Тертя — Вікіпедія

Тертя́ — сукупність явищ, що спричиняють опір, рухові одне відносно одного макроскопічних тіл (зовнішнє тертя) або елементів одного і того ж тіла (внутрішнє тертя), при якому механічна енергія розсіюється переважно у вигляді тепла. Зовнішнє тертя відбувається на границі контакту двох твердих тіл. Внутрішнє тертя виникає у потоках рідини або при деформації твердого тіла, між частинами, що переміщуються одна відносно одної.

Зовнішнє тертя (тертя) — явище опору відносному переміщенню, яке виникає між двома тілами в зонах контакту їх поверхонь, тангеціально до них. (ДСТУ 2823-94)

Види зовнішнього тертя[ред. | ред. код]

При наявності відносного руху двох тіл, що контактують між собою, сили тертя, котрі виникають при цьому, можна поділити на:

• Тертя руху — зовнішнє тертя двох тіл, що рухаються одне відносно одного^[1], до якого відносяться:
  • Тертя ковзання — зовнішнє тертя руху, під час якого швидкості тіл в точках дотику відрізняються за величиною і (чи) напрямком ^[1] і діє на тіло у напрямку, протилежному до напрямку проковзування;
  • Тертя кочення — тертя руху, під час якого швидкості тіл однакові за величиною і напрямком, принаймні, в одній точці зони контакту^[1] і виникає при коченні одного з двох контактуючих тіл одне відносно одного;
  • Тертя кочення з проковзуванням — тертя руху двох тіл з одночасним тертям кочення і ковзання в зоні контакту^[1].
• Тертя спокою — тертя між двома твердими тілами за відсутності їх руху одне відносно одного^[1]. Це вид тертя виникає між двома тілами, котрі перебувають у взаємному контакті, і перешкоджає виникненню відносного руху. Його слід подолати для того, щоб привести у рух одне відносно одного два контактуючих тіла. Сила тертя спокою діє протилежно до напрямку ймовірного руху.

Фізична природа тертя до кінця не вивчена. Існують різні наукові школи, які трактують природу тертя з різних позицій, наприклад з точки зору фізики металів, електричної природи і т. д.

Сила тертя — неконсервативна сила, яка протидіє рухові фізичного тіла, розсіюючи його механічну енергію в тепло.

За ДСТУ 2823-94^[1]сила тертя — сила, що чинить опір відносному переміщенню одного тіла по поверхні іншого під дією зовнішньої сили, і яка спрямована тангенціально до спільної границі між цими тілами.

За своєю фізичною природою сила тертя належить до електростатичних сил і не є фундаментальним типом взаємодії. В мікроскопічному світі сили тертя немає. Сила тертя виникає лише в макроскопічних системах, де внаслідок хаотичного руху атомів відбувається необоротний процес розсіяння енергії макроскопічного руху складових системи в енергію мікроскопічного руху атомів та молекул.

Сила тертя завжди направлена проти вектора швидкості.

Коли тіло рухається в газі чи рідині, сила тертя пропорційна швидкості, при великих швидкостях — квадрату швидкості.

Вивченням процесів тертя займається розділ фізики, який називається механікою фрикційного взаємодії, або трибологією.

Основною характеристикою тертя є

коефіцієнт тертя μ{\displaystyle \mu }, який визначається речовинами, з яких виготовлені поверхні взаємодіючих тіл.

У найпростіших випадках сила тертя F{\displaystyle F} та нормальне навантаження (або сила нормальної реакції) Nnormal{\displaystyle N_{normal}} зв’язані нерівністю:

|F|⩽μNnormal,{\displaystyle |F|\leqslant \mu {N_{normal}},}

яка перетворюється у рівність тільки за наявності відносного руху. Це співвідношення називається законом Амонтона — Кулона.

Схема дії сил при терті ковзання: W — сила ваги, N — сила нормальної реакції опори, F — прикладена сила, що змушує тіло ковзати по поверхні, F _f — сила тертя ковзання.

Отже, як граничний випадок закону Амонтона-Кулона (див. вище), коли тіло пересувається на поверхні іншого тіла, сила тертя пропорційна силі реакції опори N з коефіцієнтом пропорційності μ, який називається коефіцієнтом тертя:

F=μN{\displaystyle F=\mu N}.

В техніці в залежності від умов змащування тертя ковзання поділяють на:

• сухе, коли взаємодіючі тверді тіла не розділені жодними додатковими шарами змащення. В техніці зустрічається рідко. Характерна риса сухого тертя — наявність значної сили тертя спокою;
• рідинне (в’язке) , при взаємодії тіл, що розділені шаром твердого тіла (порошком графіту), рідини чи газу (мастильного матеріалу). Зустрічається в гідростатичних чи гідродинамічних опорах. Сила рідинного тертя залежить тільки від властивостей мастила та товщини його шару, а не від властивостей поверхні;
• змішане, коли область контакту містить ділянки сухого і рідинного тертя;
• граничне, коли в зоні контакту можуть міститися шари і ділянки різної природи (окисні плівки, рідина і т. д.) — найпоширеніший випадок при терті ковзання.

У зв’язку зі складністю перебігу фізико-хімічних процесів, в зоні фрикційної взаємодії, процеси тертя принципово не піддаються опису методами класичної механіки.

Тертя кочення — опір рухові, що виникає при перекочуванні тіла одне по одному. Проявляється, наприклад, між елементами підшипників кочення, між шиною колеса автомобіля і дорожнім полотном.

Ft=fR⋅N{\displaystyle F_{t}={\frac {f}{R}}\cdot N\,}

де:

• Ft{\displaystyle F_{t}} — сила тертя кочення;
• f — коефіцієнт тертя кочення, одиниці вимірювання метр;
• R — радіус тіла кочення;
• N — притискна сила тіла до поверхні.

Максимальна сила тертя спокою прямо пропорційна до сили нормального тиску. Сила тертя спокою перешкоджає початкові руху тіла. З іншого боку, сила тертя спокою може спричинити прискорений рух тіла після початку руху.

Явище внутрішнього тертя у рідинах та газах називається в’язкістю.

При терті енергія макроскопічного механічного руху переходить в енергію мікроскопічного руху атомів та молекул. Людство навчилося використовувати цей ефект для добування вогню.

При терті поверхні багатьох тіл заряджаються, що свідчить про електростатичну природу тертя. Цей процес використовується для створення статичних зарядів. Одним із найпоширеніших прикладів такої електризації тертям у сучасному світі є електризація барабана у фотокопіювальній машині. За допомогою електризації тертям можна створювати дуже великі напруги, як, наприклад, у електростатичному генераторі Ван де Граафа.

Розрізняють тертя без мастильного матеріалу (сухе тертя) і тертя з мастильним матеріалом, що підводиться у зону тертя. Для зменшення тертя використовуються різноманітні мастила та способи їх подавання в зону тертя. За умовами тертя в умовах змащення класифікують такі види^[1]:

• Газове (рідинне, тверде) — мащення, в умовах якого розділення поверхонь тертя тіл, що рухаються одне відносно одного, відбувається за рахунок газоподібного (рідкого, твердого) мастильного матеріалу. Його різновиди:
  • гідродинамічне (газодинамічне) мащення — рідинне (газове) мащення, в умовах якого повне розділення поверхонь тертя відбувається за рахунок тиску, що самочинно виникає в шарі рідини (газу) під час руху поверхонь одна відносно одної;
  • гідростатичне (газове) мащення, в умовах якого повне розділення поверхонь тертя тіл, що перебувають у стані відносного руху чи спокою, відбувається за допомогою рідини (газу), що подається під зовнішнім тиском між поверхнями тертя.
  • еласто-гідродинамічне мащення — мащення, в умовах якого характеристики тертя і товщина плівки рідкого мастильного матеріалу між двома поверхнями, що рухаються одна відносно одної, визначаються пружними властивостями матеріалів поверхонь тертя, а також реологічними властивостями мастильного матеріалу.
• Граничне мащення — мащення, в умовах якого тертя та зношування поверхонь, що рухаються одна відносно одної, визначаються їх властивостями, а також тими властивостями мастильного матеріалу, які відрізняються від об’ємної в’язкості.
• Змішане мащення — мащення, під час застосування якого відбувається частково гідродинамічне, а частково граничне мащення.

У зворотній задачі для збільшення тертя поверхні, які можуть ковзати одна відносно другої, роблять шорсткими. Цій меті служить також і форма підошов взуття.

1. ↑ ^{а б в г д е ж} ДСТУ 2823-94 Зносостійкість виробів тертя, зношування та мащення. Терміни та визначення.

• Вплив тертя на концентрацію напружень та міцність деталей машин: [монографія] / О. М. Римар. — Л. : Сполом, 2013. — 378, [2] с. : іл., табл. — Бібліогр.: с. 356—378 (248 назв). — ISBN 978-966-665-835-0
• Закалов О. В. Основи тертя і зношування в машинах: Навчальний посібник / О. В. Закалов, І. О. Закалов. — Тернопіль: Видавництво ТНТУ ім. І.Пулюя, 2011. — 322 с.
• Теорія механізмів і машин/ А. С. Кореняко; Під ред. М. К. Афанасьєва. — К. : Вища шк. Головне вид-во, 1987. — 206 с.
• Чолпан П. П. Фізика. К.: Вища школа. 2003. — 507 с. — ISBN 966-642-112-7
• Попов С.В., Бучинський М.Я., Гнітько С.М., Чернявcький А.М. Теорія механізмів технологічних машин: підручник для студентів механічних спеціальностей закладів вищої освіти. Харків: НТМТ, 2019. 268 с.

• Проблеми трибології], міжнародний науковий журнал, видається з 1996 р.
• Трение, Износ, Смазка, електронний науково-технічний журнал про тертя.
• Трение и Износ, міжнародний науковий журнал присвячений проблемам тертя, зношення та мащення, видається Національною Академією Наук Білорусі з 1980 р.
• Journal of Tribology, міжнародний журнал про тертя.
• Wear, міжнародний журнал про тертя і зношення.
• Обзор: Трение. Триботехника — наука о трении., довідкові таблиці значень коефіцієнтів тертя.

Тертя, сила тертя. Коефіцієнт тертя ковзання

Розвивати вміння спостерігати фізичні явища. Сформувати знання про сили тертя  (їх природу, напрям дії, формули і способи визначення) та їх різновиди. Розкрити корисну і шкідливу роль тертя в техніці і побуті.

Розвивати уміння спостерігати та аналізувати фізичні явища; розширювати знання про сили природи.

Виховувати  розуміння, що фізика – наука, що описує закони природи.

Прилади та матеріали: похила площина, кулька, пісок, дерев’яний брусок, мензурки, вода, машинне масло, динамометр, візок.

 Презентації  Сила тертя. Види тертя   

Альберт Ейнштейн

                                                                      Хід уроку

1.Організаційний момент.

2.Перевірка домашнього завдання.

    Запитання учням класу:

Що потрібно зробити, щоб зобразити силу на рисунку?

Для того, щоб зобразити силу на рисунку, потрібно:

— Намалювати тіло (чи його умовне позначення).

 — Записати значення сили

 — Вибрати масштаб.

 — Вибрати точку прикладання сили.

 — Накреслити пряму, вздовж якої діє сила.

 — Вздовж прямої від точки прикладання сили в вибраному масштабі

   накреслити   стрілку пропорційну силі.

 — Позначити силу її умовним позначенням.

3.Актуалізація опорних знань.

Дати відповіді на питання(робота в парах):

1. Яка сила тяжіння діє на дівчинку масою 50 кг?

(F = mg = 50*10 H/кг = 50 Н )

2. Яка сила тяжіння діє на автомобіль масою 800 кг?
(F = mg = 800*10 H/кг = 800 Н )

3. Чи із однаковою силою притягує Сонце тіла, що перебувають на поверхні Землі, протягом доби?

(Удень Сонце набагато ближче до нас, тому притягує сильніше)

4. Яблуко, що падає з гілки, набуває швидкості завдяки притяганню Землі. А чи набуває Земля швидкості завдяки притяганню до цього яблука?

(Так, але значно менше)

5. Пасажир підняв з палуби корабля сталеву гайку і кинув у воду. Гайка опустилася на дно річки. Чи однаковою буде сила тяжіння, що діє на гайку на палубі корабля і на дні річки?

(Однаково)

6. Дерев’яну кульку кинули спочатку у воду, а потім у масло. Чи змінилася при цьому сила тяжіння, яка діє на кульку.

(Ні, так як сила тяжіння залежить від маси, а не від речовини).

4.Мотивація навчальної діяльності.

Дослід 1.Поставимо на столі нахилену дошку, покладемо на неї візок відпустимо його. Він скочується на поверхню стола, котиться і зупиняється, пройшовши певну відстань. Якщо на стіл розсипати трошки  піску,  то візок  рухатиметься з меншою швидкістю.

   

         Запитання до учнів класу:

Що є причиною зменшення швидкості руху тіла?

Тема:Тертя, сила тертя. Коефіцієнт тертя ковзання.Тертя в природі і теїхніці.

5. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу.

       З раніше вивченого ви знаєте, що причиною зміни швидкості руху тіл є дія одного тіла на інше. Отже, в розглядуваних випадках на кожне рухоме тіло діяла сила. Тіла зупинилися, тому що на них діяла сила, яка напрямле­на протилежно їх руху і називається силою тертя F_Tep.                        

       Сила тертя – сила, яка виникає під час руху одного тіла по поверхні іншого і напрямлена в пртилежну сторону до руху тіла.

Однією з причин виникнення сили тертя є шорсткість стичних поверхонь тіл. Навіть гладенькі на вигляд поверхні тіл мають нерівно­сті, горбики і подряпини.

Дослід 3. Покладемо брусок на похилу дошку. Брусок перебуває в стані спокою. Що утримує його від зісковзування вниз? Тертя спокою забезпечує зчеплення бруска і дошки.

Дослід 4. Притисніть свою руку до зошита, що лежить на столі, і пере­суньте його. Зошит буде рухатися відносно стола, але перебуває у спокої відносно вашої долоні. За допомогою чого ви примусили цей зошит рухати­ся? За допомогою тертя спокою зошита об руку.

Тертя спокою переміщує вантажі, що розміщуються на рухомій стрічці транспортера, запобігає розв’язуванню шнурків, утримує шурупи і цвяхи в дошці тощо.При однакових навантаженнях сила тертя кочення завжди менша за силу тертя ковзання.

Чим більша сила притискає тіло до поверхні, тим більша сила тертявиникає при цьому.

Виконаємо попередні досліди, але тіло будемо рухати по поверхні скла, по гумі. З’ясуємо, що сила тертя залежить від якості поверхні, по якій рухається тіло.

   Сила тертя залежить від матеріалу і якості обробки поверхні, поякій рухається тіло.

Сталь по сталі	0,17
Залізо по залізу	0,30
Залізо по чавуну і бронзі	0,18
Дуб по дубу при паралельних волокнах	0,40
Дуб по дубу при перпендикулярних волокнах	0,20
Сталь по льоду	0,02
Сталь по твердому ґрунті	0,20-0,40
Дерево по льоду	0,035

Дослід 5. Візьмемо два вимірювальних циліндри, наповнимо один з них водою, а другий — олією або машинним маслом. Кинемо одночасно в них однакові металеві кульки. В результаті досліду побачимо, що кулька у воді впаде на дно швидше, ніж у маслі, тобто сила опору руху кульки в маслі більша, ніж у воді.

Човни, кораблі не можуть розвинути такої швидкості, яку розвивають літаки, тому що сила опору руху у воді набагато більша, ніж у повітрі.

   Сили тертя, які виникають під час руху тіл у рідині або газі, називаються силами опору середовища.

6. Осмислення об’єктивних зв’язків.

Задача 1.Яку силу слід прикласти до шафи масою 50 кг у горизонтальному напрямі, щоб зрушити її з місця, якщо коефіцієнт тертя між шафою та підлогою 0,8?

Задача 2.Тіло масою 800 кг рушає з місця, коли до нього прикладена  сила 1200 Н. Яким є коефіцієнт тертя між тілом і поверхнею, на якій він знаходиться?

Задача 3.Який вантаж може везти кінь на санях, маса яких 100 кг,  якщо сила тяги коня 600 Н, а коефіцієнт тертя між полозами саней і снігом 0,05?

7. Підсумок уроку.

Учні працюють за технологією «Мікрофон» пояснюючи  прислів’я:

1 група«Суха ложка рот дере»

2 група«Коси, коса, поки роса, роса спала – робота пропала»

3 група«Баба з воза – коням легше».

    Оцінювання вчителем роботи учнів на уроці.

8. Домашнє завдання.

Знаходимо силу тертя. формула сили тертя — Середню освіту і школи

Тертя — явище, з яким ми стикаємося в повсякденному житті постійно. Визначити, тертя шкідливо або корисно, неможливо. Зробити навіть крок на слизькому льоду представляється важким заняттям, на шорсткою поверхні асфальту прогулянка приносить задоволення. Деталі автомобілів без змащення зношуються значно швидше.

Вивчення тертя, знання його основних властивостей дозволяє людині використовувати його.

Сила тертя у фізиці

Сила, що виникає при русі або спробі руху одного тіла по поверхні іншого, спрямована проти напрямку руху, прикладена до рухомих тіл, названа силою тертя. Модуль сили тертя, формула якої залежить від багатьох параметрів, змінюється в залежності від виду опору.

Відрізняють наступні види тертя:

• спокою;

• ковзання;

• кочення.

Будь-яка спроба зрушити з місця важкий предмет (шафа, камінь) призводить до напруження сил людини. При цьому в рух предмет привести виходить не завжди. Заважає цьому тертя спокою.

Стан спокою

Розрахункова формула сили тертя спокою не дає змоги визначити її досить точно. В силу дії третього закону Ньютона величина сили опору спокою залежить від прикладеного зусилля.

При зростанні зусилля зростає і сила тертя.

0 <F _{тр.покоя} <F _max

Тертя спокою не дає змоги вбитих в дерево цвяхах випадати; гудзики, пришиті нитками, міцно утримуються на своєму місці. Цікаво, що крокувати людині дозволяє саме опір спокою. Причому направлено воно по ходу руху людини, що суперечить загальному стану речей.

явище ковзання

При зростанні зовнішньої сили, рушійною тіло, до значення найбільшої сили тертя спокою воно починає рухатися. Сила тертя ковзання розглядається в процесі ковзання одного тіла по поверхні іншого. Її значення залежить від властивостей взаємодіючих поверхонь і сили вертикального дії на поверхню.

Розрахункова формула сили тертя ковзання: F = μР, де μ-коефіцієнт пропорційності (тертя ковзання), Р — сила вертикального (нормального) тиску.

Одна з керівників рухом сил — сила тертя ковзання, формула якої записується з використанням сили реакції опори. Внаслідок виконання третього закону Ньютона сили нормального тиску і реакції опори однакові за величиною і протилежні за напрямком: Р = N.

Перед тим як знайти силу тертя, формула якої набуває іншого вигляду (F = μ N), визначають силу реакції.

Коефіцієнт опору при ковзанні вводиться експериментально для двох поверхонь, що труться, залежить від якості їх обробки і матеріалу.

Таблиця. Значення коефіцієнта опору для різних поверхонь

№ пп	взаємодіючі п

Сила тертя: визначення

Сила тертя виникає при безпосередньому зіткненні тіл, перешкоджаючи їх відносному руху, і завжди спрямована уздовж поверхні зіткнення.

Сили тертя мають електромагнітну природу, як і сили пружності. Тертя між поверхнями двох твердих тіл називають сухим тертям. Тертя між твердим тілом і рідкої або газоподібної середовищем називають в’язким тертям.

Розрізняють тертя спокою, тертя ковзання і тертя кочення.

Тертя спокою – виникає не тільки при ковзанні одного поверхні за іншою, але і при спробах викликати це ковзання. Тертя спокою утримує від зісковзування знаходяться на рухомій стрічці транспортера вантажі, утримує вбиті в дошку цвяхи і т. Д.

Силою тертя спокою називають силу, що перешкоджає виникненню руху одного тіла щодо іншого, завжди спрямовану проти сили, яка додається ззовні паралельно поверхні зіткнення, яка прагне зрушити предмет з місця.

Чим більше сила, яка прагне зрушити тіло з місця, тим більше сила тертя спокою. Однак, для будь-яких двох дотичних тіл вона має деякий максимальне значення (Fтр.п.) max, більше якого вона бути не може, і яка не залежить від площі зіткнення поверхонь:

(Fтр.п.) max = μпN,

де μп – коефіцієнт тертя спокою, N – сила реакції опори.

Максимальна сила тертя спокою залежить від матеріалів тіл і від якості обробки дотичних поверхонь.

Тертя ковзання. докладемо до тіла силу, що перевищує максимальну силу тертя спокою – тіло зрушиться з місця і почне рухатися. Тертя спокою зміниться тертям ковзання.

Сила тертя ковзання також пропорційна силі нормального тиску і силі реакції опори:

 

Fтр = μN.

 

Тертя кочення. Якщо тіло не ковзає по поверхні іншого тіла, а, подібно колесу, котиться, то тертя, що виникає в місці їх контакту, називають тертям кочення. Коли колесо котиться по полотну дороги, воно весь час вдавлюється в нього, тому перед ним постійно виявляється горбок, яких необхідно подолати. Цим і обумовлено тертя кочення. Тертя кочення тим менше, чим твердіше дорога.

Сила тертя кочення також пропорційна силі реакції опори:

Fтр.кач = μкачN,

де μкач – коефіцієнт тертя кочення.

Оскільки μкач << μ, при однакових навантаженнях сила тертя кочення набагато менше сили тертя ковзання.

Причинами виникнення сили тертя є шорсткість поверхонь дотичних тіл і міжмолекулярної тяжіння в місцях контакту тертьових тіл. У першому випадку поверхні, що здаються гладкими, насправді мають мікроскопічні нерівності, які при ковзанні зачіпляються один за одного і заважають руху. У другому випадку тяжіння проявляється навіть при добре відполірованих поверхнях.

На рухається в рідині або газі тверде тіло діє сила опору середовища, спрямована проти швидкості тіла відносно середовища і гальмує рух.

Сила опору середовища з’являється тільки під час руху тіла в цьому середовищі. Тут немає нічого подібного силі тертя спокою. Навпаки, предмети у воді зрушувати набагато легше, ніж на твердій поверхні.

« Сила в динаміці Сила тяжіння в динаміці »

Сила тертя

Урок 7/20. Сили тертя

Мета уроку: з’ясувати природу сили тертя; розглянути способи зменшення й збільшення сили тертя.

Тип уроку: урок викладу нового матеріалу.

План уроку

Демонстрації	5 хв	1. Тертя спокою й тертя ковзання. 2. Тертя кочення. 3. Способи зменшення й збільшення сили тертя
Вивчення нового матеріалу	30 хв	1. Сила тертя ковзання. 2. Природа сили тертя. 3. Сила тертя спокою. 4. Сила тертя кочення. 5. Способи зменшення й збільшення сили тертя
Закріплення вивченого матеріалу	10 хв	1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. 3. Поміркуй і відповідай

Вивчення нового матеріалу

1. Сила тертя ковзання

З тертям ми зіштовхуємося на кожному кроці. Вірніше було б сказати, що без тертя ми й кроку ступити не можемо.

Тертя може бути корисним і шкідливим, цю аксіому людина опанувала ще на зорі цивілізації. Адже два найголовніших винаходи — колесо й добування вогню — пов’язані саме із прагненням зменшити й збільшити ефекти тертя.

Рух тіла в реальних умовах не може тривати нескінченно довго. Якщо штовхнути брусок, що лежить на столі, він набуде певної швидкості, але під час руху бруска його швидкість буде зменшуватися. Яка ж «невидима» сила гальмує брусок? Це — сила тертя ковзання. Вона діє з боку стола й спрямована протилежно до руху бруска. Така сама за модулем, але протилежно спрямована сила — теж сила тертя ковзання — діє на стіл з боку бруска.

Сила тертя ковзання завжди спрямована проти напрямку руху тіла, до якого вона прикладена.

Необхідно відзначити, що при ковзанні одного тіла по поверхні іншого завжди виникає пара сил: одна сила прикладена до ковзного тіла й спрямована проти його швидкості, інша — прикладена до поверхні, по якій тіло ковзає, і спрямована проти першої сили ковзання.

Від чого ж залежить сила тертя ковзання?

Будемо за допомогою динамометра тягти брусок уздовж поверхні стола так, щоб брусок рухався з постійною швидкістю.

Сили, що діють при цьому на брусок, врівноважують одна одну — вони зображені на рисунку. Сила пружності з боку пружини врівноважує силу тертя ковзання , тому за показниками динамометра можна визначити модуль сили тертя.

Поклавши на брусок другий такий самий брусок, ми подвоїмо силу ваги (і силу нормального тиску). При цьому ми помітимо, що й сила тертя ковзання збільшилася також у два рази.

Це наводить на думку, що

Коефіцієнт пропорційності μ називається коефіцієнтом тертя ковзання. Він визначається матеріалом дотичних поверхонь та якістю їх обробки.

Коефіцієнт тертя визначається експериментально. Наприклад,

Матеріали	Коефіцієнт тертя
Сталь по льоду	0,02
Сталь по сталі	0,20
Дерево по дереву	0,25
Шкіра по чавуну	0,56
Гума по бетону	0,75

Відносно великий коефіцієнт тертя між гумою й бетоном сприяє безпечному руху автомобілів. Восени, коли мокре листя покриває дорогу і коефіціент тертя між колесами та дорогою значно зменшується, рух стає досить небезпечним.

2. Природа сили тертя

Сила тертя спокою виникає з двох причин.

а) На шорсткуватих поверхнях існують нерівності. При спробі зрушити одне тіло відносно іншого ці нерівності зачіпаються одна за одну, у результаті чого виникають сили, подібні до сил пружності.

б) Якщо обидві поверхні ретельно відшліфовані, при зіткненні поверхонь виникають сили міжмолекулярного притягання. Це може призвести навіть до прилипання поверхонь.

3. Сила тертя спокою

Кожний знає, як важко зрушити з місця важку шафу. Яка ж сила врівноважує силу, що прикладається до шафи?

Це — сила тертя спокою. Вона виникає при спробі зрушити одне з дотичних тіл щодо іншого й тому перешкоджає руху тіл одне щодо одного.

Якщо збільшувати прикладену до шафи силу, ми все-таки зрушимо шафу. Виходить, сила тертя спокою не може перевищувати деяку «граничну» величину, що називається максимальною силою тертя спокою. Досвід показує, що максимальна сила тертя спокою трохи більше сили тертя ковзання, однак у багатьох задачах для спрощення ці сили вважають рівними.

Сила тертя спокою може набувати значень від нуля до F_{тер.спок. max} . Незважаючи на свою назву, сила тертя спокою часто приводить тіла в рух.

Наприклад, без цієї сили ми буквально й кроку не могли б ступити: роблячи крок, ми відштовхуємося від дороги саме за допомогою сили тертя спокою. Сила тертя спокою розганяє й автомобілі: з її допомогою колеса, що обертаються, відштовхуються від дороги. Якщо по натягнутій струні скрипки провести смичком, то за рахунок сили тертя спокою струна буде смикатися ривками, почне коливатися й зазвучить.

4. Сила тертя кочення

Візьмімо яку-небудь кулю, кругляш або просто круглий олівець. Ці предмети рухаються від поштовху, звичайно, набагато легше, тому що вони вже не ковзають по поверхні стола, а котяться по ньому. І в цьому випадку, звичайно, теж виникає тертя. Але це вже інше тертя, і має воно іншу назву: тертя кочення.

Імовірно, тут і доводити не треба, що за тих самих умов тертя кочення завжди буде менше тертя ковзання.

Звичайне тертя кочення тим менше, чим твердіші поверхні дотичних тіл: тому, наприклад, сталева кулька довго котиться по склу. Ось чому рейки й колеса вагонів роблять зі сталі, а шоссе роблять із твердим покриттям.

5. Способи зменшення й збільшення сили тертя

Що ж таке тертя? Чи не правда, це слово викликає уявлення чогось неприємного, несимпатичного; чогось такого, що невідомо звідки береться й для того тільки й існує, щоб ми його усували, долали?.. Коротше кажучи, викликає уявлення чогось надзвичайно зайвого. В інтересах істини нам необхідно якомога скоріше позбутися цих помилкових уявлень. Оскільки тертя насправді існує не тільки для того, щоб додавати нам турбот і роботи; воно так само рятує нас від чималих турбот і часто полегшує нашу працю. Давайте уявімо собі, що тертя більше немає. Що тоді б відбулося? Та ми б не змогли з вами і кроку ступити, наші ноги всюди б так і роз’їжджалися, причому куди більше, ніж на гладкому льоді; а поїзд стояв би на колії — машина працювала б, а він не рухався б з місця; книга не змогла б утриматися на столі, та й стіл теж їздив би по підлозі — дивишся, а він вже десь у куті. Ручка вислизала б у нас із рук, чашка із чаєм — теж, цвяхи повилізали б зі стін, а гвинти — з гайок. Ми б не зуміли спорудити жодної будівлі, і вітер так і гуляв би повсюди, як у чистому полі.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Коли виникає сила тертя ковзання? Як вона спрямована?

2. У чому полягають причини виникнення сили тертя ковзання?

3. Коли виникає сила тертя спокою? Як вона спрямована?

4. Яка головна особливість сили тертя кочення? Де і як використовують цю особливість?

5. Які ви знаєте способи збільшення й зменшення сили тертя? Наведіть приклади використання цих способів.

Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Брусок масою 2 кг тягнуть по горизонтальному столу, прикладаючи горизонтальну силу 6Н. При цьому брусок рухається з постійною швидкістю. Який коефіцієнт тертя між бруском і столом?

Розв’язок. Позначимо масу бруска m, а силу, з якою тягнуть брусок, . З формули випливає, що. Оскільки брусок рухається з постійною швидкістю, сила тертя врівноважує силу, з якою тягнуть брусок, тобто дорівнює їй за модулем: Сила нормального тиску для бруска, що перебуває на горизонтальному столі, урівноважує силу ваги й тому теж дорівнює їй за модулем: N =mg. Отже, . Перевіривши одиниці величин, підставляємо числові дані й одержуємо:

2. Брусок тягнуть по столу, прикладаючи горизонтальну силу 1Н. Яка маса бруска, якщо він рухається рівномірно й коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,2?

3. Для того щоб рівномірно рухати книгу по столу, необхідно прикласти горизонтальну силу 2 Н. Визначте коефіцієнт тертя ковзання між книгою й столом, якщо маса книги 1 кг.

2. Поміркуй і відповідай

1. Чому не розв’язуються шнурки на черевиках?

2. Що змінюється зі збільшенням ваги автомобіля: сила тертя чи коефіцієнт тертя?

3. Чому головку сиру легше розрізати на шматки міцною ниткою, ніж ножем?

4. З якою метою гімнасти перед виступом натирають долоні рук спеціальною речовиною, що збільшує коефіцієнт тертя між долонями та перекладиною — тальком?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 10.

2. Сб-1:

рів1 — № 12.5, 12.6, 12.7, 12.8, 12.10.

рів2 — № 12.16, 12.18, 12.20, 12.26, 12.27.

рів3 — № 12.32, 12.34, 12.35, 12.38, 12.40.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 14.

2. Сб-2:

рів1 — № 12.1, 12.2, 12.5, 12.7, 12.8.

рів2 — № 12.10, 12.11, 12.13, 12.16, 12.18.

рів3 — № 12.20, 12.23, 12.25, 12.27, 12.38.

Джерела:

1. Усі уроки фізики. 8 клас./ Кирик Л. А.— Х.: Вид. група «Основа», 2008.— 352 с.

2. Сайти: popnano.ru, e-reading.org.ua, markx.narod.ru, koleso.topof.ru, school.ort.spb.ru, rcdesign.ru

Сили тертя. В’язке тертя. Рух тіл у в’язкому середовищі | Сили у природі | Механіка | фізика

Сили, що виникають у процесі руху одних тіл або їхніх частин по поверхні інших і перешкоджають руху, називаються силами тертя. Сили тертя мають електромагнітну природу. Розрізняють сухе (зовнішнє) та внутрішнє тертя. Сухе тертя, що виникає між рухомими тілами називається кінематичним, а те, що виникає між відносно нерухомими – тертям спокою. Залежно від виду руху розрізняють тертя ковзання та тертя кочення.

При русі твердого тіла в рідині чи газі виникають сили, обумовлені дією сил молекулярного зчеплення на межі двох шарів, при цьому внаслідок хаотичного руху молекул відбувається перенесення моменту імпульсу від одного шару в інший – спостерігається в’язке тертя.

Ньютон експериментально встановив, що сила тертя між шарами рідини (газу) пропорційна градієнту швидкості і площі шарів:

, де – коефіцієнт внутрішнього тертя або в’язкість. Величина в’язкості залежить від роду речовини та змінюється залежно від температури. Одиницею в’язкості є . При русі тіл в рідинах або газах крім сил тертя виникають ще й сили опору середовища і причому їхня величина може перевищувати сили тертя. Сили опору середовища значною мірою залежать від швидкості руху: так, при малих значеннях , при великих  – , а коли швидкість руху перевищує швидкість звуку в даному середовищі – .

Для тіл сферичної форми, які рухаються у в’язких середовищах при невеликих швидкостях силу тертя обраховують за формулою Стокса:

, де r – радіус сфери.

Силу опору будь-якого тіла що рухається у середовищі з густиною ρ зі швидкістю υ визначають за формулою Ньютона: , де S – площа проекції тіла площину, перпендикулярну до напрямку руху; Сх – коефіцієнт опору, який є функцією числа Рейнольдса і залежить від форми тіла.

Число Рейнольдса знаходиться із виразу:

 ,

де l– діаметр труби рідини чи газу. Встановлено, що коли Re< 2000, то потік – ламінарний, тобто окремі шари рідини (газу) рухаються паралельно один одному, не перемішуючись, а коли Re> 2000 – потік нестійкий і переходить у турбулентний.

Функція Сх=f(Re) має складний характер та визначається для кожного тіла окремо. Знання цієї функції досить необхідні в авіації та космонавтиці.

Знаходимо силу тертя. Формула сили тертя

Тертя — явище, з яким ми стикаємося вповсякденному житті постійно. Визначити, тертя шкідливо або корисно, неможливо. Зробити навіть крок на слизькому льоду представляється важким заняттям, на шорсткою поверхні асфальту прогулянка приносить задоволення. Деталі автомобілів без змащення зношуються значно швидше.

Вивчення тертя, знання його основних властивостей дозволяє людині використовувати його.

Сила тертя у фізиці

Сила, що виникає при русі або спробіруху одного тіла по поверхні іншого, спрямована проти напрямку руху, прикладена до рухомих тіл, названа силою тертя. Модуль сили тертя, формула якої залежить від багатьох параметрів, змінюється в залежності від виду опору.

Відрізняють наступні види тертя:

• спокою;

• ковзання;

• кочення.

Будь-яка спроба зрушити з місця важкий предмет (шафа, камінь) призводить до напруження сил людини. При цьому в рух предмет привести виходить не завжди. Заважає цьому тертя спокою.

Стан спокою

Розрахункова формула сили тертя спокою не дає змоги визначити її досить точно. В силу дії третього закону Ньютона величина сили опору спокою залежить від прикладеного зусилля.

При зростанні зусилля зростає і сила тертя.

0 <F_{тр.покоя} <F_max

Тертя спокою не дає змоги вбитих в дерево цвяхахвипадати; гудзики, пришиті нитками, міцно утримуються на своєму місці. Цікаво, що крокувати людині дозволяє саме опір спокою. Причому направлено воно по ходу руху людини, що суперечить загальному стану речей.

явище ковзання

При зростанні зовнішньої сили, рушійною тіло, дозначення максимальної сили тертя спокою воно починає рухатися. Сила тертя ковзання розглядається в процесі ковзання одного тіла по поверхні іншого. Її значення залежить від властивостей взаємодіючих поверхонь і сили вертикального дії на поверхню.

Розрахункова формула сили тертя ковзання: F = μР, де μ-коефіцієнт пропорційності (тертя ковзання), Р — сила вертикального (нормального) тиску.

Одна з керівників рухом сил — сила тертяковзання, формула якої записується з використанням сили реакції опори. Внаслідок виконання третього закону Ньютона сили нормального тиску і реакції опори однакові за величиною і протилежні за напрямком: Р = N.

Перед тим як знайти силу тертя, формула якої набуває іншого вигляду (F = μ N), визначають силу реакції.

Коефіцієнт опору при ковзанні вводиться експериментально для двох поверхонь, що труться, залежить від якості їх обробки і матеріалу.

Таблиця. Значення коефіцієнта опору для різних поверхонь

№ пп	взаємодіючі поверхні	Значення коефіцієнта тертя ковзання
1	Сталь + лід	0,027
2	Дуб + дуб	0,54
3	Шкіра + чавун	0,28
4	Бронза + залізо	0,19
5	Бронза + чавун	0,16
6	Сталь + сталь	0,15

Найбільша сила тертя спокою, формула якої була записана вище, може бути визначена так само, як сила тертя ковзання.

Це стає важливим при вирішенні задач навизначення сили рушійного опору. Наприклад, книга, яку рухають рукою, притиснутою зверху, ковзає під дією сили опору спокою, що виникає між рукою і книгою. Величина опору залежить від значення сили вертикального тиску на книгу.

явище кочення

Перехід наших предків від волокуш до колісницьвважається революційним. Винахід колеса — найбільший винахід людства. Тертя кочення, що виникає при русі колеса по поверхні, значно поступається за величиною опору ковзання.

Виникнення сил тертя кочення пов’язане зсилами нормального тиску колеса на поверхню, має природу, що відрізняє його від ковзання. Внаслідок незначної деформації колеса виникають різні за величиною сили тиску в центрі утворилася майданчика і по її краях. Ця різниця сил і визначає виникнення опору при коченні.

Розрахункова формула сили тертя кочення звичайно береться аналогічно процесу ковзання. Різниця видно виключно в значеннях коефіцієнта опору.

природа опору

При зміні шорсткості поверхонь, що трутьсязмінюється і значення сили тертя. При великому збільшенні дві дотичні поверхні виглядають як нерівності з гострими списами. При накладенні саме виступаючими частинами тіла стикаються один з одним. Загальна площа зіткнення незначна. При русі або спробі руху тіл «піки» створюють опір. Величина сили тертя не залежить від площі поверхонь дотику.

Звісно ж, що дві ідеально гладкіповерхні повинні не відчувати опору абсолютно. На практиці сила тертя в цьому випадку максимальна. Пояснюється це невідповідність природою виникнення сил. Це ел