Виды трения. Опыты — Класс!ная физика

Подробности

Просмотров: 573

06.2012

КАЧЕНИЕ И СКОЛЬЖЕНИЕ

Поставь книгу наклонно и положи на нее карандаш. Сползет или не сползет?
Это зависит от того, как положить. Если положить вдоль уклона, карандаш даже при большом наклоне сползать не будет. А если поперек?
Ого, как покатился! Особенно если он круглый, а не шестигранный.

Ты можешь сказать: подумаешь, тоже мне научный опыт! Что же в нем интересного?
А интересно в этом опыте то, что, когда карандаш катится,   трение   оказывается гораздо меньше, чем когда он ползет. Катить легче, чем волочить. Или, как говорят физики, трение качения меньше, чем трение скольжения.

Именно поэтому люди изобрели колеса. В глубокой древности колес не знали и даже летом грузы возили на санях. На стене одного древнего храма в Египте высечена картина: огромную каменную статую везут по земле на санях.

Катки, а потом и колеса появились уже несколько тысяч лет назад, трение скольжения было заменено более выгодным трением качения.

Современная техника сделала следующий важный шаг: появились подшипники, которые бывают скользящими, шариковыми и роликовыми.

Чтобы толстую книгу передвинуть по столу одним пальцем, надо приложить некоторое усилие.

А если под книгу подложить два круглых карандаша, которые будут в данном случае роликовыми подшипниками, книга легко передвинется от слабого толчка мизинцем.

Так как трение качения значительно меньше трения скольжения, в технике скользящие подшипники стараются заменить шариковыми или роликовыми. Даже в обычном взрослом велосипеде шариковые подшипники есть во втулках колес, в рулевой колонке, на оси шатунов, на осях педалей.

Автомобили, мотоциклы, тракторы, железнодорожные вагоны —все эти машины катятся на шариковых и роликовых подшипниках.

ТРЕНИЕ ПОКОЯ

Положите на книгу шестигранный карандаш параллельно ее корешку. Медленно поднимайте верхний край книги до тех пор, пока карандаш не начнет скользить вниз. Чуть уменьшите наклон книги и закрепите ее в таком положении, подложив под нее что-нибудь.

Теперь карандаш, если его снова положить на книгу, съезжать не будет. Его удерживает на месте сила трения — сила трения покоя. Но стоит эту силу чуть ослабить — а для этого достаточно щелкнуть пальцем по книге,— и карандаш поползет вниз, пока не упадет на стол. Тот же опыт можно проделать, например, с пеналом, спичечным коробком, ластиком и т. п.

Сила трения движения (при других одинаковых условиях) обычно меньше силы трения покоя. В данном случае она оказалась не в состоянии удержать карандаш на наклонной плоскости.
Кстати, подумайте, почему гвоздь легче вытащить из доски, если вращать его вокруг оси?

АКРОБАТ ИДЕТ КОЛЕСОМ

Прежде чем кончить разговор о трении, сделаем еще одну забавную игрушку.
Из плотной бумаги вырежь фигурку акробата.

Насади ее на перо, вставленное на остро заточенный круглый карандаш. Вдень теперь карандаш с акробатом наискось в кольцо ножниц. Держа ножницы горизонтально, води их осторожно по кругу.

Ах, как пошел колесом наш акробат!
Он ведь участвует в двух движениях сразу. Во-первых, конец ручки с надетым на перо акробатом описывает большие круги. А во-вторых, ручка не скользит по кольцу ножниц, а обкатывается по нему. И ручка вместе с акробатом вертится вокруг своей оси. От соединения этих двух движений и получаются такие замечательные колеса. Живому акробату едва ли удастся их повторить!

Ты спросишь, где же здесь трение?
Да в кольце ножниц. Если бы его не было, ручка сразу провалилась бы вниз, она бы не удержалась даже в наклонном положении. И еще: если бы между кольцом и ручкой не было трения, ручка бы не обкатывалась по кольцу и акробат не кувыркался бы так красиво.

ТОРМОЗ В ЯЙЦЕ

Опыт 1

Подвесьте сырое яйцо на тонком шнурке. Чтобы шнурок не соскальзывал с расположенного вертикально яйца, используйте лейкопластырь, наклеив его маленькие кусочки на те места, где находится шнурок.

Рядом подвесьте яйцо, сваренное вкрутую. Закрутите каждый шнурок с яйцом в одну сторону на одинаковое количество оборотов. Когда шнурки будут закручены, одновременно отпустите яйца. Вы увидите, что сваренное яйцо ведет себя иначе, чем сырое: оно вращается значительно быстрее.

В сыром яйце его белок и желток стараются сохранить неподвижное состояние (в этом проявляется их инерция) и своим трением о скорлупу тормозят ее вращение.

В вареном же яйце белок и желток уже не жидкие вещества и представляют вместе со скорлупой как бы одно целое, поэтому торможения не происходит и яйцо вращается быстрее.

Этот опыт можно проделать и без подвешивания яиц: достаточно закрутить их пальцами на большой тарелке.

Опыт 2

Еще интереснее проделать такой опыт.
Возьмите две одинаковые кастрюльки с двумя ушками (можно и игрушечные). Соедините ушки веревкой или тонким проводом, а к середине привяжите еще одну веревку, так чтобы кастрюля была в равновесии. Подвесьте обе кастрюли на этих веревках и налейте в одну из них воды, а в другую — столько же по объему крупы. Теперь закрутите веревки на одинаковое число оборотов и отпустите. Результат будет аналогичен опыту с яйцами.

Когда кастрюльки раскрутились, попробуйте быстро остановить их, а потом опять отпустить. Окажется, что кастрюлька с водой продолжает вращаться. Ну как, сможете объяснить это явление?

Источники: Ф. Рабиза «Опыты без приборов»; «Забавная физика» Л. Гальперштейн

Следующая страница «Инерция и инертность. Опыты»

Назад в раздел «Простые опыты»

Тема 6. Понятие о трении. Виды трения

Трение – сопротивление, возникающее при движении одного шероховатого тела по поверхности другого. При скольжении тел возникает трение скольжения, при качении – трение качения. Природа сопротивлений движению в разных случаях различна. Трение является сложным физико-механическим явлением. Оно возникает вследствие шероховатости поверхности и действия молекулярного сцепления между частицами прижатых друг к другу тел. Трение зависит от материала трущихся тел, температуры, наличия между телами смазки, скорости скольжения других факторов, учет которых затруднен.

Трение скольжения. Рассмотрим простейший случай – трение между негладкой горизонтальной поверхностью и лежащим на ней тяжелым негладким телом. Причина трения – механическое зацепление микронеровностей соприкасающихся поверхностей. Сила сопротивления движению при скольжении называется силой трения скольжения (рис. 3.1.43, а).

З аконы трения скольжения:

1. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления:

F_тр = F_f = fN,

где N – сила нормального давления, направлена перпендикулярно опорной поверхности;

f – коэффициент трения скольжения.

В случае движения тела по наклонной плоскости (рис. 3.1.43, б)

R = Gcos ,

где  – угол наклона плоскости к горизонту.

Сила трения всегда направлена в сторону, обратную направлению движения.

2. Сила трения меняется от нуля до некоторого максимального значения, называемого

силой трения покоя (статическое трение):

0 < F_f < F_{f 0},

где F_{f 0} – статическая сила трения (сила трения покоя).

3. Сила трения при движении меньше силы трения покоя. Сила трения при движении называется динамической силой трения (F_f ):

F_f F_{f 0.}

Поскольку сила нормального давления, зависящая от веса и направления опорной поверхности, не меняется, то различают статический и динамический коэффициенты трения:

F_f = f R; F_f0 = f₀ N.

Коэффициент трения скольжения зависит от следующих факторов:

1 . Материал. Материалы делятся на фрикционные (с большим коэффициентом трения) и антифрикционные (с малым коэффициентом трения), например, f = 0,1–0,15 (при скольжении стали по стали всухую), f = 0,2–0,3 (при скольжении стали по текстолиту).

2. Наличие смазки. Например, f = 0,04–0,05 (при скольжении стали по стали со смазкой).

Угол ₀ между направлениями нормальной реакции (N) и полной реакции (R_max), соответствующей максимальному значению силы трения скольжения в покое (F_{тр. max}), называется углом трения.

Из рис. 3.1.44 видно, что

.

Так как F_max= f₀ N, то отсюда находим следующую связь между углом трения (₀) и коэффициентом трения скольжения в покое (f₀):

f₀ = tg₀,

т.е. коэффициент трения скольжения в покое равен тангенсу угла трения.

Конус с вершиной в точке касания тел, образующая которого составляет угол трения с нормалью к поверхности трущихся тел, называется конусом трения (рис. 3.1.45).

Если коэффициент трения скольжения в покое при скольжении тела по поверхности, которая служит связью, в различных направлениях один и тот же, то полная реакция этой связи (R_mах) отклоняется от нормальной реакции (N) во всех направлениях на одинаковый угол трения ₀, и конус трения будет круглым с углом при вершине, равным 2₀. Однако это условие не соблюдается, например, при скольжении по дереву в направлении волокон и в направлении, перпендикулярном к ним. Конус трения в этом случае будет сплющен в направлении волокон.

Рис. 3.1.45

До тех пор пока линия действия равнодействующей всех сил, приложенных к телу, каков бы ни был ее модуль, проходит внутри конуса трения, скольжение тела по связи не возникает (  ₀). Этим объясняются известные явления заклинивания, или самоторможения частей машины, когда никакой приложенной внутри конуса трения силой не удастся сдвинуть с места соответствующую часть машины.

Трение качения. Сопротивление при качении связано с взаимной деформацией грунта и колеса и значительно меньше трения скольжения.

Обычно грунт считают мягче колеса, тогда в основном деформируется грунт, и в каждый момент колесо должно перекатываться через выступ грунта. Для равномерного качения колеса необходимо прикладывать силу F_дв (рис. 3.1.46).

У словие качения колеса состоит в том, что движущий момент должен быть не меньше момента сопротивления:

F_дв r  Nk: N = G; ,

где k – максимальное значение плеча (половина колеи), принимается за коэффициент трения качения, см.

Ориентировочные значения k (определяются экспериментально): сталь по стали – k = 0,005 см, резиновая шина по шоссе – k = 0,24 см.

Типы трения — Викиверситет 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 Жидкостное трение
  • 2.4 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 снижается 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 таких предметов, 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».

Жидкостное трение[править | править код]

Здесь, на Земле, мы склонны воспринимать сопротивление воздуха (также известное как «сопротивление») как должное. Мы просто предполагаем, что когда мы бросаем мяч, запускаем самолет, сходим с орбиты космического корабля или стреляем из ружья, то движение мяча через нашу атмосферу естественным образом замедляет его. Но в чем причина этого? Как воздух может замедлить объект, независимо от того, находится ли он в свободном падении или в полете? Воздушное трение испытывают предметы, движущиеся по открытому воздуху. Воздушное трение действует между предметом и воздухом, в котором он движется. Его также называют перетаскиванием. Эта сила зависит от формы объекта, материала, скорости его движения и вязкости жидкости. Вязкость является мерой сопротивления воздуха потоку и отличается от одной плотности к другой.

Пример: Замедляет движение летящего в воздухе самолета, здесь двигатель самолета помогает самолету преодолевать жидкостное трение и двигаться вперед.

Самолет в воздухе

Есть еще один вид трения (частный случай)

Ограничение трения[править | править код]

Предельное трение — это максимальная противодействующая сила, которая вступает в игру, когда одно тело находится на грани движения по поверхности другого тела

Типы трения — Викиверситет

Все мы при необходимости замедляем свои машины, 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.

Содержимое

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

Силы, действующие на движущийся объект

Силы и движение объекта.

Трение – это сила, противодействующая движению двух контактирующих поверхностей.

Законы трения[править | править код]

1. Трение зависит от твердости или шероховатости контактирующих поверхностей. Жидкостное трение зависит от вязкости (толщины) 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 снижается при очень высоких относительных скоростях. Однако в случае жидкостного трения трение увеличивается с увеличением относительной скорости движения.

Чтобы остановить движущийся объект, 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 виды 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 таких предметов, 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».

Жидкостное трение[править | править код]

Здесь, на Земле, мы склонны воспринимать сопротивление воздуха (также известное как «сопротивление») как должное. Мы просто предполагаем, что когда мы бросаем мяч, запускаем самолет, сходим с орбиты космического корабля или стреляем из ружья, то движение мяча через нашу атмосферу естественным образом замедляет его. Но в чем причина этого? Как воздух может замедлить объект, независимо от того, находится ли он в свободном падении или в полете? Воздушное трение испытывают предметы, движущиеся по открытому воздуху. Воздушное трение действует между предметом и воздухом, в котором он движется. Его также называют перетаскиванием. Эта сила зависит от формы объекта, материала, скорости его движения и вязкости жидкости.