУГОСТИ И ТРЕНИЯ: ЗАКОНЫ И ПРИМЕРЫ

Силы упругости и трения, в отличие от гравитационных сил, появляются только при соприкосновении тел.                                             

Силы упругости являются следствием деформации, возникающей при контакте тел (см. §8). На карандаш, лежащий на столе, действует сила тяжести, однако, он остаётся неподвижным, и значит, на него действует сила упругости чуть-чуть деформированного им стола, направленная вертикально вверх и равная по величине силе тяжести карандаша. Если на то же место стола поставить монитор компьютера, то деформацию поверхности стола можно будет заметить и на глаз.

Деформации возникают только тогда, когда одни участки тела перемещаются относительно других. Так, часть колеса автомобиля, соприкасающаяся с землёй, деформируется, смещаясь относительно других (см. рис.10г). При движении автомобиля наступает момент, когда данная часть колеса перестаёт соприкасаться с землёй и её деформация исчезает. Такие тела, деформации которых исчезают после прекращения действия сил, называют упругими. Однако во многих случаях тело не восстанавливает своей первоначальной формы после окончания взаимодействия с другим телом. Такие тела называют пластичными. Следы, оставляемые нами на мокром песке, могут служить примером пластичной деформации.

Силы упругости растут при увеличении деформации. Особенно наглядно это можно продемонстрировать, растягивая пружину (см. рис.13а). Видно, что удлинение пружины прямо пропорционально массе подвешенного груза. Таким образом, модуль силы упругости F, прямо пропорционален изменению длины пружины DL. Это заключение, впервые сформулированное Р. Гуком, справедливо не только для пружин, но и для любых малых упругих деформаций (сжатий или растяжений) тел. Закон Гука в математической форме записывается следующим образом:

F = k^. DL                                     (13.1)

где k – коэффициент упругости или жёсткости. Чем больше k, тем труднее деформировать данное тело.

Силы трения, как и упругие силы, возникают при контакте двух тел, а именно при движении одного тела по поверхности другого. При скольжении неровности (микробугорки) поверхности одного тела цепляются за неровности другого, что приводит к возникновению упругих сил, тормозящих движение. Если же эти неровности практически отсутствуют, как происходит, например, при скольжении листа стекла по стеклу, то тела начинают прилипать друг к другу из-за образования связей между молекулами соприкасающихся поверхностей тел.

Чтобы сдвинуть тело, находящееся на поверхности другого тела (см. рис.13б), необходимо приложить силу F, достаточную для (1) преодоления упругих сил, возникших при деформации микробугорков поверхностей и (2) разрыва образовавшихся связей между молекулами контактирующих тел. Если сила F, оказывается меньше необходимой, то тело остаётся в покое, а значит, на это тело, кроме силы F,  действует ещё одна сила, которую называют силой трения покоя F_ТП (см. рис. 13б), которая компенсирует действие силы F. Однако сила трения покоя не может превышать своего максимального значения F_{max, зависящего от свойств скользящих поверхностей, и силы, с которой их прижимают друг к другу. Поэтому, чтобы сдвинуть тело, необходимо приложить силу F>Fmax .}

Результаты многих экспериментов показывают, что максимальное значение силы трения покоя, F_max прямо пропорционально величине силы, прижимающей тела друг к другу (силе реакции опоры), N, что можно записать в виде: 

F_max = m_ТП^.N,                      (13.2)

где m_ТП – коэффициент трения покоя.

Силу, препятствующую, скольжению одного тела по другому, называют силой трения скольжения. Сила трения скольжения, F_ТС всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости движения тел, и тоже прямо пропорциональна силе реакции опоры, N,  или

F_ТС = m_ТС^. N,                       (13.3)

где m_ТС – коэффициент трения скольжения. Установлено, что при малых скоростях относительного движения тел m_ТП и m_ТП мало отличаются друг от друга.

Вопросы для повторения:

·        Чем отличаются силы упругости и трения от гравитационных сил?

·        Чем отличаются упругие деформации от пластичных?

·        Сформулируйте закон Гука.

·        Как возникает сила трения, и от чего она зависит?

Рис.13. (а) – закон Гука, зависимость упругой силы F от деформации DL; (б) – зависимость силы трения покоя F_ТП от силы F, пытающейся сдвинуть тело с места вправо.

Урок 3. Сила трения покоя

ВИДЕО УРОК

Часто можно наблюдать, как тело, движущееся под действием силы (то есть в результате действия на него другого тела или нескольких тел), постепенно останавливается, если действие этой силы прекращается.

При перемещении одного тела по поверхности другого возникают силы, препятствующие движению, направленные против движения; они называются силами трения.

ПРИМЕР:

Прекращается движение частей станка, если выключить двигатель.

Останавливается велосипед, если велосипедист перестаёт работать ногами.

Разогнавшись, можно некоторое время скользить на коньках или на лыжах. Но если не прикладывать усилий, скольжение прекращается.

Во всех рассмотренных примерах остановка тел вызывается трением.

Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения в отличии от силы упругости, направленной перпендикулярно этой поверхности.

Одной из причин трения является то, что поверхности тел, даже самые гладкие на вид, имеют неровности, бугорки и царапины (шероховатости). На рисунке

эти неровности изображены в увеличенном виде. Зацепляясь друг за друга, выступы препятствуют движению одного тела по поверхности другого. Существует ещё одна причина трения – взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел. Когда поверхности трущихся тел шероховаты, трение обусловлено главным образом первой причиной. При очень гладких, полированных поверхностях сильнее сказывается молекулярная природа трения.
Трение можно уменьшить в десятки раз, если ввести между трущимися поверхностями смазку. Слой смазки

разъединяет поверхности трущихся тел, не даёт им соприкасаться.

В качестве смазки широко применяются различные масла.

ПРИМЕР:

Очень малое трение при скольжении по льду, например на коньках, также объясняется действием смазки. При движении по льду между коньками и льдом образуется тонкий слой воды, которая играет роль смазки.

При трении скорость движущегося тела изменяется, а это означает, что на это тело действует сила.

Сила, по определению, – это причина изменения движения тела, в частности его скорости.

Сила, препятствующая движению одного тела по поверхности другого, называется силой трения.

Различают несколько видов трения, в зависимости от того, как происходит взаимодействие трущихся тел.

Трение проявляется и тогда, когда на неподвижное тело действует сила, стремящаяся переместить его вдоль поверхности другого тела. В этом случае трение мешает телу сдвинуться с места. Такой вид называется трением покоя.

С трением покоя очень часто приходится сталкиваться на практике.

ПРИМЕР:

Тяжёлый стол, шкаф трудно сдвинуть с места: мешает сила трения покоя.

Трение покоя проявляется в точках соприкосновения ведущих колёс автомобиля с дорогой, ведущих колёс локомотива с рельсами, в месте соприкосновения ног идущего человека с почвой и так далее.

При сильном уменьшении трения покоя, например во время гололёда, ведущие колёса автомобиля буксуют, проскальзывают, машина не может двигаться.

Ходить при гололёде очень трудно, так как с уменьшением трения покоя ноги начинают сильно скользить.

Проследим на опыте за воздействием силы трения.

На столе помещено некоторое тело.

К нему прикреплён динамометр, который нитью, перекинутой через блок, связан с грузом. Тело находится в покое.
На тело действует сила

параллельная поверхности соприкосновения его со столом и равная по абсолютному значению весу груза. Её и показывает динамометр. Кроме того, на тело действует сила тяжести и уравновешивающая её сила реакции, вызванная деформацией стола и направленная перпендикулярно поверхности соприкосновения тела со столом. Если груз недостаточно велик, тело остаётся в покое. Это значит, что вместе с силой

на тело действует ещё одна сила

равная ей численно, но направленная в противоположную сторону:

Это и есть сила трения, её называют силой трения покоя.Увеличим груз, прикрепив к нему большую гирю. Динамометр покажет, что сила увеличилась. Но тело по прежнему остаётся в покое. Значит вместе с силой увеличилась и сила трения покоя, так что эти две силы, как и прежде, по абсолютному значению равны и направлены противоположно друг к другу. В этом и состоит главная особенность силы трения покоя.

Сила трения покоя всегда равна по абсолютному значению и направлена противоположно силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом.

Наконец при некотором определённом значении массы груза, а значит, и его веса тело сдвигается и начинает скользить. Существует, следовательно, определённая максимальная сила трения покоя. И только тогда, когда параллельная поверхности сила

становится хотя бы немного больше её, тело получает ускорение.

Сила трения препятствует началу движения. Но с другой стороны, бывают такие случаи, когда именно сила трения покоя служит причиной движения тела.

ПРИМЕР:

При ходьбе именно сила трения покоя

действующая на подошву, сообщает нам ускорение.

Ведь подошва не скользит назад, и, значит, трение между ней и почвой – это трение покоя. А если подошва скользит, то и ходьба невозможна. Сила же

равная и противоположная

сообщает ускорение Земле.

Таким же образом колёса автомобилей и других самодвижущихся повозок как бы отталкиваются от Земли, и эта толкающая сила есть сила трения покоя.
Когда в ременной передаче ремень заставляет вращаться шкив,

то силой, сообщающей ускорение ободу шкива, тоже является сила трения покоя между приводным ремнём и шкивом.

Коэффициент трения.

ПРИМЕР:

Передвигать по полу тяжёлый ящик труднее, чем лёгкий.

При равномерном передвижении саней по горизонтальному пути сила тяги должна быть тем больше, чем тяжелее лежащий на санях груз.

Примеры эти показывают, что чем тяжелее тело, тем большая сила тяги требуется для его равномерного передвижения по поверхности какого-нибудь другого тела, тем больше, следовательно, сила трения.

Изучим на опыте, от чего зависит величина силы трения.

Воспользуемся установкой, изображённой на рисунке,

только не будем брусок нагружать гирей. Взвесим брусок и определим динамометром силу трения.
Допустим, что вес бруска (сила давления)  800 г, а сила трения, измеренная динамометром, 240 г. Разделив величину силы трения на силу давления, получим:

Положим на брусок второй такой же по весу брусок. Этим мы увеличиваем силу, направленную перпендикулярно поверхности соприкосновения тела и стола. Эту силу называют силой давления. Два бруска будут давить теперь на доску с силой  1600 г. Измерив динамометром силу трения, найдём, что она равна  480 г, то есть увеличилась вдвое. Разделив силу трения на силу давления, получим то же число  0,3

Если теперь на второй брусок положить такой же третий брусок, то при давлении на доску в  2400 г  сила трения окажется равной  720 г. Отношение силы трения к силе давления будет равно тому же числу  0,3

которое получалось в первых двух опытах.

Выводы из опытов:

– с увеличением силы давления пропорционально увеличивается и сила трения;

– отношение силы трения к силе давления не меняется при изменении силы давления.

Отношение силы трения скольжения к силе давления называется коэффициентом трения.

Если коэффициент трения обозначить буквой  k, силу давления – F_давл, а силу трения – F_тр, то наш вывод можно записать в виде формулы:

При замене в нашем опыте гладкой доски шероховатой получим, что при одной и той же силе давления сила трения увеличится. Следовательно увеличится и коэффициент трения. Опыт показывает также, что коэффициент трения изменяется и при замене одного материала другим, например деревянной доски металлическим листом.

Таким образом, коэффициент трения зависит от свойств поверхности тел: от качества их обработки и материала самих тел.

Для некоторых материалов коэффициент трения скольжения приведён ниже в таблице.

Зная коэффициент трения и силу давления, можно рассчитать силу трения по формуле:

F_тр = kF_давл.

При движении тела по горизонтальному пути силой давления является вес тела, обозначаемый буквой

Р(F_давл= Р).

ПРИМЕР:

Какую силу надо приложить, чтобы равномерно двигать деревянные сани весом

Р = 500 кг

по горизонтальной ледяной дороге ? Коэффициент трения дерева о лёд

k = 0,035.

РЕШЕНИЕ:

F_тр = 0,035 × 500 кг = 17,5 кг,

F_тр = F_тяги,

следовательно

F_тяги = 17,5 кг.

Способы увеличения и уменьшения силы трения.

В жизни и технике трение имеет большое значение.

ПРИМЕР:

При ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Если же трение между подошвой обуви и землёй мало, например в гололёдицу, то отталкиваться от земли трудно, ноги при этом скользят. Чтобы ноги прохожих не скользили, улицы в городах посыпают песком. При этом увеличивается сила трения между подошвой обуви и землёй.

Иногда колёса автомобиля на скользкой дороге быстро вращаются, но автомобиль не двигается с места – машина буксует. Это явление происходит в том случае, когда сила трения между ведущими колёсами автомобиля и дорогой мала. Ведущие колёса автомобиля соединены через систему передач с автомобильным двигателем, который их вращает. Ведущие колёсами, обычно задними, автомобиль как бы отталкивается от дороги.

Чтобы увеличить трение, дорогу посыпают песком, а поверхность шин делают с ребристыми выступами. Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, на ведущие колёса автомобиля иногда приходится надевать специальные цепи.

Рассмотрим ещё один пример использования трения.

ПРИМЕР:

У сверлильного станка, который имеется в школьных мастерских, вращательное движение от двигателя к сверлу передаётся при помощи ремня. Чтобы ремень не проскальзывал на шкивах, его смазывают специальной липкой пастой. Это увеличивает трение между ремнём и шкивом.

Во всех рассмотренных примерах трение играет полезную роль.

Во многих случаях трение вредно и его стараются уменьшить.

ПРИМЕР:

Трение вызывает износ движущихся частей машин. Для уменьшения трения трущиеся поверхности делают гладкими и между ними вводят слой масла (смазку). Применение смазки уменьшает силу трения в  8 – 10  раз.

Валы машин и станков опираются на подшипники. Деталь разъёмного подшипника, непосредственно соприкасающаяся с валом, называется вкладышем. Вкладыш делают из бронзы, чугуна или стали. Для уменьшения трения между вкладышем и вращающимся валом внутреннюю поверхность чугунного или стального вкладыша покрывают особым материалом, чаще всего баббитом (сплав свинца, олова и других металлов). На рисунке

изображён подшипник, в котором вал  3  при вращении скользит по поверхности вкладыша  2. Подшипники такого рода называются подшипниками скольжения.

Шариковые и роликовые подшипники.

Для передвижения тяжёлых предметов очень часто под них подкладываются катки.

Этим приёмом заменяют трение скольжения трением качения. Сила же трения качения, как уже было установлено, при одинаковой нагрузке значительно меньше силы трения скольжения. На этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Устройство простейших шарикового и роликового подшипников изображено на рисунках:

Внутреннее кольцо подшипника, изготовленное из закалённой стали, насаживается на вал. Наружное же кольцо закрепляется в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами.

Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в  20 – 30  раз.

Шариковыми и роликовыми подшипниками снабжаются разнообразные машины: автомобили, токарные станки, текстильные машины, электрические двигатели, велосипеды.

Урок Сила трения. 9 кл | Методическая разработка по физике (9 класс) по теме:

Тема урока: «Сила трения».

Цели:

Образовательные: 

• углубить представление учащихся о силе трения, раскрыть ее природу, провести исследования зависимости силы трения от различных факторов;
• с помощью эксперимента  установить  зависимость  силы трения от рода трущихся поверхностей, от шероховатости поверхностей, от силы нормального давления ;
• привить культуру физической речи, умение работать с прибором (динамометр), снимать показания с прибора, анализировать, сравнивать

Развивающие: 

• способствовать развитию речи, логического мышления, трудоспособности, умения применять полученные знания в нестандартных ситуациях,
• развивать творческие способности, интерес к исследованию результатов полученных в результате эксперимента.  

Воспитательные: 

• сформировать коммуникативные навыки работы в процессе коллективной деятельности;
• способствовать развитию чувства взаимопонимания и взаимопомощи в процессе совместного решения задач;
• воспитать активную позицию учащихся в учебном процессе и умение добиваться поставленной цели.

Метод: проблемный, исследовательский.

Межпредметные связи:  литература, физика 7 класса.

Приборы: брусок деревянный, деревянная линейка, динамометр, набор грузов, стекло, резина, гладкая бумага, деревянная дощечка, наждачная бумага .

Ход урока:

I. Мотивация.

1. На доске слайд 1

— Мы знаем, что физика – наука о природе. Вспомним Ф.И. Тютчева:

«Не то, что мните вы, природа:

Не слепок, не безликий лик, —

В ней есть душа, в ней есть свобода.

В ней есть любовь, в ней есть язык».

Да, у природы есть свой язык, и мы должны его понимать.

Падение яблока, взрыв сверхновой звезды, прыжок кузнечика или радиоактивный распад веществ происходят в результате взаимодействий.

Количественной мерой взаимодействия является – сила.

2. Физразминка. Тестовая работа. 

Вариант 1

1.Под действием какой силы изменяется направление движения камня, брошенного горизонтально?

А. Силы упругости.   Б. Силы тяжести.   В. Веса тела.

2.Чему примерно равна сила тяжести, действующая на мяч массой 0,5 кг?

А. 5Н.   Б. 0,5Н.   В. 50 Н.

3. Какую примерно массу имеет тело весом 120 Н? 

  А.  120 кг.   Б. 12 кг.   В. 60 кг.

4.Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в  сторону,  противоположную перемещению частиц тела, называется…   

А. Силой упругости.   Б. Весом тела.    В. Силой тяжести.

Вариант 2

1. Какая сила вызывает образование камнепадов в горах?

А. Сила тяжести.    Б. Сила трения.   В. Сила упругости.

2. Чему равна сила тяжести, действующая на кирпич массой 3 кг?     

А. 3Н.   Б. 30Н.   В. 0,3 Н.

3. Подвешенная к потолку люстра действует на потолок с силой 50 Н. Какова масса люстры?

А. 50 кг.   Б. 4 кг.   В. 5 кг.

4. Сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес, называется…     

А. Силой упругости.   Б. Силой тяжести.   В. Весом тела.        

Вариант 3

1.        Под действием какой силы тела стремятся сохранить свою форму?

А. Силы упругости.   Б. Силы тяжести.   В. Веса тела.

2. Чему примерно равна сила тяжести, действующая на мяч массой 0,4 кг?

А. 4Н.   Б. 0,4Н.   В. 40 Н.

3. Какую примерно массу имеет тело весом 20 Н?

А. 20 кг.   Б. 2 кг.   В. 0, 2 кг.

4.        Человек спускается на парашюте, двигаясь равномерно. Сила тяжести его вместе с парашютом 800 Н. Чему равна сила сопротивления воздуха?

А. 1600 Н.   Б. 0.   В. 800 Н.

Вариант   4

1.  По какой формуле можно определить силу тяжести?
А.         Б.         В.   

2.  Чему равна сила тяжести, действующая на тело массой 200 г.
А. 200 Н         Б. 20 кг         В.  2 Н

3.  На полу стоит ведро. Как называется сила, с которой ведро действует на пол?
А. Вес                  Б. Сила тяжести             В. Сила упругости

4.  Как называется сила, возникающая при сжатии пружины?
А. Вес тела         Б. Сила упругости         В. Сила тяжести        

3.        Взаимопроверка (слайд 2).

	1	2	3	4
В 1	б	а	б	а
В 2	а	б	в	в
В 3	а	а	б	в

II. Изучение нового материала

1. Постановка проблемы

Учитель:

Каждый день куда-то ходим,

Но при этом не скользим,

Потому что наши ноги

Зацепились за дороги,

И мы ими тормозим.

Вопрос:  Почему мы не скользим, когда идём? Что способствует нашему перемещению?

Идет обсуждение и вывод: причиной является сила трения.

2. Формулировка темы и цели нашего урока

Так может вы сами назовете тему нашего урока

Обучающиеся: Тема нашего урока “Сила трения”. (слайд 3)

Чем старше становится человек, тем меньше он  удивляется тому, что происходит вокруг :

— почему шелковый шнурок развязывается быстрее, чем шерстяной;

— почему бревно легче катить, чем тащить;

— почему вбитый  в стену гвоздь не выскакивает.

Но вы совсем еще юные люди. У вас должно быть много вопросов. На какие вопросы вы хотели бы получить ответ сегодня на уроке?

Цель нашего урока разобраться со всеми «почему».

Цель: Узнать почему появляется сила трения и  исследовать факторы, от которых зависит сила трения. (слайд 4)

(На экране появляется картина) (Слайд № 5)

3. Определение силы трения, направление

Посмотрите внимательно на картину. Кто ее автор, как она называется?

(«Тройка», Перов)

 Ответим на вопросы:

1.        Почему детям тяжело вести санки?

2.        Какую силу им приходится преодолевать?

3.        Где она действует?

4.        Куда направлена?

( Ученики отвечают на вопросы. На экране появляется слайд 6).

4.Выясним причины трения

 Учащиеся разбиты на 4 группы.

Как возникает трение? Откуда берется сила трения?

Опыт 1.Учитель дает задание учащимся  провести мелом по наждачной бумаге, стеклу. Что они наблюдают? Почему?

Поверхность наждачной бумаги шероховатая и это мешает движению.

Вывод: шероховатости поверхности мешают движению. Сила трения направлена противоположно движению .

Опыт 2. Учитель дает задание учащимся  взять 2 стекла и  привести их в соприкосновение, прижимая, их друг к другу. Что замечаете? Почему трудно тянуть одно стекло по поверхности другого. Причина? Ведь поверхности ровные, гладкие.

Вывод: Когда прижимаем стекла, друг к другу — начинают проявлять себя силы взаимодействия (притяжения) между молекулами.

Фрагмент фильма (слайд 7)

Сила трения всегда направлена вдоль соприкасающихся поверхностей противоположно движению.

Итак, вывод. Причина возникновения сил трения: 

1) шероховатость поверхности, (слайд 8)

2) притяжение молекул взаимодействующих тел (слайд 9).

5. Виды силы трения.

( На доске появляются фрагменты литературных произведений.

Учитель: Во многих литературных произведениях встречаются физические явления. На примерах поэтических строк попытайтесь увидеть проявление трения и назвать вид.

Кошка за Жучку
Жучка за внучку
Внучка за бабку
Бабка за дедку
Дедка за репку

Тянут – потянут, вытянуть не могут. (сила трения покоя) (Слайд 10)

В зимние сумерки нянины сказки
Саша любила. Поутру в салазки
Саша садилась, летела стрелой,
Полная счастья, с горы ледяной.

Н. А. Некрасов (сила трения скольжения) (Слайд 11)

Хоть тяжело подчас в ней бремя,
Телега на ходу легка;
Ямщик лихой, седое время,
Везет, не слезет с облучка.

А. С. Пушкин (сила трения качения) (Слайд 12)

Виды силы трения: покоя, скольжения, качения. Определение и примеры (слайд 13).

Силу трения, возникающую между неподвижными друг относительно друга телами, называют силой трения покоя.

Сила трения, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого тела, называется силой трения скольжения.

Сила трения, возникающая при качении одного тела по поверхности другого, называется силой трения качения.

6. Физминутка.

-разогреем  ладони;

-вирус гриппа- стимулировать иммунитет потрем мочки ушей, в которых находятся биологически активные точки, влияющие на иммунитет.

-для расслабления мышц спины, кулачками потрите вдоль позвоночника, для улучшения кровообращения в этих мышцах.

В каких упражнениях вы встретили  трение? (ходьба- качение и покой).

7. Экспериментальная работа в группах по изучению силы трения. 

(слайд 14)

1 группа. Исследование силы трения покоя.

Порядок выполнения работы.

1. Определите цену деления динамометра.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте сверху 3 грузика.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки до тех пор, пока брусок не сдвинется с места.

4. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

5. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте сверху 3 грузика. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

6. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

7. Сравните силу трения покоя с  силой  трения скольжения. Какая больше?

8. Сделайте вывод.

2 группа. Исследование зависимости силы трения от веса тела.

Порядок выполнения работы.

1. Определите цену деления динамометра.

2. Измерьте динамометром вес деревянного бруска.

3. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте сверху 2 грузик массой 100 г.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

4. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

5. К первому грузу добавьте второй, третий, грузы, каждый раз измеряя силу трения.

6. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	Общий вес с грузами, Н	Сила трения скольжения, Н
1
2
3

7. Сделайте вывод,  как зависит сила трения от веса тела. 

3 группа. Исследование зависимости силы трения от материала трущихся поверхностей. 

Порядок выполнения работы.

Для этого измерьте поочередно силу трения скольжения деревянного бруска по деревянной доске, резине, и наждачной бумаге.

1. Определите цену деления динамометра.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте 3 грузика. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

3. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения по дереву.

4. Замените деревянную линейку на кусок линолеума. Проделайте пункт 2.

5. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения по линолеуму.

6. Замените линолеум на   пенопластовый лист. Проделайте пункт 2.

 7. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения по пенопластовому листу.

8 . Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	Вид поверхности, по которой скользит брусок	Сила трения скольжения, Н
1	Дерево
2	Линолеум
3	пенопласт

9. Сделайте вывод, как сила трения зависит от рода (материала) трущихся поверхностей.

4 группа.  Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения.

Порядок выполнения работы.

1. Определите цену деления динамометра

2. Измерьте динамометром вес деревянного бруска и катка, убедитесь, что они одинаковы.

3. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

4.Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

5. Прикрепив  каток  к динамометру, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы  трения качения.

6. Сравните силу трения скольжения и силу трения качения. Какая больше?

7. Сделайте вывод.

8. Отчёты групп по результатам проведённой работы 

 (слайд 15, 16,17,18).

9. Получение формулы

(слайд 19)

III. Закрепление

1.Демонстрация

Брусок с грузами на деревянной дощечке. Демонстрационный динамометр. Прикрепляю динамометр к грузу , прилагаю усилие. Динамометр растянулся, грузик  покоится. Почему? Еще больше растягиваю динамометр, грузик  покоится? Почему? Еще увеличиваю силу, грузик сдвигается с места. Как объяснить результат?

 Мы изучили с Вами различные виды трения. Так, трение полезно или вредно?

2. Как уменьшить трение? Шлифование поверхностей, смазка, уменьшение нагрузки. Замена силы трения скольжения на силу трения качения.

( слайд 20)

Как увеличить трение? Увеличить нагрузку, использовать специальные материалы (слайды 21).

3. Сообщение «Проявление силы трения в окружающей жизни»

 (слайды 22)

4. Пословицы, поговорки.

1 . Ржавый плуг только на пахоте очищается.

2. Баба с возу – кобыле легче.

3. Что кругло – легко катится.

4. Все идет как по маслу.

5. Сухая ложка рот дерет

6.Угря в руках не удержишь!

6. Коси коса, пока роса, роса долой, и мы домой

V. Взаимопроверка

VI. Домашнее задание.

(слайд 23)

Пользуясь материалом учебника и дополнительной литературой, заполните таблицу.

«Злые» дела силы трения	«Добрые» дела силы трения

(Слайд №12)

VII. Рефлексия.

-Было ли на уроке интересно?

-Все ли было на уроке понятно?

-Усвоена ли тема?

1. Я узнал(а) много нового.
2. Мне это пригодится в жизни.
3. На уроке было над чем подумать.
4. На все возникшие у меня в ходе урока вопросы, я получил(а) ответы.
5. На уроке я поработал(а) добросовестно и цели урока достиг(ла).

Тест к уроку

В-1 1.Под действием какой силы изменяется направление движения камня, брошенного горизонтально? А. Силы упругости.   Б. Силы тяжести.   В. Веса тела. 2.Чему примерно равна сила тяжести, действующая на мяч массой 0,5 кг? А. 5Н.   Б. 0,5Н.   В. 50 Н. 3. Какую примерно массу имеет тело весом 120 Н?    А.  120 кг.   Б. 12 кг.   В. 60 кг. 4.Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в  сторону,  противоположную перемещению частиц тела, называется…    А. Силой упругости.   Б. Весом тела.    В. Силой тяжести. В-4 1.  По какой формуле можно определить силу тяжести? А.         Б.         В.    2.  Чему равна сила тяжести, действующая на тело массой 200 г. А. 200 Н         Б. 20 кг         В. 2 Н 3.  На полу стоит ведро. Как называется сила, с которой ведро действует на пол? А. Вес                  Б. Сила тяжести             В. Сила упругости 4.  Как называется сила, возникающая при сжатии пружины? А. Вес тела        Б. Сила тяжести         В. Сила упругости

В-2 1. Какая сила вызывает образование камнепадов в горах? А. Сила тяжести.    Б. Сила трения.   В. Сила упругости. 2. Чему равна сила тяжести, действующая на кирпич массой 3 кг?      А. 3Н.   Б. 30Н.   В. 0,3 Н. 3. Подвешенная к потолку люстра действует на потолок с силой 50 Н. Какова масса люстры? А. 50 кг.   Б. 4 кг.   В. 5 кг. 4. Сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес, называется. ..      А. Силой упругости.   Б. Силой тяжести.   В. Весом тела.          В-3 1.        Под действием какой силы тела стремятся сохранить свою форму? А. Силы упругости.   Б. Силы тяжести.   В. Веса тела. 2. Чему примерно равна сила тяжести, действующая на мяч массой 0,4 кг? А. 4Н.   Б. 0,4Н.   В. 40 Н. 3. Какую примерно массу имеет тело весом 20 Н? А. 20 кг.   Б. 2 кг.   В. 0, 2 кг. 4.        Человек спускается на парашюте, двигаясь равномерно. Сила тяжести его вместе с парашютом 800 Н. Чему равна сила сопротивления воздуха? А. 1600 Н.   Б. 0.   В. 800 Н.

1 группа. Исследование силы трения покоя.

Порядок выполнения работы.

1. Определите цену деления динамометра.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте сверху 3 грузика.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки до тех пор, пока брусок не сдвинется с места.

4. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

5. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте сверху 3 грузика. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

6. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

7. Сравните силу трения покоя с  силой  трения скольжения.

8. Сделайте вывод.

2 группа. Исследование зависимости силы трения от веса тела.

1. Определите цену деления динамометра.

2. Измерьте динамометром вес деревянного бруска.

3. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте сверху 1 грузик массой 100 г.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

4. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

5. К первому грузу добавьте второй, третий, грузы, каждый раз измеряя силу трения.

6. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	Общий вес с грузами, Н	Сила трения скольжения, Н
1
2
3

7. Сделайте вывод,  как зависит сила трения от веса тела. 

3 группа. Исследование зависимости силы трения от материала трущихся поверхностей. 

Порядок выполнения работы.

Для этого измерьте поочередно силу трения скольжения деревянного бруска по деревянной доске, резине, и наждачной бумаге.

1. Определите цену деления динамометра.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте 3 грузика. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

3. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения по дереву.

4. Замените деревянную линейку на кусок линолеума. Проделайте пункт 2.

5. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения по линолеуму.

6. Замените линолеум на   пенопластовый лист. Проделайте пункт 2.

 7. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения по пенопластовому листу.

8 .Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	Вид поверхности, по которой скользит брусок	Сила трения скольжения, Н
1	Дерево
2	Линолеум
3	пенопласт

9. Сделайте вывод, как сила трения зависит от рода (материала) трущихся поверхностей.

4 группа.  Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения.

Порядок выполнения работы.

1. Определите цену деления динамометра

2. Измерьте динамометром вес деревянного бруска и катка, убедитесь, что они одинаковы.

3. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки.

4.Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

5. Прикрепив  каток  к динамометру, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы  трения качения.

6. Сравните силу трения скольжения и силу трения качения. Какая больше?

7. Сделайте вывод.

Нормальная сила трения скольжения Рона Куртуса

SfC Home > Physics > Force > Friction >

Рон Куртус

Нормальная сила трения скольжения представляет собой перпендикулярную силу, толкающую объект к поверхности, по которой он скользит. Это важная часть стандартного уравнения трения скольжения.

Эта сила может быть вызвана весом объекта или внешним толчком.

Когда груз находится под наклоном, нормальная сила уменьшается на косинус угла наклона.

У вас могут возникнуть следующие вопросы:

• Что такое стандартное уравнение трения?
• Когда весит нормальную силу?
• Каковы примеры внешней нормальной силы?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц

---

---

Стандартное уравнение трения скольжения

Нормальная сила видна в стандартном уравнении трения скольжения:

F _с = мк _с N

или

N = F _с /мк _с

где:

• Н — нормальная или перпендикулярная сила, сталкивающая два объекта вместе
• F _s сила трения скольжения
• μ _s — коэффициент трения скольжения для двух поверхностей (греческая буква «мю»)

( Подробности см. в стандартном уравнении трения. )

Статические и кинетические коэффициенты

Коэффициент трения скольжения может быть статическим, когда объект неподвижен, или кинетическим, когда объект скользит по другой поверхности.

Коэффициент трения скольжения в статическом режиме движения ( μ _ss ) больше коэффициента в кинетическом или подвижном режиме ( μ _ks ).

мк _сс > мк _кс

(Дополнительную информацию см. в разделе Коэффициент трения скольжения.)

Вес как нормальная сила

Нормальная сила Н может быть весом объекта, вызванным гравитацией. Это применимо в ситуациях, когда вы скользите тяжелым предметом по полу или какой-либо горизонтальной поверхности.

Поскольку вес — это сила, сталкивающая объекты друг с другом, уравнение трения принимает вид:

F _с = мк _с Вт

, где W — вес объекта.

Например:

Таким образом, если ящик весит 100 фунтов и коэффициент трения между ним и землей равен 0,7, то сила, необходимая для толкания ящика по полу, равна 70 фунтам.

Точно так же, если ящик весом 500 ньютонов поместить на лед с коэффициентом трения всего 0,001, то для перемещения ящика потребуется всего 0,5 ньютона.

Груз на наклонной поверхности

Если груз находится на наклонной поверхности, нормальная сила будет уменьшена на косинус угла наклона. Уравнение

N = W*cos(β)

где:

• Н нормальная сила на склоне
• W вес
• β угол наклона (греческая буква бета)
• cos(β) косинус угла β
• Вт*cos(β) равно Вт умножить на cos(β)

Таким образом, уравнение трения:

F _с = мк Вт*cos(β)

Иллюстрация трения на коробке на наклонной поверхности:

Нормальная сила равна массе, умноженной на косинус угла

( Дополнительную информацию см. в разделе Трение скольжения по наклонной поверхности )

Внешняя нормальная сила

Примеры внешних нормальных сил включают толкание шлифовального бруска по объекту и пару плоскогубцев.

Толкание предмета в сторону

Если вы прижимаете шлифовальный брусок к деревянному столу, который вы шлифовали, нормальной силой будет сила, с которой вы толкаете брусок. Вы бы двигали шлифовальный брусок в одном направлении, а сила трения была бы в противоположном направлении.

Приложение нормальной силы к шлифовальному блоку и деревянному столу

Две нормальные силы

Иногда для создания трения используются две нормальные силы.

Одним из примеров является плоскогубцы, которые прикладывают нормальную силу к обеим сторонам куска дерева, который держит плоскогубцы. Другим примером являются суппорты на автомобильных дисковых тормозах, которые прикладывают усилие к обеим сторонам металлического диска для замедления автомобиля.

Резюме

Нормальная сила в стандартном уравнении трения — это сила, сталкивающая два объекта вместе перпендикулярно их поверхностям. Эта сила может быть вызвана весом объекта или внешним толчком. Когда груз находится под наклоном, нормальная сила уменьшается на косинус угла наклона.

---

Все это имеет смысл

---

Ресурсы и ссылки

Рон Куртус. Условия

Веб -сайты

Ресурсы трения — Обширный список

. Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги с самым высоким рейтингом по науке о трении

Книги с самым высоким рейтингом по экспериментам с трением

Наука и технология трения (Серия машиностроения) Питера Дж. Блау; Марсель Деккер Паб. (1995) 89,95 долларов США

Управление машинами с трением (Международная серия по инженерии и информатике) Брайана Армстронга-Хелуври; Паб Спрингер. (1991) $179. 00

---

Поделиться этой страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
Friction_sliding_normal.htm

Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Copyright © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Темы трения

Нормальная сила трения при скольжении

---

Что это такое простыми словами

Термин трение скольжения относится к сопротивлению, создаваемому двумя объектами, скользящими друг относительно друга. Это также можно назвать кинетическим трением. Трение скольжения предназначено для остановки движения объекта. Просмотрите несколько примеров трения скольжения и узнайте некоторые ключевые факты об этом явлении.

пример трения скольжения сани на склоне

Реклама

Базовое понимание: что такое трение скольжения?

Трение — это сопротивление, возникающее при трении двух предметов друг о друга. Трение скольжения является одним из видов трения. Каждый раз, когда две твердые поверхности скользят друг по другу, возникает трение скольжения.

Факторы, которые могут повлиять на уровень создаваемого трения, включают:

• поверхностная деформация (морщины, трещины и т. д.) предметов
  
• шероховатость или гладкость поверхностей предметов
  
• скорость, с которой объекты движутся при контакте
• размер объектов
• величина давления на любой объект
• степень сцепления поверхностей объектов

величина трения скольжения, создаваемого объектами выражается в виде коэффициента, учитывающего различные факторы, описанные выше.

Повседневные примеры трения скольжения

Многие примеры трения скольжения можно наблюдать в повседневной жизни. Трение скольжения может происходить в объектах всех размеров. Рассмотрим эти примеры трения скольжения, чтобы помочь вам лучше понять эту концепцию.

Трение скольжения в повседневной работе

Когда люди занимаются своими повседневными делами, они часто создают трение скольжения, даже не осознавая этого. Каждый раз, когда вы скользите два твердых объекта друг по другу, вы создаете трение скольжения.

• подставка для напитков, скользящая по столу
• толкание утюга по материалу
• рама и край дверей, скользящие друг относительно друга
• скольжение блока по полу
  
• проталкивание дна стакана по столу
• скольжение веревки и шкива при открывании или закрывании жалюзи или занавесок
• трение между двумя книгами при установке одной на книжную полку
• трение между нижняя часть книги и полка при установке книги на место
• ящик для овощей, скользящий по держателю в холодильнике
• бумага, скользящая по держателю бумаги после выхода из копировального аппарата
• выдвижение стула из-под обеденного стола, чтобы вы могли сесть на него
• протирание тряпкой по прилавку, которую она использует для уборки
  
• выдвигание стеклянной двери против направляющей, по которой она движется
• вытягивание обтягивающие джинсы на бедрах, когда надеваете их
  
• скольжение чека через прилавок в банке, чтобы передать его кассиру

Реклама

Трение при скольжении с тяжелыми предметами

Некоторые предметы настолько тяжелые, что люди часто скользят их, когда их нужно переместить, а не поднимать и нести их. Это создает трение скольжения.

• установка стиральной машины или сушилки к стене
  
• перемещение плиты с места, чтобы можно было убирать за ней
• перемещение дивана по полу, чтобы переместить его
  
• перемещение комода на ковер когда вы передвигаете его в другую часть комнаты
• перекатываете цементные или бетонные блоки по земле
• перетаскиваете тяжелый мусорный бак по подъездной дорожке
• передвигаете тяжелый ящик, доставленный к вам домой, по полу

Примеры трения скольжения, связанного с деятельностью

Не все трения скольжения возникают в результате домашних действий или толкания тяжелых предметов. Иногда физическая концепция трения скольжения связана с весельем и играми.

• потирание рук друг о друга для создания тепла
  
• катание шара для боулинга по дорожке в кегельбане
• скольжение по домашней тарелке, чтобы забить гол в бейсболе
• скольжение салазок по снегу или льду
  
• лыжи скользят по снегу
• человек скользит по скользящей доске
• две игральные карты в колоде скользят друг против друга
• вытаскивают поздравительную открытку из конверта

Реклама

Узнайте больше о трении

Как показывают эти примеры, существует множество различных ситуаций, в которых существует трение скольжения и когда трение скольжения создает сопротивление при трении объектов друг о друга. Есть большая вероятность, что вы сталкивались с примерами трения скольжения в реальном мире. Теперь вы сможете распознавать примеры трения скольжения, когда столкнетесь с ними, поскольку лучше понимаете, что означает трение скольжения. Готовы узнать больше? Изучите несколько примеров трения качения — типа трения, которое возникает, когда круглый предмет катится по твердой поверхности, при этом трение замедляет скорость движения.

Штатный писатель

• средняя школа
• средняя школа
• колледж

Похожие статьи

• Каковы 4 основных типа трения?

  Трение — это весело! Или, по крайней мере, это физика. Трение — это сопротивление между двумя предметами, когда они трутся друг о друга. Откройте для себя четыре различных типа трения на примерах.

• Примеры контактной силы: различные типы в физике

  В физике слово сила используется для описания толчка или притяжения, возникающего при взаимодействии объектов друг с другом. Сила, возникающая только тогда, когда объект физически контактирует с другим объектом, называется контактной силой. В окружающем вас мире существует множество примеров контактных сил.

17 Примеры трения скольжения – Lambda Geeks

Примеры трения скольжения, которые обычно наблюдаются вокруг нас, поскольку трение скольжения происходит в объектах всех размеров, перечислены ниже:

Толкание объекта по поверхности

Когда мы толкаем неподвижный объект по поверхности другого объекта, мы прикладываем к нему силу. Приложенная сила сместила объект из неподвижного положения, а затем объект постепенно начал набирать скорость.
Однако, если вы заметили, что даже после толкания предмета его движению все равно противодействует удельное сопротивление? Это сопротивление называется трением скольжения, возникающим между поверхностями двух предметов; оно действует противоположно скользящему движению.

Примеры трения скольжения
Толкание объекта по поверхности

Узнайте больше о Типы сил вокруг нас .

Трение скольжения Основные примеры

Любые типы движения при соприкосновении объектов

Трение скольжения — это сила реакции на приложенную силу, возникающая, когда поверхности двух объектов соприкасаются.
Законы движения Ньютона объясняют движение объекта при трении скольжения как

• Объект ускоряется, чтобы двигаться со скольжением, когда приложенная сила больше, чем трение скольжения.
• Объект замедляется, когда приложенная сила ниже силы трения скольжения.
• Объект движется с постоянной скоростью, когда приложенная сила равна силе трения скольжения.

Примеры трения скольжения
Любые типы движения при соприкосновении объектов

Подробнее о Относительное движение

Тормозной механизм транспортного средства

Тормозной механизм является наиболее совершенным примером трения скольжения, который предотвращает крупные аварии транспортных средств.
Когда вы хотите остановить движущееся транспортное средство во время движения, его тормоз создает трение скольжения внутри колеса, что замедляет движущиеся колеса. Из-за трения скольжения шины автомобиля по-прежнему прижимаются к поверхности дороги, но медленнее, чем при скольжении.

Примеры трения скольжения
Тормозной механизм автомобиля

Скольжение объекта по наклонной плоскости

Наклонная плоскость, одна из простых машин, лучше иллюстрирует концепцию трения скольжения.

Использование наклонной плоскости облегчает любую работу за счет уменьшения усилия, необходимого для подъема тяжелого предмета, и экономии механической энергии. Но трение скольжения по наклонной плоскости позволяет предмету безопасно скользить с высоты и не причинять ему никаких повреждений.

Примеры трения скольжения
Скольжение по наклонной плоскости

Узнайте больше о Как наклонная плоскость облегчает любую работу

Потирание обеих рук

Когда мы потираем обе руки друг о друга, особенно зимой, выделяется тепло из-за трения скольжения между поверхностями обеих рук.
Точно так же, если любые два предмета трутся друг о друга, количество выделяемого тепла зависит от материалов обеих поверхностей.

Трение скольжения Примеры
Трение обеих рук друг о друга

Трение скольжения Примеры, найденные дома

Всякий раз, когда мы скользим два объекта друг по другу, мы создаем трение скольжения. Такие примеры трения скольжения, найденные нами дома, перечислены ниже:

Примеры трения скольжения, найденные дома

Зажигание спички

Зажигание спички — это необычный пример скольжения, найденный в нашем доме. Он вдохновлен одним из древних примеров трения скольжения. Человек каменного века впервые зажег огонь, соединив два камня вместе, как мы разжигаем огонь, проводя спичкой по шероховатой поверхности коробки.

Трение скольжения Примеры, найденные дома
Зажигание спички

Открытие окна

Мы приложили мышечную силу, чтобы открыть окно, которое показывает его скользящее движение. Но рельсы, по которым скользят окна, создают трение скольжения в противоположном направлении между поверхностями окна и рельсами. Трение скольжения ограничивает скользящее движение окна, чтобы предотвратить его повреждение.

Трение скольжения Примеры найдены дома
Открытие окна

Очистка поверхности

Убирая грязь с поверхности любой мебели или пола, мы скользим по ней тряпкой. Когда поверхность ткани скользит по полу или поверхности мебели, возникает трение скольжения, поскольку оба объекта находятся в физическом контакте.

Трение скольжения Примеры, найденные дома
Очистка поверхности

Толкание бутылки по столу

Когда нам нужно передать бутылку или другую посуду другому человеку во время обеда, мы толкаем ее по обеденному столу.
Сила, приложенная к бутылке после того, как мы толкаем ее, заставляет бутылку скользить по столу. В результате контакт поверхностей между бутылкой и столом создает трение скольжения, которое препятствует ненужному скользящему движению бутылки.

Примеры трения скольжения, найденные дома
Толкание бутылки по столу

Вытягивание ящика для овощей в холодильнике

Вытягивание ящика для овощей — один из распространенных примеров скольжения, которые мы встречали дома. Когда мы прикладываем мускульную силу к ящику, потянув его на себя, его нижняя поверхность скользит по поверхности холодильника. В ответ контакт между поверхностями ящика и холодильника вызывает трение скольжения к холодильнику, что предотвращает его смещение непосредственно из холодильника.

Примеры трения скольжения, найденные дома
Вытягивание ящика для овощей в холодильнике

Примеры трения скольжения в повседневной жизни

Примеры трения скольжения в повседневной жизни включают в себя различные действия, которые мы выполняем каждый день, которые неосознанно создают трение скольжения. Такие примеры трения скольжения в повседневной жизни перечислены ниже:

Ходьба

Ходьба является одним из наиболее распространенных примеров трения скольжения, которые мы создаем каждый день. Как? посмотрим
Когда мы начинаем ходить, мы на самом деле отталкиваемся от земли, прилагая мышечную силу. В ответ на приложенную мышечную силу контакт между нашей ногой и землей создавал трение скольжения, что позволяло нам двигаться вперед, не скользя по земле.

Примеры трения скольжения в повседневной жизни
Ходьба

Пролистывание на мобильных устройствах

Из-за постоянного спроса на технологии каждый человек, использующий мобильное устройство, создает трение скольжения, даже не осознавая этого.
Чтобы выполнить определенную задачу на мобильном смартфоне, нам нужно провести пальцем по его экрану, что также называется переключением. Скользящая активность создает скользящее трение между поверхностями нашего пальца и экрана мобильного телефона, предотвращая любое повреждение экрана.

Примеры трения при скольжении в повседневной жизни
Пролистывание на мобильных устройствах

Стирание с помощью кусочка резины

Пример стирания с помощью резины аналогичен тому, как если бы мы потирали обе руки для выделения тепла.
Чтобы стереть любые ошибки при письме на бумаге, мы прикладываем мышечную силу к резинке, удерживая ее, а затем проводя несколько раз по бумаге. Скользящая активность создает трение скольжения между поверхностями резины и бумаги, что стирает ошибки при письме из-за молекулярного взаимодействия между поверхностями.

Примеры трения при скольжении в повседневной жизни
Стирание с помощью кусочка резины

Дети, скользящие по горкам на игровой площадке

Горки для игровых площадок имеют меньшее трение скольжения по поверхности, чем горки с наклонной плоскостью. Вот почему горки на детской площадке используются только в развлекательных целях.
Когда дети скользят с высоты по горкам для игровой площадки, меньшее трение скольжения между поверхностями тел детей и горками для игровой площадки предотвращает их прямое падение на землю и дает им захватывающие ощущения.

Примеры трения при скольжении в повседневной жизни
Дети, скользящие по детской площадке Горки

Дрифт автомобиля

Дрифт автомобиля означает выполнение поворота на слишком высокой скорости.
Во время дрифта автомобиля трение скольжения между поверхностью шин и поверхностью дороги привязывает автомобиль к дороге, захватывая сначала передние, а затем задние колеса автомобиля, что предотвращает его скольжение по прямой дороге.

Примеры трения скольжения в повседневной жизни
Дрифт автомобиля

Сбор кубика Рубика

Кубик Рубика — это трехмерная комбинированная игра-головоломка, которая показывает нам трение скольжения в повседневной жизни. Чтобы решить головоломку, мы применяем мускульную силу к головоломке, сдвигая несколько кубиков. Это скольжение создает трение скольжения в противоположном направлении между обеими поверхностями кубов, что позволяет нам безопасно скользить по ним.

Примеры трения скольжения в повседневной жизни
Сборка кубика Рубика

Монетки, скользящие по доске Carrom

Carrom — игра индийского происхождения, в которую играют в помещении на столе.
Чтобы заработать очки в карроме, мы должны поместить монеты в отверстия по углам каррома, ударив по нему бойком. Когда мы ударяем по монете, мы прикладываем к ней мускульную силу, которая заставляет монету скользить в направлении приложенной силы. Скользящая активность монеты создает трение скольжения между поверхностями монеты и каррома, что препятствует ее скольжению по направлению к отверстию. Поэтому борный порошок рассыпают по всей поверхности машины перед началом игры, чтобы уменьшить трение скольжения.

Примеры трения при скольжении в повседневной жизни
Монеты, скользящие по карромной доске

Спортсмен, прыгающий в длину, скользит по песочнице

Один из непопулярных примеров трения при скольжении — когда спортсмен, прыгающий в длину, скользит по песочнице. Спортсмен разгонялся бегом перед прыжком, а после завершения прыжка требовалось определенное усилие, чтобы остановить движение. Поэтому, когда происходит контакт между телом спортсмена и поверхностью песочницы, между ними возникает трение скольжения, препятствующее их скольжению слишком далеко.

Примеры трения скольжения в повседневной жизни
Прыжок в длину Спортсмен скользит по песочнице

Итак, сколько примеров трения скольжения вы встречали в реальном мире? Перечислите это.

Что вызывает трение скольжения?

Трение скольжения вызывается следующими факторами объектов, которые можно суммировать в виде коэффициента трения скольжения и нормальной силы, действующей на скользящий объект: 

Что вызывает трение скольжения?

Гладкость или шероховатость поверхности

Из-за шероховатости поверхности любой предмет может легко скользить по ней. Но трение скольжения в основном вызвано неровностями между поверхностями объектов. Таким образом, чем больше шероховатость поверхности, тем больше трение скольжения между поверхностью и объектом. Шероховатость поверхности можно оценить по коэффициенту трения скольжения.

Клейкость поверхности

Адгезия является сущностью трения скольжения. Когда поверхности двух объектов соприкасаются, возникает поверхностное сцепление друг с другом, это способствует увеличению трения скольжения между ними. Величина трения скольжения зависит от того, насколько липкими являются поверхности объекта.

Деформация поверхности

Из-за деформации, такой как морщины или трещины на твердой поверхности, она вызывает большее трение скольжения, чем воздух или вода.

Величина давления сил на любой объект

Когда два объекта скользят друг по другу, нормальная сила действует на любой объект, оказывая давление на его скользящие поверхности. Эта величина давления нормальной силой увеличивает взаимодействие между поверхностями, что приводит к большему трению скольжения.

Вес объектов

Поскольку нормальная сила, действующая на объект, пропорциональна его весу, трение скольжения, вызванное нормальной силой, также косвенно пропорционально весу объекта.

Относительная

Скорость между объектами при контакте

Когда два объекта соприкасаются и начинают скользить или тереться друг о друга, их относительная скорость увеличивается с повышением температуры. Увеличение скоростей, превышающее безопасно заданное значение скорости, увеличивает трение скольжения между объектами.

Подробнее о Относительное движение

Другие факторы

Такие факторы, как химическая связь или электромагнитное притяжение и отталкивание, также играют важную роль в создании трения скольжения в определенных условиях.

---

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ (FAQ)

Как трение скольжения используется в повседневной жизни?

Ответ: Трение скольжения противодействует скользящему движению между двумя объектами, что помогает нам безопасно выполнять некоторые действия в повседневной жизни, например:

На водной горке он позволяет ощутить острые ощущения во время скольжения без какой-либо опасности.

Предотвращает занос транспортных средств

Использование тормоза для остановки транспортных средств

Что такое отношение между скольжением и ускорением?

Ответ: Коэффициент трения скольжения объекта увеличивается с его скоростью, когда этот объект, имеющий упруго-мягкие материалы, скользит по другим гладким поверхностям.

Следовательно, сила трения трения скольжения прямо пропорциональна скорости.

Глажение вызывает трение?

Ответ: Глажка любой ткани осуществляется скользящим движением и включает скользящее трение между тканью и горячим металлом железа.

Таким образом, глажение является одним из примеров трения скольжения.

Почему трение качения меньше трения скольжения?

Ответ: Трение качения между объектом и поверхностью меньше, чем их фиктивное скольжение.

Сила трения между поверхностями зависит от их точки соприкосновения. Катящийся объект имеет меньший контакт с поверхностью, чем скользящий объект, что приводит к меньшему трению качения, чем трение скольжения.

---

Ньютоновская механика — Трение качения и скольжения

Вопрос задан 2 года, 4 месяца назад

Изменено 2 года, 4 месяца назад

Просмотрено 393 раза

$\begingroup$

Я спросил, зависит ли сила трения от площади соприкасающейся поверхности, но эксперты говорят, что нет…

Так почему же трение качения меньше, чем трение скольжения…?

Трение скольжения – это трение, которое объект испытывает, когда он скользит по поверхности, но трение качения возникает, когда объект катится по поверхности…

Пр. Трение скольжения — перемещение ящика по полу

Трение качения — перемещение ящика по полу путем размещения под ним небольших цилиндров

• ньютоновская механика
• силы
• трение

$\endgroup$

$\begingroup$

Так почему же трение качения меньше, чем трение скольжения? трение. ..?

Трение качения правильнее называть сопротивлением качению. Тепло рассеивается из-за неупругой деформации материала катящегося объекта, например резины шины, при контакте с дорогой. Материал сжимается при контакте с дорогой и разжимается при отрыве от дороги во время каждого оборота. Сжатие и разжатие материала вызывает внутреннее трение и тепло.

Если вы посмотрите на сайт Engineering Toolbox, вы обнаружите, что коэффициент сопротивления качению обычно на два порядка меньше, чем коэффициент кинетического (скольжения) трения. По этой причине сопротивление качению выделяет меньше тепла, чем кинетическое трение.

Дополнительные сведения о сопротивлении качению см. в этой статье из Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance

Статическое трение не связано с относительным движением между контактирующими поверхностями и поэтому считается недиссипативным (не выделяющим тепло).

Надеюсь, это поможет.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

« Трение качения » на самом деле не является трением в том же смысле, что и кинетическое трение/трение скольжения и статическое трение . Лучшим термином было бы сопротивление качению .

Полезный ответ, полученный несколько лет назад, здесь: Есть ли трение между колесом и дорогой?

• Кинетическое трение видно, когда колесо скользит по асфальту. Это трение между объектами, которые скользят друг по другу.

• Статическое трение — это трение, которое удерживает что-то неподвижно. Он всегда работает в направлении, которое предотвращает скольжение двух объектов.

• Сопротивление качению отличается. В идеале кинетического трения нет, а статическое трение только схватывает асфальт и не снижает скорость (на горизонтальной поверхности и без крутящего момента колес). Другие силы, которые do Работа против вращения колеса вместе называются сопротивление качению .

Такие другие эффекты могут быть связаны с неровной поверхностью, вызывающей нормальные силы, немного смещенные от центра, из-за мягких поверхностей или мягкого материала колес, которые поглощают кинетическую энергию и, таким образом, замедляют автомобиль и т. д.

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Трение качения — перемещение ящика по полу с помощью небольших цилиндров. под ним

Предположим, что существует достаточное трение между контактными поверхностями цилиндры-пол и цилиндры-коробка, чтобы избежать проскальзывания. Но кроме того, валки очень хорошо выточены и выровнены, а поверхности ровные, без неровностей. А коробка, цилиндры и пол сделаны из твердого материала (сталь например).

В этом случае сопротивление приложенной силе не имеет ничего общего с трением. Это всего лишь сила реакции (3-й закон Ньютона), пока система ускоряется. Имеет 2 источника:

$$1) ma$$, связанные с массой и линейным ускорением ящика и валков, $$2) nI\frac{\alpha}{r}$$, связанные с угловым ускорением валков ($\alpha$), где $I$ – момент инерции, $r$ – радиус, $n$ – количество рулонов.

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите

Зарегистрироваться через Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Трение скольжения: определение, формула и примеры

Что такое трение скольжения

Трение скольжения считается сопротивлением движению объекта, когда он скользит по поверхности. Рассмотрим коробку, лежащую на полу. Его поверхность соприкасается с поверхностью пола. Когда человек толкает коробку, она скользит по полу. Однако человек должен преодолеть сопротивление пола. Это сопротивление известно как трение скольжения. Это тип кинетического трения, при котором две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга.

Поверхности не всегда идеально гладкие. Трение возникает из-за крошечных неровностей и холмов, которые присутствуют на поверхностях. В результате, когда одна поверхность соприкасается с другой, эти неровности сцепляются и мешают движению. Поскольку между поверхностями нет жидкости, это явление также называют сухим трением скольжения.

Трение скольжения

Примеры трения скольжения

Вот несколько примеров трения скольжения, которые можно встретить в повседневной жизни.

• Трение рук вызывает тепло из-за трения
• Трудность толкания холодильника по полу
• Занос автомобиля при попытке затормозить
• Замедление движения при катании на санях и лыжах

Пример трения при скольжении

Характеристики трения при скольжении

Вот некоторые факты и свойства силы трения скольжения.

• Контактная сила
• Противодействует движению объекта
• Направление противоположно силе, приложенной к объекту

Законы трения скольжения

Вот некоторые законы трения скольжения.

• Пропорционально нормальной силе или нагрузке
• Не зависит от площади контакта
• Не зависит от скорости скольжения

Как рассчитать трение скольжения движение.

Формула трения скольжения

Предположим, что сила действует на объект массой м , что смещает его на поверхность. Согласно третьему закону движения Ньютона поверхность будет прикладывать к объекту равную и противоположную силу, которая представляет собой силу трения скольжения F _K . Согласно законам трения сила трения пропорциональна нормальной нагрузке F _N . Следовательно,

F _K ∝ F _L

Или F _K = μ 0 9где μ _K известен как коэффициент трения скольжения. Его значение является константой, зависящей от соприкасающихся поверхностей. Оно безразмерно и безразмерно. Единицей трения является Ньютон или Н.

Опять же, согласно третьему закону движения Ньютона, нормальная сила равна весу объекта мг .

F _N = мг

Таким образом, величина трения скольжения определяется как

F _K = μ _K мг

Из приведенного выше уравнения видно, что вес влияет на трение скольжения. По мере увеличения веса трение увеличивается пропорционально.

Теперь предположим, что объект движется с ускорением a . Согласно второму закону Ньютона на него действует сила мА , равная

мА = F _A – F _K

MA = F _A — μ _K мг

Следовательно, ускорение приводится

A = 00041 A _{9.9069. 9069. .} г

Как уменьшить трение скольжения

Трение скольжения можно уменьшить на

• Введение смазки между двумя поверхностями таким образом, чтобы сухое трение преобразовывалось в смазку
• Использование роликов, таких как шариковый подшипник, которые легко превращают трение скольжения в трение качения
• Уменьшение нормальной нагрузки, поскольку сила трения пропорциональна нормальной силе

Трение скольжения и качения

Если объект катится по поверхности вместо скольжения, то сопротивление движению известно как трение качения.

Почему трение скольжения больше, чем трение качения

Причиной трения скольжения является взаимное сцепление неровностей и холмов на поверхностях. Когда площадь контакта большая, сила трения будет высокой. В случае трения качения между двумя поверхностями имеется слой роликов. В результате контакт между плоскими поверхностями и изогнутыми роликами минимален. Следовательно, трение уменьшается. Ниже приведены некоторые различия между трением скольжения и трением качения.

Стрельбы по трению против холдингового трения

	Струбные трения	СВОЕКА
СУБДА
СПУСКА
СПУСКА
СПУСКА
976.	Объект имеет	Плоскую поверхность	Круглую поверхность
Символ коэффициента трения	μ K	μ S
Equation for friction force	F K = μ K F L	F R = μ R F L
Friction force	Higher than the rolling friction	Lower than the sliding friction
Microscopic origin	Deformation of surfaces	Interlocking of bumps present on the surface
Example	A car is skidding over ice	A car is driving на дороге

• Список литературы

Последний раз статья рецензировалась 25 ноября 2020 г.

Типы трения — Викиверситет

Мы все замедляем наши автомобили, когда это необходимо, нажимая на тормоза. Знаете ли вы, почему автомобиль замедляется при торможении?

Не только транспортные средства Любой объект, движущийся по поверхности другого объекта, замедляется и останавливается без какой-либо внешней силы, действующей на него из-за «трения». Прежде чем перейти к типам трения, давайте узнаем о трении. По закону физики ни один объект в мире не может быть без трения.

Содержание

• 1 Трение
  • 1.1 Законы трения
• 2 типа трения
  • 2.1 Статическое трение
  • 2.2 Трение скольжения
  • 2.3 Трение качения
  • 2.4 Жидкостное трение
  • 2.5 Ограничение трения

Силы, действующие на движущийся объект

Силы и движение объекта.

Трение – это сила, противодействующая движению двух контактирующих поверхностей.

Законы трения[править | изменить источник]

1. Трение зависит от твердости или шероховатости контактирующих поверхностей. Жидкостное трение зависит от вязкости (густоты) жидкости…

2. Трение прямо пропорционально нормальной силе, прижимающей контактирующие силы друг к другу…

3. Трение не зависит от площади контактирующей поверхности…

4. В случае скольжения трение уменьшается при очень высоких относительных скоростях. Однако в случае жидкостного трения трение увеличивается с увеличением относительной скорости движения.

Чтобы остановить объект в движении, на него должна действовать сила в направлении, противоположном движению. Сила, противодействующая движению тела, называется силой трения.

Посмотрите на схему. Сначала блок покоится, затем толкающая сила заставляет блок двигаться. При скольжении бруска по поверхности сила трения действует на него в противоположном направлении. Единицей трения является ньютон, так как силы измеряются с помощью ньютонов.

Трение обычно зависит от веса объекта и характера поверхности между движущимся объектом и опорной поверхностью.

Различные типы движения объекта вызывают различные типы трения. Обычно различают 4 типа трения. Это трение покоя, трение скольжения, трение качения и жидкостное трение. В следующих разделах мы рассмотрим эти силы и то, когда они применяются.

Статическое трение[править | править код]

Статическое трение существует между неподвижным объектом и поверхностью, на которой он стоит. Он предотвращает перемещение объекта по поверхности.

Пример: Статическое трение предотвращает падение такого объекта, как книга, со стола, даже если стол слегка наклонен. Это помогает нам брать предмет так, чтобы он не ускользнул из рук.

Если мы хотим сначала переместить объект, мы должны преодолеть статическое трение, действующее между объектом и поверхностью, на которой находится объект.

Неподвижная книга на поверхности

Трение скольжения[edit | править код]

Трение скольжения возникает между объектами, когда они скользят друг относительно друга.

Когда действует трение скольжения, должна существовать другая сила, удерживающая тело в движении.

Пример: Когда человек толкает предмет по шероховатой поверхности, действующая сила называется «трением скольжения».

Трение качения[править | править код]

Трение качения — это сила сопротивления, которая замедляет движение катящегося шарика или колеса. Его также называют сопротивлением качению.

Когда к неподвижному колесу прикладывается сила или крутящий момент, возникает небольшая статическая сила трения качения, сдерживающая движение качения. Однако сопротивление статического трения скольжения — это то, что действительно заставляет колесо начать катиться. Трение качения препятствует движению объекта, катящегося по поверхности, то есть замедляет движение объекта, катящегося по поверхности.

Примеры: Замедляет катящийся по поверхности мяч и замедляет катящуюся по поверхности шину.

Подобно трению скольжения здесь также требуется другая сила, чтобы удерживать объект в движении, в случае педалирования велосипеда велосипедист создает силу, необходимую для движения велосипеда.