Открытая Физика. Сила трения

Сила трения

Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.

Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.

Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону (рис. 1.13.1).

Сила трения покоя (υ = 0). F→тр=- F→упр

Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения (F_тр)_max. Если внешняя сила больше (F_тр)_max, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако, во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач (рис. 1.13.2).

Реальная (1) и идеализированная (2) характеристики сухого трения

Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры N→.F_тр = (F_тр)_max = μN.

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения.

Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей. При скольжении сила трения направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям в сторону, противоположную относительной скорости (рис. 1.13.3).

Силы трения при скольжении (υ ≠ 0). N→ – сила реакции опоры, P→=- N→ – вес тела, Fтр=μN

При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя.

Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях F_тр ~ υ, при больших скоростях F_тр

~ υ². При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.

Силы трения возникают и при качении тела. Однако силы трения качения обычно достаточно малы. При решении простых задач этими силами пренебрегают.

Движение по наклонной плоскости





Быстрый удобный поиск азартных игр по специальным разделам сайта казино maxbet

kazin0.com

Смотрите также: Математика, Английский язык, Химия, Биология, Физика, География, Астрономия.

А также: библиотека ЭОРов и образовательный онлайн-сервис с тысячами интерактивных работ «Облако знаний».

Силы трения — Класс!ная физика

Подробности

Просмотров: 577

«Физика — 10 класс»

Вспомните, что такое трение.
Какими факторами оно обусловлено?
Почему изменяется скорость движения по столу бруска после толчка?

Ещё один вид сил, с которыми имеют дело в механике, — это силы трения. Эти силы действуют вдоль поверхностей тел при их непосредственном соприкосновении.

Силы трения во всех случаях препятствуют относительному движению соприкасающихся тел. При некоторых условиях силы трения делают это движение невозможным. Однако они не только тормозят движение тел. В ряде практически важных случаев движение тела не могло бы возникнуть без действия сил трения.

Трение, возникающее при относительном перемещении соприкасающихся поверхностей твёрдых тел, называется сухим трением.

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

Трение покоя.

Попробуйте сдвинуть пальцем лежащую на столе толстую книгу. Вы приложили к ней некоторую силу, направленную вдоль поверхности стола, а книга остаётся в покое.

Следовательно, между книгой и поверхностью стола возникает сила, направленная против той силы, с которой вы действуете на книгу, и в точности равная ей по модулю. Это сила трения _тp. Вы с большей силой толкаете книгу, но она по-прежнему остаётся на месте. Значит, и сила трения _тp настолько же возрастает.

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

Если на тело действует сила , параллельная поверхности, на которой оно находится, и тело при этом остаётся неподвижным, то это означает, что на него действует сила трения покоя

тp, равная по модулю и направленная в противоположную сторону силе (рис. 3.22). Следовательно, сила трения покоя определяется действующей на него силой:

_тp = -.

Если действующая на покоящееся тело сила хотя бы немного превысит максимальную силу трения покоя, то тело начнёт скользить.

Наибольшее значение силы трения, при котором скольжение ещё не наступает, называется максимальной силой трения покоя.

Для определения максимальной силы трения покоя существует весьма простой, но не очень точный количественный закон. Пусть на столе находится брусок с прикреплённым к нему динамометром. Проведём первый опыт. Потянем за кольцо динамометра и определим максимальную силу трения покоя. На брусок действуют сила тяжести m, сила нормальной реакции опоры

1, сила натяжения ₁, пружины динамометра и максимальная сила трения покоя _тр1 (рис. 3.23).

Положим на брусок ещё один такой же брусок. Сила давления брусков на стол увеличится в 2 раза. Согласно третьему закону Ньютона сила нормальной реакции опоры ₂ также увеличится в 2 раза. Если мы снова измерим максимальную силу трения покоя, то увидим, что она увеличилась во столько раз, во сколько раз увеличилась сила

2, т. е. в 2 раза.

Продолжая увеличивать число брусков и измеряя каждый раз максимальную силу трения покоя, мы убедимся в том, что

>максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры.

Если обозначить модуль максимальной силы трения покоя через F_{тр. mах}, то можно записать:

F_{тр. mах} = μN         (3.11)

где μ — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Коэффициент трения характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.

Эту зависимость впервые установил французский физик Ш. Кулон.

Если положить брусок на меньшую грань, то F_{тр. mах} не изменится.

Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел.

Сила трения покоя изменяется в пределах от нуля до максимального значения, равного μN. За счёт чего может происходить изменение силы трения?

Дело здесь вот в чём. При действии на тело некоторой силы оно слегка (незаметно для глаза) смещается, и это смещение продолжается до тех пор, пока микроскопические шероховатости поверхностей не расположатся относительно друг друга так, что, зацепляясь одна за другую, они приведут к появлению силы, уравновешивающей силу .

При увеличении силы тело опять чуть-чуть сдвинется так, что мельчайшие неровности поверхностей по-иному будут цепляться друг за друга, и сила трения возрастёт.

И лишь при > F_{тр. mах} ни при каком взаимном расположении шероховатостей поверхности сила трения не в состоянии уравновесить силу , и начнётся скольжение.

Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля действующей силы показана на рисунке 3.24.

При ходьбе и беге на подошвы ног действует сила трения покоя, если только ноги не скользят. Такая же сила действует на ведущие колёса автомобиля. На ведомые колёса также действует сила трения покоя, но уже тормозящая движение, причём эта сила значительно меньше силы, действующей на ведущие колёса (иначе автомобиль не смог бы тронуться с места).

В давнее время сомневались, что паровоз сможет ехать по гладким рельсам. Думали, что трение, тормозящее ведомые колёса, будет равно силе трения, действующей на ведущие колёса. Предлагали даже делать ведущие колёса зубчатыми и прокладывать для них специальные зубчатые рельсы.

Трение скольжения.

При скольжении сила трения зависит не только от состояния трущихся поверхностей, но и от относительной скорости движения тел, причём эта зависимость от скорости является довольно сложной. Опыт показывает, что часто (хотя и не всегда) в самом начале скольжения, когда относительная скорость ещё мала, сила трения становится несколько меньше максимальной силы трения покоя. Лишь затем, по мере увеличения скорости, она растёт и начинает превосходить F_{тр. mах}.

Вы, вероятно, замечали, что тяжёлый предмет, например ящик, трудно сдвинуть с места, а потом двигать его становится легче. Это как раз и объясняется уменьшением силы трения при появлении скольжения с малой скоростью (см. рис. 3.24).

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Поэтому приближённо можно считать её постоянной и равной максимальной силе трения покоя:

F_тр ≈ F_{тр. mах} = μN.

Силу трения скольжения можно уменьшить во много раз с помощью смазки — чаще всего тонкого слоя жидкости (обычно того или иного сорта минерального масла) — между трущимися поверхностями.

Ни одна современная машина, например двигатель автомобиля или трактора, не может работать без смазки. Специальная система смазки предусматривается при конструировании всех машин.

Трение между слоями жидкости, прилегающими к твёрдым поверхностям, значительно меньше, чем между сухими поверхностями.

Трение качения.

Сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения, поэтому гораздо легче перекатывать тяжёлый предмет, чем двигать его.

Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом её главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

Силы сопротивления при движении твёрдых тел в жидкостях и газах.

При движении твёрдого тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при наличии относительного движения тела и окружающей среды.
Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует.

Это приводит к тому, что усилием рук можно сдвинуть тяжёлое тело, например плавающую лодку, в то время как сдвинуть с места, скажем, поезд усилием рук просто невозможно.

Модуль силы сопротивления F_c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды (жидкости или газа), в которой тело движется, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела показан на рисунке 3.25. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (F_c = 0). С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растёт медленно, а затем всё быстрее и быстрее. При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

F_c = k₁ υ,         (3.12)

где k₁ — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — её вязкости. Вычислить коэффициент k₁ теоретически для тел сколько-нибудь сложной формы не представляется возможным, его определяют опытным путём.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

F_c = k₂υ², υ,         (3.13)

где k₂ — коэффициент сопротивления, отличный от k₁.

Какую из формул — (3.12) или (3.13) — можно использовать в конкретном случае, определяется опытным путём. Например, для легкового автомобиля первую формулу желательно применять приблизительно при 60—80 км/ч, при больших скоростях следует использовать вторую формулу.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Следующая страница «Примеры решения задач по теме «Силы трения»»

Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Динамика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Основное утверждение механики — Сила — Инертность тела. Масса. Единица массы — Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Принцип суперпозиции сил — Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» — Третий закон Ньютона — Геоцентрическая система отсчёта — Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины — Силы в природе — Сила тяжести и сила всемирного тяготения — Сила тяжести на других планетах — Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» — Первая космическая скорость — Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» — Вес. Невесомость — Деформация и силы упругости. Закон Гука — Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» — Силы трения — Примеры решения задач по теме «Силы трения» — Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) —

Руководство по изучению трения | Inspirit

Трение всегда препятствует движению объекта. Чем выше коэффициент трения (μ), тем больше трение между двумя поверхностями.

Допустим, вы отправились в поход с друзьями на выходных. По пути к кемпингу ваша группа натыкается на ручей с множеством мокрых камней, и вы поскользнулись, когда случайно наступили на один из них. Ближе к вечеру становится холодно, и вы потираете руки, чтобы согреться, прежде чем ваш друг воспользуется кремнем и ножом, чтобы разжечь костер. Как вы думаете, что общего между всеми этими событиями? Нет, это не ты; это трение! 😀

Источник

ЧТО ТАКОЕ ТРЕНИЕ?

Проще говоря, трение — это сила сопротивления, возникающая между двумя соприкасающимися поверхностями, когда они движутся мимо друг друга. Элементарные задачи в учебниках по физике часто игнорируют трение при расчетах; однако трение является доминирующей силой в реальном мире. Это помогает вам ходить по земле, а отсутствие трения является причиной того, что вы скользите на мокром полу.

Трение между двумя поверхностями выделяет тепло, поэтому вы потираете руки, когда вам холодно. Трение также может генерировать тепло, достаточно интенсивное, чтобы расплавить предметы.

ЧТО ВЫЗЫВАЕТ ТРЕНИЕ?

• Трение возникает из-за микроскопических неровностей на двух контактирующих друг с другом поверхностях.
• Какими бы гладкими ни казались поверхности на ваш взгляд, у них есть пики и впадины, которые сталкиваются и переплетаются, создавая силу сопротивления на микроскопическом уровне.
• Чем больше шероховатость поверхностей, тем сильнее будет трение между ними.
• Важно понимать, что сила трения действует противоположно приложенной силе, вызывающей движение.

Источник

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТРЕНИЕ

Два фактора определяют трение между поверхностями:

• Коэффициент трения (μ): Коэффициент трения относится к шероховатости или гладкости поверхностей, соприкасающихся друг с другом . Значение μ зависит от нескольких факторов, таких как гладкость отдельных поверхностей, влажность и природа материала. Величина µ различна для разных видов трения.

• Нормальная сила: Второй фактор — это нормальная сила, действующая на поверхности, которая прижимает верхнюю поверхность к нижней поверхности. В простой системе нормальная сила создается весом объектов.

Математически силу трения можно рассчитать как:

F (трение)= мкФ (нормальное)

Нормальная сила, действующая на тело, находящееся на плоской поверхности, будет весом объекта.

ТИПЫ ТРЕНИЯ

Два основных типа трения:

1. СТАТИЧЕСКОЕ ТРЕНИЕ

Статическое трение – это тип трения между поверхностями, когда они находятся в состоянии покоя относительно друг друга. Если вы когда-нибудь пытались толкать тяжелую коробку по полу, вы бы заметили, что требуется некоторое усилие, прежде чем коробка начнет скользить. Это сила трения покоя.

2. ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ

Этот тип трения возникает, когда коробка начинает скользить по полу. Вы также заметите, что статическое трение больше, чем трение скольжения.

Источник

Двумя другими типами трения являются трение качения и жидкостное трение.

• Трение возникает, когда две соприкасающиеся поверхности скользят друг по другу.
• Факторы, влияющие на трение, включают коэффициент трения (μ) и нормальную силу.
• Трение всегда противодействует движению и действует в направлении, противоположном приложенной силе.

Часто задаваемые вопросы:

1. Какой силой является сила трения?

Трение — это сила сопротивления, возникающая между двумя соприкасающимися поверхностями, когда они движутся мимо друг друга.

2. Как трение влияет на нашу повседневную жизнь?

Без трения все будет скользить. Мы можем ходить благодаря трению между нашими ногами и землей; мы можем хватать объекты из-за трения между нашей кожей и поверхностью объекта. Автомобильные шины и тормоза также работают на трении.

Мы надеемся, что вам понравился этот урок, и вы узнали что-то интересное о Трение ! Присоединяйтесь к нашему сообществу Discord, чтобы получить ответы на любые вопросы и пообщаться с другими студентами, такими же, как и вы! Обещаем, это делает учебу намного веселее! 😎

ИСТОЧНИКИ:

1. Трение. https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-physics-flexbook-2.0/section/3.2/primary/lesson/friction-phys/. По состоянию на 22 февраля 2022 г.
2. Какая фундаментальная сила стоит за трением? По состоянию на 22 февраля 2022 г.
3. Трение. https://ncert.nic.in/textbook/pdf/hesc112.pdf. По состоянию на 22 февраля 2022 г.
4. Виды трения. https://byjus.com/physics/types-of-friction/. По состоянию на 22 февраля 2022 г.
5. Трение. https://byjus.com/physics/friction/. По состоянию на 22 февраля 2022 г.

Риджентс Физика Трение

Типы трения

До этого момента мы игнорировали одну из самых полезных и самых неприятных сил, с которыми мы имеем дело каждый день. .. силу, которая имеет огромное применение в транспорте, машинах и всех частях механики, тем не менее, мы тратим огромные суммы денег каждый день на борьбу с ним. Эта сила, трение, есть сила, противодействующая движению.

Существует два основных типа трения. Кинетическое трение — сила трения, противодействующая движению объекта, скользящего по другой поверхности. Статическое трение , с другой стороны, действует на объект, который не скользит. Если вы нажмете на учебник, но не так сильно, чтобы он скользил по столу, трение статического электричества будет противодействовать силе, приложенной к книге, оставив книгу в статическом равновесии.

Величина силы трения зависит от двух факторов:

1. Природа контактирующих поверхностей.
2. Нормальная сила, действующая на объект (F _N ).
   

Коэффициент трения

Отношение силы трения к нормальной силе дает нам коэффициент трения (µ), константу пропорциональности, характерную для двух контактирующих материалов. Вы можете найти коэффициент трения для различных поверхностей на первой странице справочной таблицы Regents Physics. Убедитесь, что вы выбрали правильный коэффициент… используйте статический коэффициент (µ _s ) для нескользящих объектов и кинетический коэффициент (µ _k ) для скользящих объектов.

Какой коэффициент вы бы использовали для саней, скользящих по заснеженной горке? Кинетический коэффициент трения, разумеется. Как насчет холодильника на вашем линолеумном полу, который находится в состоянии покоя, и вы хотите, чтобы он пришел в движение? Это будет статический коэффициент трения. Давайте попробуем посложнее… Автомобиль едет со свободно катящимися шинами. Является ли трение между шинами и дорогой статическим или кинетическим? Статический. Шины находятся в постоянном контакте с дорогой, как при ходьбе. Однако если бы автомобиль скользил, а шины были заблокированы, мы бы рассмотрели кинетическое трение. Давайте рассмотрим пример задачи:

Нормальная сила всегда действует перпендикулярно поверхности и возникает из-за взаимодействия между атомами, которые поддерживают ее форму.