В чем измеряется сила трения

Сила трения, как и всякая другая, измеряется в ньютонах.

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Иван Яковлев, преподаватель физики в Домашней школе «ИнтернетУрок».

Что такое сила трения?

Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и всегда направленная вдоль поверхности соприкосновения противоположно направлению движения.

Силы трения бывают двух типов: сухое (возникает при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки) и жидкое (возникает пpи движении твердых тeл в жидкoй или гaзooбpaзнoй cpeдe, или кoгдa caмa жидкocть или гaз тeкут мимo нeпoдвижныx твеpдыx тeл). Сухое трение, в свою очередь, делится на три вида: трение покоя (действует между двумя телами, неподвижными относительно друг друга), трение скольжения (возникает между соприкасающимися телами при их относительном движении), трение качения (возникает при перекатывании тел одного по другу).

Какова природа сил трения?

Причины появления сухого трения:

• Из-за шероховатости (неровностей) поверхностей контактирующих тел. Когда одно тело скользит или катится по другому, эти дефекты цепляются друг за друга и препятствуют передвижению;
• При максимально гладких поверхностях молекулы располагаются настолько близко друг к другу, что между ними начинают действовать силы взаимного притяжения, которые в некоторых случаях довольно существенны.

Величина силы трения зависит от:

• Вида трения. Величина трения качения во много раз меньше трения скольжения.
• Нагрузки. С ее увеличением сила трения растет.
• Качества обработки поверхностей. При скольжении по менее шероховатой поверхности сила трения заметно меньше.
• Использования смазочных материалов.

В чем польза и вред сил трения?

Как уже было сказано вначале, трение играет огромную роль во всех сферах нашей жизни. Например, благодаря силе трения покоя мы можем ходить по земле, авто- и железнодорожный транспорт могут начать движение без пробуксовки или в случае необходимости остановиться. Благодаря силе трения покоя тела не соскальзывают с наклонной поверхности. Без трения не звучала бы скрипка, школьники не смогли бы писать ручкой в своих тетрадях, а все саморезы и гвозди выскочили бы из своих мест.

В живой природе, например, плетущиеся растения благодаря силе трения цепляются за опоры и удерживаются на них, а корнеплоды удерживаются в почве. Действие органов хватания многих животных и насекомых тесно связано с трением.

Но во многих случаях трение очень и очень вредно, и с ним борются различными способами.

Трение выводит из строя человеческий организм: изнашиваются суставы, мениски, образовываются болезненные наросты и мозоли на ногах.

Во всех машинах и агрегатах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся и трущиеся поверхности делают более гладкими или между ними вводят смазку, или по возможности силу трения скольжения заменяют на силу трения качения. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов различных механизмов, их устанавливают на подшипники.

Bязкoe тpeниe пpивoдит к пoтepe мexaничecкoй энepгии движущeгocя тeлa, так как тopмoзит eгo. Например, для преодоления силы трения корабли затрачивают до 75% общей мощности. Поезда при скорости 200 км/ч зaтpaчивaют нa пpeoдoлeниe coпpoтивлeния вoздуxa oкoлo 50-70% общей мoщнocти.

Воздушные летательные аппараты испытывают огромную силу сопротивления воздуха. Трение о воздух может привести к oпacнoму пepeгpeву caмoлeтa в плoтныx cлoяx aтмocфepы. Но в то же время летательные аппараты не смогут взлететь и передвигаться в cpeдe, лишeннoй вязкoгo тpeния, так как пoдъeмнaя cилa кpыльев и cилa тяги вoздушнoгo винтa будут paвны нулю.

В каком классе изучают силу трения?

С определением силы трения, её природой, видами сил трения и их различиями учащиеся знакомятся в 7 классе. Немного подробнее эту тему изучают уже в 10 классе. В заключении хочу предложить для вашего размышления интересный вопрос: «Что будет, если полностью исчезнет сила трения?»

практическая работа сила трения | Методическая разработка по физике (9 класс) на тему:

Практическая работа «Измерение коэффициента трения скольжения»

Цель работы: определить коэффициент трения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке, используя формулу Fтр = = μN.

Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок; деревянная линейка; набор грузов.

С помощью динамометра измеряют силу, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно. Эта сила равна по модулю силе трения Fтp, действующей на брусок. С помощью того же динамометра можно найти вес бруска с грузом. Этот вес по модулю равен силе нормального давления N бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив, таким образом, значения силы трения при различных значениях силы нормального давления, необходимо построить график зависимости Fтр от N и найти среднее значение коэффициента трения.

Порядок выполнения работы

1. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Замерьте при этом показание динамометра.

3. Взвесьте брусок и груз.

4. К первому грузу добавьте второй, третий грузы, каждый раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.

По результатам измерений заполните таблицу:

5. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления.

6. Повторите измерения, перечисленные в п. 4 положив брусок на узкую грань. Результаты измерений занесите в таблицу.

7. По новым данным постройте график зависимости модуля силы трения от модуля силы нормального давления.

Ответьте на вопрос:

1. Зависит ли коэффициент трения скольжения от площади опоры тела?

Практическая работа «Измерение коэффициента трения скольжения»

Цель работы: определить коэффициент трения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке, используя формулу Fтр = = μN.

Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок; деревянная линейка; набор грузов.

С помощью динамометра измеряют силу, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно. Эта сила равна по модулю силе трения Fтp, действующей на брусок. С помощью того же динамометра можно найти вес бруска с грузом. Этот вес по модулю равен силе нормального давления N бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив, таким образом, значения силы трения при различных значениях силы нормального давления, необходимо построить график зависимости Fтр от N и найти среднее значение коэффициента трения.

Основным измерительным прибором в этой работе является динамометр. Динамометр имеет погрешность Δд =0,05 Н. Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (или колеблется), то погрешность измерения силы равна ΔF =  0,1 Н.

Порядок выполнения работы

1. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Замерьте при этом показание динамометра.

3. Взвесьте брусок и груз.

4. К первому грузу добавьте второй, третий грузы, каждый раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.

По результатам измерений заполните таблицу:

5. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления.

6. Повторите измерения, перечисленные в п. 4 положив брусок на узкую грань. Результаты измерений занесите в таблицу.

7. По новым данным постройте график зависимости модуля силы трения от модуля силы нормального давления.

Ответьте на вопрос:

1. Зависит ли коэффициент трения скольжения от площади опоры тела?

Exhaustive Insights and Facts —

Работа, совершаемая трением, представляет собой перемещение движущегося тела в направлении, противоположном направлению действия силы трения.

Сила, приложенная к телу, вызывает перемещение в его направлении. Третий закон Ньютона использует силу трения против движения тела в качестве силы противодействия. Таким образом, перемещение тела против силы трения называется работой трения.

Сила трения – это противодействующая контактная сила, создаваемая поверхностью для противодействия движению, когда два тела скользят друг по другу. это неконсервативная сила  , которая предлагает работу, совершаемую силой, основанную на пути, вдоль которого действует сила . В зависимости от выбранного пути можно найти различную работу, совершаемую трением.

Предположим, вы толкаете стол через всю комнату, чтобы изменить его положение. Нижняя поверхность сначала сопротивляется столу за счет силы трения, поскольку она точно противодействует нашей приложенной силе толкания. Когда мы применяем большую силу толкания, которая преодолевает силу трения, стол начинает двигаться. Максимальная сила, при которой тело приходит в движение, а затем останавливается, определяется – соответственно статическим и кинетическим коэффициентами трения тела.

Когда два тела находятся в состоянии покоя, трение между их поверхностями называется « трением покоя ». Принимая во внимание, что когда два тела движутся относительно друг друга, трение между их поверхностями представляет собой « кинетическое трение» , также называемое « трением скольжения ». По определению смещение из-за статического трения равно нулю. Следовательно, работа выполняется только за счет трения скольжения . Работа, совершаемая трением Работа, совершаемая трением скольжения по столу
(фото: Shutterstock)

Узнайте больше о трении скольжения .

Совершаемая работа зависит от вида преобразования энергии тел при приложении силы. Это означает, что когда мы прикладываем силу к покоящемуся телу, происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую, что ускоряет тело, чтобы оно двигалось в направлении приложенной силы . Точно так же, когда поверхность оказывает трение скольжения на движущееся тело, его кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную энергию, которая замедляет движение.

Трение преобразует свою работу в тепловую энергию, поскольку мы чувствуем тепло на поверхности, когда тела скользят. Когда движущееся тело останавливается на горизонтальной поверхности, его кинетическая энергия становится равной нулю. Это означает, что трение о тело рассеивает его кинетическую энергию, которая оценивается как количество работы, совершаемой трением.

Узнайте больше о выполненных работах и ​​его единицах .

Мы можем определить работу трения путем детального анализа силы трения.

Чтобы вычислить проделанную работу, во-первых, мы должны определить неконсервативную силу от поверхности, общую длину пути на поверхности или перемещение и, что более важно, угол между силой трения и перемещением.

Крайне важно определить силу, будь она консервативной или неконсервативной. Так мы поймем, что сила 9 изменит тело.0005  полная механическая энергия  (кинетическая + потенциальная), когда он выполняет какую-либо работу. Поскольку сила трения действует противоположно движущемуся телу, это неконсервативная сила, которая изменяет полную механическую энергию, включает преобразование кинетической энергии в потенциальную для сопротивления движению. Преобразование энергии из-за трения (фото: Shutterstock)

Когда на тело действует результирующая сила, она изменяет кинетическую энергию.

Работа-Энергия Теорема  говорит, что работа, совершаемая над телом чистой силой, равна разнице между их кинетической энергией.  

Если тело получило энергию, его работа будет положительной . Если тело теряет энергию, его работа равна минус .

Сила трения — это единственная результирующая сила, действующая на горизонтальную поверхность, равная коэффициенту кинетического трения µk и нормальной силе N. 

Принимая во внимание, что нормальная сила, перпендикулярная горизонтальной поверхности, равна mgcosθ.

Следовательно, сила трения равна

F _fric = μ _к мг ……………. (*)

Работа, совершаемая по формуле трения, вычисляется с использованием результирующих сил, а также теоремы о работе-энергии.

Нормальная сила и гравитационная сила, действующие перпендикулярно, компенсируют друг друга, поскольку они противоположны. Следовательно, сила горизонтального трения F _fric является единственной чистой силой, действующей на тело для выполнения работы. Как рассчитать работу трения?

Рассчитаем чистую работу силы трения о движущийся ящик при перемещении d по горизонтальной траектории.

W _FRIC = F _FRI DCOSθ

Уравнение замены фрикционной силы (*), мы получаем

W _FRIC = μ _K мг. угол между перемещением и трением скольжения 180°; что дает cosθ = cos180° = -1.

Вт _фрик = – μ _k mg.d

Выше приведено уравнение работы, совершаемой трением.

Подробнее о Поверхностное ускорение без трения .

Всегда ли работа, совершаемая трением, отрицательна?

Работа, совершаемая трением, обычно отрицательна из-за угла 180 ° между трением и перемещением.

Когда мы прикладываем силу вдоль шероховатой поверхности, трение применяется в направлении, противоположном приложенной силе. Следовательно, угол между трением и смещением становится равным 180°, что уменьшает кинетическую энергию; и дает отрицательную работу силы трения.

Подробнее о Потенциал преобразования кинетической энергии.

Работа, совершаемая трением при чистом качении

Работа, совершаемая трением без скольжения, при чистом качении равна нулю.

Когда тело катится с другим телом, статическая сила действует перпендикулярно горизонтальной поверхности. Катящееся тело не претерпевает преобразования энергии, так как статическая сила не может произвести его перемещение. Следовательно, статическое трение при чистом качении не совершает никакой работы. Работа трения при чистом качении

Сила трения является саморегулирующейся. Он сохраняет свое направление в соответствии с направлением приложенной силы, чтобы сопротивляться движению. При чистом качении нижняя часть тела на короткое время соприкасается с землей, поднимая тело вверх перпендикулярно направлению силы трения. т. е. статическое трение.

Чистая прокатка означает меньше перемещений и больше прокатки.  Трение покоя совершает отрицательную работу при поступательном движении, которая замедляет поступательное движение, и столь же положительную работу, совершаемую при вращательном движении, что означает ускорение вращения. Вот почему чистая работа, совершаемая трением покоя, при чистом качении равна нулю. Следовательно, чтобы совершить какую-либо работу, тело должно катиться со скольжением.

Подробнее о Трение качения .

Работа, совершаемая трением, положительна или отрицательна?

Работа трения может быть только положительной, отрицательной в зависимости от выбора системы отсчета.

Поскольку приложенная сила и перемещение тела направлены в одну сторону; это увеличивает его энергию. Так что проделанная работа положительная. Но кинетическое трение и перемещение тела направлены в противоположную сторону; это уменьшает его энергию. Таким образом, выполненная работа отрицательна. Работа трения положительна или отрицательна?

Если тело скользит, сила трения, действующая на тело, будет трением скольжения, а угол между кинетическим трением и перемещением равен 180°, что приводит к отрицательной работе.

Работа трения может оказаться положительной, если мы изменим систему отсчета, так как кинетическое трение может появиться в направлении движения тела. Скажем, на ковер ставят тяжелую коробку, и ее внезапно срывают. Даже коробка скользит назад, но движется вперед относительно системы отсчета. В этом случае работа трения положительна.

Подробнее о Относительное движение.

Как найти работу, совершаемую трением без учета коэффициента?

Работа, совершаемая трением без учета коэффициента, определяется путем проведения эксперимента с наклонной плоскостью.

Давайте сначала настроим наклонную рампу и отрегулируем ее угол наклона. Чем больше угол наклона, тем больше приложенная сила толкает объект на скате вниз. Когда мы увеличиваем приложенную силу, чем сила трения, мы можем найти максимальную силу трения и измерить перемещение объекта и работу, совершаемую трением, не зная ее коэффициента. Настройка наклонной плоскости для определения работы, выполненной за счет трения без коэффициента
(фото: Shutterstock)

Мы можем сделать наклонную рампу, используя серию книг и деревянных досок. Затем мы устанавливаем его угол наклона, укладывая ряд книг, чтобы изменить его максимальную высоту. Поставим машинку под углом на наклонную рампу и слегка подтолкнем. В противовес нашей толкающей силе сила трения о поверхность пандуса препятствует скольжению автомобиля по пандусу.

Но если мы увеличим толчок, то машина сможет скатиться с рампы благодаря силе трения. Мы можем рассчитать работу трения без коэффициента, измерив чистые силы, действующие на коробку, и ее перемещение.

Узнайте больше о наклонной плоскости .

---

7.2: Кинетическая энергия и теорема о работе-энергии

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

1519

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять работу как передачу энергии и чистую работу как работу, совершаемую чистой силой.
• Объясните и примените теорему о работе и энергии.

Work Transfers Energy

Что происходит с работой, выполненной в системе? Энергия передается в систему, но в какой форме? Остается ли он в системе или движется дальше? Ответы зависят от ситуации. Например, если газонокосилку в [ссылка](а) толкнуть достаточно сильно, чтобы поддерживать постоянную скорость, то энергия, вложенная в косилку человеком, непрерывно удаляется за счет трения и в конечном итоге оставляет систему в форма передачи тепла. Напротив, работа, проделанная с портфелем человеком, несущим его по лестнице в [link](d), сохраняется в системе портфель-Земля и может быть восстановлена ​​в любое время, как показано в [link](e). На самом деле строительство пирамид в Древнем Египте является примером накопления энергии в системе путем совершения работы над системой. Часть энергии, переданной каменным блокам при их подъеме во время строительства пирамид, остается в системе камень-Земля и может выполнять работу.

В этом разделе мы начинаем изучение различных видов работы и форм энергии. Мы обнаружим, что некоторые виды работы оставляют энергию системы постоянной, например, тогда как другие каким-то образом изменяют систему, например, заставляя ее двигаться. Мы также разработаем определения важных форм энергии, таких как энергия движения.

Чистая работа и теорема о работе-энергии

Изучая законы Ньютона в книге «Динамика: сила» и «Законы движения Ньютона», мы знаем, что результирующая сила вызывает ускорение. В этом разделе мы увидим, что работа, совершаемая результирующей силой, дает системе энергию движения, и в процессе мы также найдем выражение для энергии движения.

Начнем с рассмотрения общей или чистой работы, выполненной системой. Чистая работа определяется как сумма работы, выполненной всеми внешними силами, то есть чистая работа — это работа, выполненная чистой внешней силой \(F_{net}\). В форме уравнения это \(W_{net} = F_{net}d \, cos \, \theta\), где \(\theta\) — угол между вектором силы и вектором смещения. На рисунке (а) показан график зависимости силы от смещения для составляющей силы в направлении смещения, то есть график зависимости \(F\, cos\, \theta\) от \(d\). В этом случае \(F\, cos\, \theta\) постоянна. Вы можете видеть, что площадь под графиком равна \(F\, cos\, \theta\) или проделанной работе.

Рисунок (b) показывает более общий процесс, когда сила изменяется. Площадь под кривой разделена на полосы, каждая из которых имеет среднюю силу \((F \, cos \, \theta)_{i(ave)}\). Проделанная работа равна e \((F \, cos \, \theta)_{i(ave)}d_i\) для каждой полосы, а общая проделанная работа представляет собой сумму \(W_i\). Таким образом, общая проделанная работа представляет собой общую площадь под кривой, полезное свойство, к которому мы обратимся позже.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): (a) График зависимости \(F \, cos \, \theta\) от \(d\), когда \(F \, cos \, \theta\) постоянно. Площадь под кривой представляет собой работу силы. (b) График зависимости \(F\, cos\, \theta\) от \(d\), в котором сила меняется. Работа, выполненная для каждого интервала, равна площади каждой полосы; таким образом, общая площадь под кривой равна общей проделанной работе.

Сетевую работу будет проще исследовать, если мы рассмотрим одномерную ситуацию, когда сила используется для ускорения объекта в направлении, параллельном его начальной скорости. Такая ситуация возникает для упаковки на роликовой ленточной конвейерной системе, показанной на рисунке.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Пакет на роликовой ленте перемещается горизонтально на расстояние \(d\).

Сила тяжести и нормальная сила, действующие на упаковку, перпендикулярны перемещению и не совершают работы. Кроме того, они также равны по величине и противоположны по направлению, поэтому они сокращаются при расчете результирующей силы. Чистая сила возникает исключительно из горизонтальной приложенной силы \(F_{app}\) и горизонтальной силы трения \(f\). Таким образом, как и ожидалось, результирующая сила параллельна смещению, так что \(\тета = 0\) и \(cos \, \тета = 1\), а результирующая работа определяется как

\[W_{net} = F_{net} d.\]

Эффект чистой силы \(F_{net}\) заключается в ускорении пакета от \(v_0\) до \(v\) Кинетическая энергия пакета увеличивается, что указывает на то, что чистая работа, выполненная системой, положительна. (См. пример.) Применяя второй закон Ньютона и занимаясь алгеброй, мы можем прийти к интересному выводу.

2}{2d}.\) Когда \(a\) подставляется в предыдущее выражение для \(W_{net}\), мы получаем 92,\]

— энергия, связанная с поступательным движением. Кинетическая энергия — это форма энергии, связанная с движением частицы, отдельного тела или системы объектов, движущихся вместе.

Мы знаем, что требуется энергия, чтобы разогнать объект, такой как автомобиль или пакет на рисунке, до скорости, но может показаться немного удивительным, что кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости. Эта пропорциональность означает, например, что автомобиль, движущийся со скоростью 100 км/ч, имеет в четыре раза больше кинетической энергии, чем на скорости 50 км/ч, что помогает объяснить, почему столкновения на высокой скорости настолько разрушительны. Теперь мы рассмотрим ряд примеров, иллюстрирующих различные аспекты работы и энергии. 92 = 3,75 \, Дж\]

Обсуждение

Обратите внимание, что единицей кинетической энергии является джоуль, такая же, как и единица работы, как упоминалось при первом определении работы. Интересно и то, что, хотя это достаточно массивный пакет, его кинетическая энергия невелика при такой относительно небольшой скорости. Этот факт согласуется с наблюдением, что люди могут перемещать такие пакеты, не утомляя себя.

Пример \(\PageIndex{2}\): определение работы по ускорению пакета

Предположим, вы толкаете 30-килограммовый пакет на рис. 7.03.2. с постоянной силой 120 Н на расстоянии 0,800 м и что средняя сила трения, направленная против тела, составляет 5,00 Н.

(a) Рассчитайте чистую работу, совершаемую на упаковке. (б) Решите ту же задачу, что и в части (а), на этот раз найдя работу, совершаемую каждой силой, которая вносит вклад в результирующую силу.

Стратегия и концепция для (a)

Это задача о движении в одном измерении, потому что направленная вниз сила (от веса упаковки) и нормальная сила имеют одинаковую величину и противоположное направление, так что они компенсируются в расчет чистой силы, в то время как приложенная сила, трение и смещение горизонтальны.

(См. рис. 7.03.2.) Как и ожидалось, чистая работа равна чистой силе, умноженной на расстояние.

Решение для (a)

Чистая сила равна выталкивающей силе минус трение, или \(F_{net} = 120 \, N — 5,00 \, N = 115 \, N\). Таким образом, чистая работа равна

\[W_{net} = F_{net}d = (115 \, N)(0,800 \, m) \]

\[= 92,0 \, N \cdot m = 92,0 \, J\]

Обсуждение для (a)

Это значение представляет собой чистую работу, проделанную над упаковкой. На самом деле человек выполняет больше работы, потому что трение препятствует движению. Трение совершает отрицательную работу и удаляет часть затрачиваемой человеком энергии и преобразует ее в тепловую энергию. Чистая работа равна сумме работы, выполненной каждой отдельной силой. 9о)\]

\[= -(5,00 \, Н)(0,800 \, м)\]

\[= -4,00 \, Дж\]

силой, приложенной силой и трением равны соответственно

\[W_{gr} = 0,\]

\[W_N = 0,\]

\[W_{app} = 96,0 \, Дж ,\]

\[W_{fr} = -4 \, Дж.

\]

Общая работа, выполненная как сумма работы, выполненной каждой силой, тогда видится равной

\[W_{total} = W_{gr} + W_N + W_{app} + W_{fr} = 92,0 \, J.\]

Обсуждение для (b)

Вычисленная общая работа \(W_{total}\) как сумма работы каждой силы согласуется, как и ожидалось, с работой \(W_{net}\), выполненной чистая сила. Работа, совершаемая совокупностью сил, действующих на объект, может быть рассчитана любым подходом.

Пример \(\PageIndex{3}\): определение скорости по работе и энергии

Найдите скорость пакета на рис. 7.03.2. в конце толчка, используя концепции работы и энергии.

92}{30,0 \, кг}}\]

\[= 2,53 \, м/с\]

Обсуждение

Используя работу и энергию, мы не только приходим к ответу, мы видим, что конечная кинетическая энергия представляет собой сумму начальной кинетической энергии и чистой работы, выполненной на упаковке. Это означает, что работа действительно добавляет энергии упаковке.

Пример \(\PageIndex{4}\): Работа и энергия тоже могут показать расстояние

Как далеко находится пакет на рис. 7.03.2. движение после толчка, если предположить, что трение остается постоянным? Используйте соображения работы и энергии.

Стратегия

Мы знаем, что как только человек перестанет толкать, трение остановит пакет. С точки зрения энергии трение совершает отрицательную работу до тех пор, пока оно не уберет всю кинетическую энергию упаковки. Работа, совершаемая трением, равна произведению силы трения на пройденное расстояние, умноженному на косинус угла между силой трения и перемещением; следовательно, это дает нам способ найти расстояние, пройденное после того, как человек перестанет толкать.

Решение 9о\). Чтобы уменьшить кинетическую энергию пакета до нуля, работа трения \(W_{fr}\) должна быть минус кинетическая энергия, с которой пакет стартовал, плюс то, что пакет накопил за счет толкания. Таким образом, \(W_{fr} = -95,75 \, J\). Кроме того, \(W_{fr} = df’ \, cos \, \theta = — Fd’\), где \(d’\) — расстояние, необходимое для остановки. Таким образом,

\[d’ = -\dfrac{W_{fr}}{f} = \dfrac{-95,75 \, J}{5,00 \, N}, \]

и, следовательно,

\[ d’ = 19,2 \, м\]

Обсуждение

Это разумное расстояние для того, чтобы упаковка могла двигаться по инерции на конвейерной системе с относительно низким трением. Обратите внимание, что работа, совершаемая трением, отрицательна (сила действует в направлении, противоположном движению), поэтому она удаляет кинетическую энергию.

Некоторые примеры в этом разделе могут быть решены без учета энергии, но за счет упущения понимания того, какую работу и энергию выполняют в этой ситуации. В целом решения, связанные с энергией, обычно короче и проще, чем решения, использующие только кинематику и динамику. 92\).

Глоссарий

сеть

работа, совершаемая чистой силой или векторной суммой всех сил, действующих на объект

теорема работы-энергии

результат, основанный на законах Ньютона, что чистая работа, совершаемая над объектом, равна изменению его кинетической энергии

кинетическая энергия

энергия, которой объект обладает вследствие своего движения, равная \(\frac{1}{2}mv^2\) для поступательного (т.