Как в физике обозначается трение: Какой буквой обозначается сила трения? — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

урок физики 7 класс Сила трения. Трение в природе и технике

Автор: edu1

Методическая копилка — Физика

Конспект урока физики 7 класс

с использованием информационных технологий.

Тема урока: « Сила трения. Трение в природе и технике».

Эпиграф к уроку

ТРЕНИЕ – СИЛА ЗНАКОМАЯ,
НО ТАИНСТВЕННАЯ
А.А. Первозванский

Цели урока:

$1· учебные: обобщить полученные знания о силе трения, обсудить роль силы трения в природе и технике.

$1· развивающие: продолжить формирование умений делать выводы и обобщения, обнаруживать в быту и технике изучаемое понятие, а также развитие интеллектуальных способностей учащихся.

$1· воспитательные: показать значение опытных фактов, продолжить воспитание отношения к физике как к экспериментальной науке.

Оборудование:

Шариковый и роликовый подшипники, мультимедийный проектор, компьютер.

План урока.

1. Организационный момент.

2. Повторение и обобщение полученных ранее знаний.

3. Самостоятельная работа.

4. Домашнее задание.

(Слайд 2)

Ход урока.

1. Организационный момент

(Слайд 3)

Приветствие ребят. Постановка перед обучающимися целей и задач урока.

Здравствуйте, ребята! Сегодня на уроке мы с вами побываем в прошлом (т.е. повторим ранее изученный материал), затем, вернёмся в настоящее (когда начнём изучать новую тему), а дома вы заглянете в будущее (при сочинении сказки).

Для начала откройте свои рабочие тетради и сделайте все необходимые записи: число, тема урока “Сила трения. Трение в природе и технике”

(Слайд 4)

2. Повторение пройденного материала

— Что такое сила? (мера взаимодействия тел )

— Какие силы вам известны?

(-сила тяжести, -сила упругости, -сила трения)

— От чего зависит результат действия силы? (Результат действия силы зависит от её модуля, направления, точки приложения).

— Какую силу надо найти, если на тело действуют несколько сил? (Надо найти результирующую силу)

— Как находится равнодействующая двух сил, направленных вдоль одной прямой в одну сторону? (Результирующая в этом случае находится как сумма сил, действующих на тело)

— Как находится равнодействующая двух сил, направленных вдоль одной прямой в противоположные стороны? (Результирующая в этом случае находится как разность большей и меньшей силы)

— Какие известные вам наблюдения и опыты показывают, что существует сила трения? (видеофрагмент 1) (Слайд 5)

— Итак, сила трения обозначается буквой F, измеряется в Ньютонах с помощью динамометра. Но незабываем, что сила — векторная величина, что это значит? Как направлена сила трения?

— Всегда ли это так? Посмотрим видеофрагмент 2. (Слайд 6)

Вывод: сила трения может быть направлена как против движения, так и вдоль.

— Приведите примеры, когда трение может быть полезным, а когда вредным.

— Посмотрим видеофрагмент 3.

(Слайд 7)

— Посмотрев видеофрагмент, предложите способы увеличения силы трения.

— Зачем зимой задние колёса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?

— Мы рассмотрели способы увеличения трения, а какие способы уменьшения трения вам известны? (смазка, обтекаемая форма, подшипники).

— Рассмотрим ещё один способ уменьшения трения — использование шариковых подшипников (видеофрагмент 4) (Слайд 8)

Пояснение: В технических устройствах часто требуется, чтобы сила трения не препятствовала движению поверхностей двух тел относительно друг друга.

Эта проблема может быть решена использованием силы трения качения вместо силы трения скольжения. При качении движению препятствует только сила трения качения. Сила трения покоя в точке соприкосновения шариков с поверхностью позволяет избежать скольжения.

— Итак, назовите ещё раз способы уменьшения трения.

— А теперь подумаем: почему по стеклу нельзя кататься на коньках, как по льду? Ведь стекло имеет более гладкую поверхность, чем лёд (видеофрагмент 5) (Слайд 9)

— Вот сколько интересного мы узнали о силе трения. Учёных издавна интересовало, от чего зависит сила трения.

ФИЗКУЛЬТМИНУТКА (Слайд 10)

— А в чем же заключается таинство трения? Ведь еще первобытные люди знали о нем и применяли в практических целях, первые исследования его были проведены итальянским ученым Леонардо да Винчи более 500 лет назад, а законы его открыли французские ученые Гильом Амонтон в 1699 году и Шарль Огюстен Кулон в 1785 году.

— А его тайна заключается в том, что это явление двойственное: простое и сложное, нужное и ненужное, полезное и вредное. (Слайд 11)

— Рассмотрим движение автомобиля с выключенным двигателем. На автомобиль не действуют ни какие силы, и он движется прямолинейно и равномерно по … (инерции). Что же мы имеем в действительности? Автомобиль останавливается. Значит, на него действует какая-то сила. Эта сила и есть сила трения.

Сила, возникающая в месте соприкосновения тел, и препятствующая их относительному движению, называется силой трения.

Сила, как физическая величина, характеризуется: числовым значением, направлением точкой приложения.

Выясним, каковы эти характеристики для силы трения.(Слайд 12)

Что же является причиной возникновения трения?

Как сказал Козьма Прутков: “Отыщи всему начало, и ты многое поймёшь”

Следуя его совету, рассмотрим поверхности соприкасающихся тел (Слайд 13)

Они имеют шероховатости, неровности. При соприкосновении тел именно эти шероховатости препятствуют продвижению тела.

Но возникает мысль о том, что если сгладить эти неровности, то трение исчезнет. Но это не так. С уменьшением шероховатостей, уменьшается расстояние между молекулами соприкасающихся веществ, а это снова приводит к возникновению трения.

Удостовериться в этом можно, если взять два предметных стекла и двигать их относительно друг друга.

Перейдём к следующему пункту плана: виды силы трения. (Слайд 14)

Рассмотрим каждый из видов, дадим ему определение и сравним его с другими видами.

(Слайд 15)

Сила трения покоя существует между любыми покоящимися телами.

Она удерживает тела на наклонной плоскости. При попытке сдвинуть тело сила трения покоя препятствует этому действию.

(Слайд 16)

Сила трения скольжения возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Зависит от величины прижимающей силы и материала соприкасающихся поверхностей. Сила трения скольжения меньше силы трения покоя.

В этом можно убедиться, если встать на гладкий лёд и попытаться начать скользить. В первые мгновения, это будет сделать гораздо труднее, чем в последствии.

(Слайд 17)

Если тело не скользит, а катится по поверхности другого тела, то трение называется трением качения. Сила трения качения меньше силы трения скольжения.

Опытным путём убедимся в данном выводе. Наклоните книгу. Положите на неё карандаш сначала остриём вниз, а затем остриём в бок. В каком из этих случаев карандаш будет двигаться?

(Слайд 18)

В повседневной жизни часто приходится изменять силу трения

(Слайд 19)

Уменьшать (Слайд 20)

или увеличивать. (Слайд 21)

(Слайд 22)

ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ АВТОМОБИЛЯ зависит от:

скорости автомобиля, состояния дороги и состояния резины.

Но в любом случае: “Нам без трения, ребята, и ни туда, и ни сюда!”

(Слайд 23)

Подведём итог: (Слайд 24)

А теперь подведем итоги и оценим трение по заслугам. Конечно, только благодаря наличию в природе силы трения возможна жизнь в том виде, в каком она существует на Земле. Но вместе с тем, трение изнашивает машины и подошвы нашей обуви, двигатели автомобилей, самолетов, паровозов. Они все работают против трения (сухого и жидкого), на это тратится огромное количество различных видов горючего. Трение в одних условиях полезно, а в других вредно. Следовательно, надо умело использовать силы трения. Когда в повседневной жизни, в производстве, в технике, на транспорте трение нам необходимо, нужно увеличивать его.

Когда трение мешает, вызывает расход энергии и материалов, необходимо уменьшать его. Так люди поступают с незапамятных времен. Но, чтобы подчинить себе трение, нужно знать какие законы им управляют.

а) Чем больше давление между соприкасающимися поверхностями, тем больше сила трения покоя.

б) Во сколько раз увеличивается давление, во столько раз увеличивается трение покоя.

в) Величина силы трения зависит от рода трущихся поверхностей.

г) Сила трения качения меньше силы трения скольжения.

д) Смазка уменьшает трение.

Интересные факты.

— Когда первый поезд шел по только что построенной железной дороге из Петербурга в Москву, «один услужливый царский чиновник, желая угодить начальству, приказал на подведомственном ему перегоне выкрасить рельсы белой масляной краской. Попав в участок со свежевыкрашенными рельсами, колеса поезда забуксовали — и поезд остановился. Случилось это потому, что из-за смазки сила трения покоя резко уменьшилась и ее не хватило на то, чтобы тянуть поезд. Пришлось срочно соскребать краску на перегоне в несколько километров».

(Слайд 25)

Существует на свете сила трения.

Она имеет большое значение!

Есть три вида трения: скольжения, покоя, качения.

Все по себе очень важны

И в этом мире, конечно, нужны.

— Прокомментируйте пословицы и поговорки: (Слайд 26)

Коси коса, пока роса: роса долой, и мы – домой.
Вода близка, да гора склизка.

(Слайд 27)

Ясно вы сказать могли бы,
Я хотел бы очень знать,
Почему живую рыбу
Очень трудно удержать?

— Обычно рыбы покрыты слизью, играющей роль смазки, и они просто выскальзывают из рук.

КСТАТИ: кожа дельфинов покрыта водоотталкивающей смазкой, вырабатываемой специальными железами. Это способствует образованию вдоль тела плывущего дельфина водяных вихрей, по которым, как по подшипникам, “катится” дельфин. Дельфин, по-видимому, является животным, тело которого испытывает наименьшее сопротивление при движении по воде.

VI. Домашнее задание.

§ 30 32 повторить. Сочинить сказку: “Один день без силы трения”.

Пример творческого задания:

Исчезла сила трения.
И что ж произошло?
Покушать захотели мы –
Не вышло ничего.

Из наших рук мгновенно
Упали все предметы,
А почему? Да потому,
Что силы тренья нет!

Сегодня в школу не пошел,
Без тренья я бы не дошел.
Меня учитель не вини,
А лучше трение верни.

Бывает трение полезным,
Но может вредным быть оно.
Детальки об детальки трутся,
И очень быстро все сотрутся.

Предметы все летят,
Стоять они не могут.
Нужна нам сила трения.
Она лишь нам поможет.

Для этого ты смазку примени
Или подшипники поставь.
Уменьши тренье этим ты
И сохрани детали и болты!

Машины быстро все бегут,
Никак их не остановить.
И чтобы мы не делали
Беды они наделали.

Урок физики «Сила трения»

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Форма урока: комбинированный урок с элементами технологий проблемного обучения.

Цель урока: Изучить силу трения и ее виды; экспериментально установить: от чего она зависит, определить положительную и отрицательную роль силы трения в жизни человека..

Задачи урока:

Обучающая: Сформировать представление о силе трения, ее видах и свойствах, причинах возникновения.
Воспитательная: Показать значение силы трения в природе и технике. Воспитывать трудолюбие, точность и четкость при ответе; умение видеть физику вокруг себя, развивать коммуникативные компетентности (работа в парах и группе).
Развивающая: Развивать у учащихся навыки логического мышления, анализа, синтеза, умение наблюдать и делать выводы. Формировать умение пользоваться справочной литературой; проявлять творческие способности (умение проводить эксперимент, исследовать поставленную проблему и делать выводы).

Учебно-методическое обеспечение:

Учебник физики для 7 класса А. В. Перышкин, Е.М. Гутник – ДРОФА Москва 2008.
Дидактический материал А.Е. Марон, Е.А.Марон.
Поурочные планы по физике к учебнику А. В. Перышкин, Е.М. Гутник – ДРОФА Москва 2005 г.

Время реализации занятия: 45 минут.

Авторский медиапродукт: презентация из 27 слайдов (среда Power Point).

1. Среда: программа для создания презентаций Microsoft Power Point, текстовый редактор Microsoft Word.

Необходимое оборудование и материалы для занятия: Набор грузов, динамометр, 2–3 деревянных бруска разной массы, тележка, песок.

Оснащение урока: Компьютер, проектор, экран, инструкция по работе на уроке.

Технологии и методы: технология проблемно-поискового метода, элементы модульной технологии, использование ИКТ.

План урока:

№		Цель	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
1	Орг. Момент.	Подготовить учащихся к проведению урока.	Приветствует учащихся, раздает листочки с тестами, экспериментальным заданием и листы самоконтроля. Слайд 1	организуют рабочее место: изучает план работы, расставляют приборы, слушают учителя о формах работы, создают группы.
2	Актуализация знаний УЭ – 1	Проверить качество усвоения материала прошлых уроков по теме:”Взаимодействие тел”, подготовить учащихся к изучению нового материала, провести мотивацию.	Демонстрирует презентацию этапов урока: вопросы для обсуждения, содержание тестов, Слайды 2–8.	Отвечают устно на вопросы (фронтальная работа) выполняют тесты № 1, № 2, № 3 (индивидуально) Производят самоконтроль.
2	Актуализация знаний УЭ – 1		Демонстрирует проверочные слайды 9–10.	Выясняют правильность выполнения, выставляют баллы в оценочный лист по итогам взаимоконтроля.
3	Постановка цели урока УЭ – 2	Изучить новую силу – силу трения, целеполагание.	Демонстрация опытов, доказывающих существование новой силы – силы трения. Показывает слайды 11–13.	Определяют цель урока, предлагают исследовать причину возникновения силы трения, установить от чего она зависит, положительную и отрицательную роль силы трения в жизни человека.
4	Изучение нового материала: открытие нового УЭ – 3	исследовать причину возникновения силы трения, установить от чего она зависит.	Демонстрирует опыты, доказывающие природу силы трения, способы определения ее величины и направления. Показывает слайд 14.	Наблюдают опыты, выдвигают гипотезы, участвуют в эвристической беседе, делают окончательные выводы по выяснению причин возникновения силы трения, устанавливают факторы, от которых она зависит.
5	Изучение нового материала УЭ – 4	.Изучить виды силы трения, сравнить их величины и установить зависимость силы трения от рода трущихся поверхностей	Объясняет цели эксперимента, после защиты результатов. Показывает слайды 15–17.	” Работая в группах, проводят эксперимент по сравнению видов сил трения, изучению зависимости ее от рода трущихся поверхностей и силы давления на площадь опоры. Представители групп делают сообщения о результатах эксперимента.
6	Изучение нового материала УЭ – 5	Выяснить положительную и отрицательную роль силы трения, способы ее уменьшения и увеличения.	Дает задание группам. Самостоятельно изучить по учебнику. Показывает слайды 8–23.	Записывают в тетрадях способы уменьшения и увеличения силы трения, приводят примеры положительной и отрицательной роли трения.
	Практическая направленность изученного	Способность перенести полученные знания на жизненный опыт	Предлагает составить таблицу с примерами, доказывающими, что сила трения “друг” или “враг”. Показывает слайды 18–23 .	Выполняют задание. Сообщение о использовании положительной роли силы трения в жизни растений и животных. Показывает слайды 28.
7	Закрепление изученного УЭ – 6	Выяснить уровень усвоения по теме	Предлагает ответить на вопросы по осмыслению и усвоению темы, тест № 2. Показывает слайды 24–25.	Выполняют тест. Осознают результаты выполнения теста.
8	Рефлексия,	Выяснить удовлетворенность уроком	Предлагает творческое задание по составлению сказки о силе трения.	Высказывают свое мнение.
8	Рефлексия. Итоги урока УЭ – 7		Анализирует достижения, оценивает результаты. Работы учащихся на уроке. Благодарит детей за урок. Д. задание $30–32. Слайд 24–25	Озвучивают решение учебной проблемы урока. Записывают домашнее задание: Написать сказку на тему: “Мир без трения”.

Ход урока

Ребята, мы с вами изучили тему: “Взаимодействие тел”, изучили физическую величину – “сила”, исследовали 2 силы: силу тяжести и силу упругости, выяснили причины их возникновения, численное значение и их направление.

2. Проверка знаний, полученных на предыдущих уроках: (фронтальная работа), необходимо ответить на вопросы, изложенные в Приложении 1 для повторения теории.

По мере обсуждения будут показаны слайды для наглядной актуализации знаний материала прошлых уроков. (Слайды 2–8).

Итак, сейчас предлагаю вам проверить свои знания при выполнении теста, критерии оценивания вы видите на слайде. Результаты оценок занесете в оценочный лист после взаимопроверки.

3. Тест № 1 по теме “Взаимодействие тел” (вид контроля взаимопроверка), Приложение 2. (Слайды 9–10).

4. Мотивация учащихся Постановка цели урока: Слайд 11.

Изучение темы начинаю с выдвижения проблемы:

Опыт № 1. Демонстрирую: приводится в движение игрушечный автомобиль. С течением времени его движение прекращается. Почему же останавливается автомобиль? Слушаю ответы учащихся. Учащиеся могут высказывать и ошибочные предположения: на автомобиль действует сила тяжести, направленная вниз; на него действует сила упругости, направленная вертикально вверх и др.
Привожу другие примеры:
а) санки, скатившись с горы, по инерции скользят по горизонтальному пути;
б) мальчик, разбежавшись, скользит на коньках по льду. Они не движутся равномерно, скорость их постепенно уменьшается. Почему?
После этих вопросов учащиеся высказывают мнение, что здесь (в этих примерах) должна существовать сила трения.
После этого объявляю тему урока: “Сила трения”. Слайд 11.

Задаю вопрос: “Что необходимо знать о силе трения?” Слайд 12.

После обсуждения определяем алгоритм изучения:

Определение силы трения.
Причины возникновения.
От каких факторов зависит сила трения?
Виды силы трения.
Применение силы трения в природе и технике.

Итак, подвожу итог рассуждений: при соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения. Она обозначается: F_тр.

Обсуждаем определение силы трения и записываем его в тетрадь:

Сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и препятствующая их перемещению относительно друг друга, называется силой трения.

Слайд 13.

5. Ставлю следующую проблему: в чем причина существования силы трения?
Обсуждаем предположения учащихся.

Опыт № 2. Слайд 14. Демонстрирую движение шарика по материи, на столе, затем по стеклу. Движение шарика по шероховатой поверхности материи прекращается гораздо быстрее, чем по стеклу. Учащиеся делают вывод: причина существования трения – шероховатость поверхностей.
Задаю вопрос: “Что вы предлагаете для уменьшения трения?”

Ответ учащихся: “Хорошо обработать поверхности тел, сделать их гладкими”.

Опыт № 3. Вызываю одного ученика и предлагаю ему передвигать стекло по стеклу.
Почему же трудно передвигать стекло по стеклу, хотя их поверхности очень гладкие? Таким образом, создается новая проблемная ситуация урока.

Учащиеся высказывают различные предположения о существовании какой-то другой причины возникновения силы трения. Но какой? предлагаю вспомнить об основных положениях теории молекулярного строения вещества.

На основе имеющихся знаний проблема разрешается.

Ответ учащихся: на расстояниях сравнимых с размерами молекул действуют силы притяжения, поэтому между двумя гладкими поверхностями при движении друг относительно друга возникает сила, которую назвали силой трения.

6. Как можно измерить силу трения и определить ее направление?

Опыт № 4. Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения. Динамометр показывает силу упругости (силу тяги), равную по модулю силе трения. Какую силу показывает динамометр?

Ответ учащихся: динамометр показывает силу тяги, которая равна по модулю и противоположна по направлению силе трения.

Вывод: даем определение: сила трения направлена в сторону, противоположную движению, имеет точку приложения, расположенную в точке соприкосновения тела с поверхностью.

7. Предлагаю познакомиться с материалом, изложенным в учебнике: (групповая работа ). Слайд 15.

Цель работы: самостоятельно изучить по учебнику (стр. 72–73) виды силы трения, продемонстрировать виды сил трения, используя предложенное оборудование.

Опыт № 5. Трения скольжения (санки) – 1-я группа.

Опыт № 6 .Трения качения (колеса) – 2-я группа.

Опыт № 7. Трения покоя (для того, чтобы сдвинуть с места любое тело, необходимо приложить какую-либо силу) – 3-я группа.

8. Экспериментальное задание: исследование сил трения: (групповая работа ).

Слайд 16.

Опыт № 8. 1-я группа – сравнить силу трения покоя, скольжения, качения.

Оборудование: динамометр, деревянный брусок, 2 круглых карандаша (палочки).

Опыт № 9. 2-я группа – изучить зависимость силы трения скольжения от рода трущихся поверхностей. Оборудование: (динамометр, деревянный брусок, лист бумаги, кусок материи).

Опыт №10 3 группа -изучить зависимость силы трения от силы давления на площадь опоры. Оборудование: динамометр, деревянный брусок, 2 груза.

Заслушивание представителей групп о результатах исследований: самопроверка. Слайд 17

1-я группа. – Сила трения качения МЕНЬШЕ силы трения скольжения, а сила трения скольжения МЕНЬШЕ силы трения покоя.

2-я группа. – Чем больше шероховатость, тем больше сила трения.

3-я группа. – Чем больше сила давления, тем больше сила трения.

9. Способы уменьшения и увеличения силы трения. Предлагаю 2 группам изучить этот вопрос самостоятельно по учебнику и в дополнительной литературе. Слайд 18, 19.

Выводы групп:

1-я группа – уменьшить трение можно: смазкой, производить шлифовку деталей трущихся поверхностей, использовать подшипник.

2-я группа – увеличить трение можно: увеличить нагрузку (вес), увеличить шероховатость поверхностей.

10. Изучите примеры положительной и отрицательной роли трения, трение в жизни животных и растений.(изучают самостоятельно в группах): Слайд 20–23.

1-я группа: – положительная роль силы трения.

Явление трения используют в технике: для передачи движения, при обработке металлов, при сварке трением, при заточке инструментов, для скрепления материалов и деталей конструкций, при шлифовке, полировке материалов.

2-я группа – отрицательная роль силы трения. Учитывая отрицательную роль трения, необходимо: подбирать материалы с низким коэффициентом трения, повысить качество обработки трущихся поверхностей, заменить трение скольжения трением качения, использовать смазку.

II. Закрепление полученных знаний, выполнение теста № 2 – самопроверка (Приложение 3,) Тест № 2. Слайд 24, 25..

А теперь подведем итоги и оценим трение по заслугам.

Конечно, только благодаря наличию в природе силы трения возможна жизнь в том виде, в каком она существует на Земле. Но вместе с тем, трение изнашивает машины и подошвы нашей обуви, двигатели автомобилей, самолетов, паровозов. Они все работают против трения (сухого и жидкого), на это тратится огромное количество различных видов горючего. Трение в одних условиях полезно, а в других вредно. Следовательно, надо умело использовать силы трения. Когда в повседневной жизни, в производстве, в технике, на транспорте трение нам необходимо, нужно увеличивать его.

Наконец, подведите итоги своей работы. Подсчитайте баллы в оценочном листе, сделайте вывод: что нового я узнал и что мне нужно еще изучить по данному вопросу.

12. Домашнее задание: Слайд 26.

§§ 30-31. Я вам предлагаю представить себе мир без трения и сочинить дома сказку на тему: “Мир без трения”, составить таблицу с примерами использования свойств силы трения в технике, в жизни животного и растительного мира.

Трение. Сила трения | 7 класс

Содержание

Давайте рассмотрим обычные и всем нам знакомые ситуации. Например, езду на велосипеде.

Когда велосипедист крутит педали — велосипед едет, а когда не крутит — велосипед начинает тормозить и вскоре останавливается.

Сани, скатившись с горы, постепенно теряют скорость и тоже останавливаются (рисунок 1).

Мы знаем, что причиной всякого изменения скорости движения (в данном случае уменьшения) является сила. Значит, и в рассмотренных примерах на каждое движущееся тело действовала сила.

Существуют разные уже изученные нами ранее силы: сила тяжести, сила упругости, вес тела. В приведенных выше примерах фигурировала сила трения. Именно о ней и пойдет речь на данном уроке.

Что такое сила трения?

Итак, разберем это понятие.

Сила трения — это сила, возникающая при взаимодействии двух тел и препятствующая их относительному движению.

Обозначается она буквой $F$ с индексом, то есть следующим образом: $F_{тр}$.

Взглянем на силу трения на примере движущихся саней (рисунок 2). Она направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел в сторону, противоположную скорости движения тела (саней) по неподвижной поверхности.

{"questions":[{"content":"Укажите правильное определение понятия <b>сила трения</b>.[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["сила, возникающая при взаимодействии двух тел и препятствующая их относительному движению","сила, возникающая при взаимодействии двух тел и способствующая их относительному движению","сила, возникающая при взаимодействии двух тел и никак не влияющая на их относительное движение"],"answer":[0]}}}]}

Причины возникновения трения

В чем заключаются причины трения?

1. Шероховатость поверхностей тел

Гладкие на ощупь тела тоже имеют неровности, бугорки и царапины.

С помощью современных лазерных микроскопов сейчас можно увидеть даже самые незаметные неровности. Например, на рисунке 3 вы можете увидеть изображение поверхность листа стали, прошедшего обработку. Для наших невооруженных глаз такой стальной лист будет казаться идеально гладким, но это не так.

Из-за этого, когда одно тело скользит или катится по поверхности другого, эти неровности цепляются друг за друга. Это создает силу, препятствующую движению.

2. Взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел

Другая причина возникновения трения — взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел. Если поверхности тел идеально гладкие, то при соприкосновении молекулы тел находятся очень близко друг к другу. В этом случае заметно проявляется притяжение между молекулами тел (рисунок 4).

{"questions":[{"content":"В чем заключаются причины возникновения силы трения?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Шероховатость тел","Взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел","притяжение всех тел друг к другу из-за всемирного тяготения","наличие у тел веса"],"answer":[0,1]}}}]}

Изменение силы трения. Смазка

Силу трения можно уменьшить во много раз, если ввести между трущимися поверхностями смазку. Ее слой разъединит поверхности трущихся тел (рисунок 5).

Как смазка влияет на силу трения?
В этом случае соприкасаются не поверхности тел, а слои смазки. Смазка же в большинстве случаев жидкая, а, как известно, трение жидких слоев меньше, чем твердых.

Например, на коньках малое трение при скольжении по льду объясняется также действием смазки. Смазкой в этом случае является вода, образующаяся между коньками и льдом тонким слоем.

Именно из-за маленького трения жидкости мы поскальзываемся на вымытом полу. А в технике благодаря меньшему трению жидкости в качестве смазки широко применяют различные масла.

{"questions":[{"content":"Как можно уменьшить трение?[[choice-7]]","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":["использовать смазку","отполировать поверхности соприкасающихся тел","плотнее прижать тела друг к другу","Сделать поверхности тел более шершавыми"],"answer":[0,1]}}}]}

Виды трения

Какие виды трения вы знаете?
Если одно тело скользит по поверхности второго, то возникает особое трение — трение скольжения. Оно возникает, например, при движении саней или лыж по снегу, при скольжении коньков по льду (рисунок 6).

Если же первое тело не скользит, а катится по поверхности второго, то возникающее при этом трение называют иначе — трением качения.

Оно проявляется при перекатывании бревна или бочки по земле, при движении автомобиля, велосипеда и других транспортных средств на колесах (рисунок 7).

{"questions":[{"content":"Человек передвигает кресло, толкая его перед собой. В этот момент между креслом и полом возникает[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["трение скольжения","трения качения","трение передвижения"],"answer":[0]}}}]}

Измерение силы трения

Силу трения можно не только изменить, применяя смазку, как было сказано ранее, но еще и измерить.

Как можно измерить силу трения?
Возьмем деревянный брусок и прикрепим к нему динамометр. Теперь будем его двигать, держа динамометр горизонтально (рисунок 8, а). Что покажет прибор?

На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Это сила упругости пружины динамометра, направленная в cторону движения, и сила трения, направленная против движения.

Брусок движется равномерно, значит эти две силы компенсируют друг-друга (их равнодействующая равна 0). Следовательно, эти две силы равны по модулю, но имеют разные направления.

Таким образом, динамометр показывает силу, равную по модулю силе трения.

Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при равномерном движении, мы измеряем силу трения.

Как показать, что сила трения зависит от силы, прижимающей тело к поверхности?
Какие сани легче тащить: с грузом или без? Конечно, с грузом.
Также если мы положим на наш брусок какой-нибудь груз, и таким же образом измерим силу трения, то увидим, что она больше, чем у бруска без груза.

Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем больше возникающая при этом сила трения.

Как показать на опыте, что при равных нагрузках сила трения скольжения больше силы трения качения?
Положив брусок на круглые палочки (рисунок 8, б), мы измерим силу трения качения. Она будет меньше силы трения скольжения.

При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

Именно поэтому мы повсеместно используем колесо, ведь оно помогает «заменить» силу трения скольжения на намного меньшую силу трения качения.

{"questions":[{"content":"Укажите, какие из приведенных высказываний верны.[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем <b>больше</b> возникающая при этом сила трения","При равных нагрузках <b>сила трения качения</b> всегда меньше <b>силы трения скольжения</b>","При равных нагрузках <b>сила трения скольжения</b> всегда меньше <b>силы трения качения</b>","Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем <b>меньше</b> возникающая при этом сила трения"],"answer":[0,1]}}}]}

Упражнение

Лыжник спускается с горы и далее скользит по горизонтальной лыжне. На рисунке 9 изобразите силу трения и точку ее приложения.

Посмотреть ответ

Скрыть

На рисунке 10 изображена сила трения. Она возникает между соприкасающимися телами (лыжами и снежной поверхностью) и направлена в сторону, противоположную движению лыжника.

Интегрированный урок по физике 7 класс Сила трения. Трение покоя. Трение в природе и технике

Интегрированный урок по физике

7 класс

Тема: Сила трения. Трение покоя. Трение в природе и технике

Цель урока: познакомить обучающихся с силой трения, её видами и значением в жизни человека и природы.

Задачи:

в направлении личностного развития:

• развитие логического и критического мышления, культуры речи, способности к умственному эксперименту;

• воспитание качеств личности, способность принимать самостоятельные решения;

• формирование мышления;

• развитие интереса к предмету «Физика».

в предметном направлении:

• познакомить учащихся с силой трения, её видами и значением в жизни человека и природы;

• формирования механизмов мышления, характерных для математической деятельности

в метапредметном направлении:

• развитие представлений о физике как форме описания и методе познания действительности;

• формирование общих способов интеллектуальной деятельности, характерных для физики и являющихся основой познавательной культуры.

Оборудование: деревянный брусок, гиря, штатив, динамометр демонстрационный, компьютер, мультимедиапроектор, экран, листы бумаги, корзинка, шаблон кластера, тест, анкета по рефлексии, тест.

Ход урока.

Организационный момент.

Актуализация. «Корзина идей».

Учитель: Когда-то чтобы добыть огонь, люди брали острую деревянную палочку, упирали её в деревянный брусок и быстро вращали. При достаточном упорстве через некоторое время появлялся дым, начиналось тление и возгорание образовавшихся опилок и подложенного, например, сухого мха.

Как вы считаете, о чем пойдет речь сегодня на уроке? На краю ваших парт лежат шаблон. Заполните первый столбик, запишите все, что знаете о силе трение.

(школьники зачитывают ответы).

«Знаю»	«Хочу узнать»	«Узнал (а)»

Подумайте, чтобы вы хотели узнать о трении сегодня на уроке? (школьники зачитывают ответы, план урока записывается на доске).

Ученики: Мы сегодня узнаем, что такое сила трения, какие виды силы трения существуют, причины возникновения силы трения, а также научимся измерять силу трения с помощью динамометра. Узнаем про трение в природе и технике.

План

— Что такое трение?

— Причина возникновения силы трения.

— Виды трения.

— Как можно рассчитать силу трения?

— Измерение сил трения.

— Трение в природе и технике.

— Полезно трение или вредно?

Изучение нового материала

Учитель. С трением мы сталкиваемся на каждом шагу, но без трения не смогли бы сделать и шага. Невозможно представить себе мир без трения. В отсутствие трения Земля бы сотрясалась бы от непрерывных землетрясений, т.к. тектонические плиты постоянно сталкивались бы между собой. Все ледники сразу же скатились с гор, а по поверхности Земли носилась бы пыль прошлогоднего ветра. Как хорошо, что все-таки есть на свете сила трения! С другой стороны, трение между деталями машин приводит к износу и дополнительным расходам.

Презентации «Сила трения», «Трение в жизни растений и животных». (Работа учащихся в рамках ИОП по теме: «Сила»)

1.Силы трения – это силы, возникающие при соприкосновении движущихся тел с другими телами. 2. Природа силы трения Причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Другая причина трения – взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел. На величину трения влияют: нагрузка, скорость перемещения тел, шероховатость их поверхностей, температура, наличие смазки. Наибольшее значение сила трения имеет в момент начала движения. 3.Виды трения Различают сухое и жидкое трение. Сухое трение покоя, скольжения и трение качения. Сила трения покоя удерживает гвоздь, вбитый в доску, не дает развязаться банту на ленте, удерживает нитку, которой сшиты два куска ткани. При скольжении одного тела по поверхности другого возникает трение скольжения. Если же тело не скользит, а катится по поверхности, то возникает трение качения. Сила трения качения обычно значительно меньше силы трения скольжения. 4. Формула силы трения Сила трения обозначается буквой Fтр. Единица измерения – 1 Н. Формула, по которой можно рассчитать силу трения: Fтр = µmg, где µ — коэффициент трения, m – масса тела, g – ускорение свободного падения. 5. Измерение сил трения с помощью динамометра Первые исследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчи примерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянные параллелепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчи стали известны уже после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII – XVIII веках. Демонстрация «Измерение силы трения покоя» 1.Положите на горизонтальную поверхность линейки деревянный брусок с тремя отверстиями на поверхности. На него положите груз массой 100 г. К крючку динамометра прицепите брусок. С помощью динамометра приведите брусок в равномерное движение. Зафиксируйте показания динамометра. Рассчитаем коэффициент трения скольжения. µ = Fтр/ mg 6. Трение в природе и технике Учитель: В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения. Благодаря трению они цепляются за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Трение создается за счет того, что стебли многократно обвивают опоры и поэтому очень плотно прилегают к ним. У многих животных имеются различные органы, служащие для хватания (хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Отгадайте загадки и объясните, как это связано с трением. 1. Она с лианы на лиану, А в передышку ест бананы. (Обезьяна). 2. В зелененьком домишке, много ребятишек, Усиками цепляются, к солнышку тянутся. (Горох) 3. Гроздь ягод на солнце наливается, а потом в корзину собирается. (Виноград). Ученики: Растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах. Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами. У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, а это значит, что сила трения тоже возрастает. Поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу. Учитель: Вспомните известную сказку «Репка». — Почему не смог дед вытащить репку? Как выглядел бы мир без трения? Учитель: представьте, что пол в нашем классе стал очень скользким, например, как каток. Чтобы произошло? Ученики: Люди поминутно падали бы и не могли подняться. Ведь только трение (точнее: трение покоя) позволяет нам отталкиваться ногами, шагая вдоль по ровной дороге. Учиель: приведите примеры, когда нам необходимо трение в жизни. Ученики: Все узлы немедленно развязывались бы; ведь узлы держатся только благодаря трению одних частей верёвки, шнурка или бечёвки о другие. Все ткани расползались бы по ниткам, а нитки — в мельчайшие волокна. Шофёр не смог бы остановить свою машину? Ведь автомобиль тормозят тем, что прижимают к специальным барабанам, вращающимся вместе с колёсами, тормозные колодки (или ленты). Повернуть машину в мире без трения тоже не удалось бы. В мире без трения нельзя было бы ничего толком построить или изготовить: все гвозди выпадали бы из стен, — ведь вбитый гвоздь держится только из-за трения о дерево. Все винты, болты, шурупы вывинчивались бы при малейшем сотрясении — они удерживаются только из-за наличия трения покоя. Учитель: Как вы считаете, а трение полезно или вредно? 7. Трение полезно или вредно? Послушайте внимательно стихотворение. 1-й ряд выписывает примеры того, когда трение полезно. 2 – й ряд выписывает примеры того, когда трение вредно.

Трение – наш друг и враг.

Что такое трение?

Трение – явление.

Враг оно нам или друг?

Это знают все вокруг:

Если б трение пропало,

Что б со всеми нами стало?

Мы ходить бы не смогли,

Оттолкнувшись от земли.

Если б взял ты что – то вдруг,

Оно выпало б из рук.

Помогает трение

Начинать движение

Всем машинам, тракторам

Мотоциклам, поездам.

Ну, а также тормозить

И их всех остановить.

Очень нужно тренье нам,

Всем растеньям и зверям!

Но притом приносит вред

И не мало разных бед:

В станках, приборах трутся части-

И это главное несчастье.

Ну, а все автомашины

Быстро снашивают шины!

И поэтому вопрос

Не настолько уж и прост:

Трение – друг нам или враг?

Ответ двоякий: так и так!

Проверка.

— Назовите примеры полезного трения.

— Приведите примеры, когда трение приносит вред.

Итак, благодаря трению происходит движение паровоза, автомобиля и т. д. Трение используется в ременных передачах, в тормозах и т. п., но оно же вызывает нагревание и износ различных частей механизмов и машин. Вредное влияние трения внешнего уменьшают смазкой, применяют шариковые и роликовые подшипники, заменяя трение скольжения трением качения.

Первичное закрепление.

1. Викторина.

1. Почему нагруженный автомобиль на размытой дороге буксует меньше, чем пустой?

(Нагруженный автомобиль оказывает большее давление на дорогу, вследствие этого сцепление колес с грунтом у него больше, чем у порожнего).

2. Почему спускаясь по канату, опасно быстро скользить? (Вследствие большого трения можно обжечь руки и ноги).

3. Перечислите все известные вам смазочные вещества. ( Машинное, авиационное, дизельное масла, солидол, нигрол, ружейное масло, технический вазелин, автол и др. )

4. Назовите пословицы и поговорки, связанные с трением. (Сухая ложка рот дерет; Идет как по маслу; скрипит как немазаная телега; скользкий как налим и т.д.)

5. Почему тротуары посыпают песком? (Тротуары посыпают песком, чтобы увеличить силу трения между подошвой обуви и льдом).

6. Зачем на подошвы спортивной обуви футболиста набивают кожаные шипы? (

2. Решение задач

1. С помощью динамометра равномерно перемещают брусок. Чему равна сила трения скольжения между бруском и столом, если динамометр показывает 0,5 Н?

2. На транспортере движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком?

Повторение

1) Кластер по теме: «Трение»

Учащиеся составляют кластер. Проверка.

2) Работа с тестом.

Тест «Сила трения» пособие А.В. Постников «Проверка знаний учащихся по физике 7 — 8 класс», 1 вариант (отпечатанные варианты с листочками для ответов заранее заготовлены и положены на столы детей перед уроком)

Пример варианта № 1 (выбери правильный ответ)

1. Сани скатываются с горы под действием силы …, а, скатившись, останавливаются за счет силы … .

а) трения…тяжести

б) упругости…трения

в) трения …упругости

г) тяжести…трения

2. При смазке трущихся поверхностей сила трения …

а) не изменяется

б) увеличивается

в) уменьшается

3. Совпадает ли сила трения с направлением скорости движения тела?

а) совпадает

б) направлена в сторону, противоположную скорости

4.Какие причины влияют на силу трения?

а) природа трущихся поверхностей

б) силы, прижимающие соприкасающиеся поверхности друг к другу

в) шероховатость соприкасающихся поверхностей

Рефлексия. Итог урока.

-Что нового узнали?

Мы с вами изучили темы, связанные с различным видом сил. Учащиеся третий столбик таблицы «Я узнал(а)».

Домашнее задание.

Подготовиться к контрольной работе. Тест.

1. Напишите формулу силы тяжести.
2. Единица измерения веса тела?
3. Каков вес тела массой 1 кг?
4. Какую величину измеряют с помощью динамометра?
5. Чему равна сила тяжести, массой 300 г?
6. Парашютист, масса которого 80 кг, равномерно движется. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на него?
7. Мальчик весом 500 Н держит на поднятой руке гирю весом 100 Н. С какой силой он давит на землю?
8. Какая сила вызывает приливы и отливы в морях и океанах на Земле?
9. Если масса воды уменьшится в 3 раза, уменьшится ли ее вес? Как?
10. F1 = 3Н F2 = 5 Н Определите равнодействующую сил.

Литература:

http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=659048

Сила трения. Трение покоя. презентация, доклад, проект

Слайд 1

Текст слайда:

Сила трения. Трение покоя.

Взаимодействие тел.
Урок 28/22
7 класс
Учитель: Ермакова Мира Владимировна
МОУ «ООШ х.Малая Скатовка
Саратовского района»

Слайд 2

Текст слайда:

Вопросы:

Приведите примеры действия на тело нескольких сил.
Какую силу называют равнодействующей нескольких сил?
Опишите опыт, в котором определяют равнодействующую двух сил, направленных по одной прямой в одну сторону. Чему равна эта равнодействующая?
Чему равна равнодействующая двух сил, направленных по одной прямой в противоположные стороны?
Как будет двигаться тело под действием двух равных противоположно направленных сил?

Слайд 3

Текст слайда:

Санки, скатившись с горы, движутся по горизонтальному пути неравномерно, скорость их постепенно уменьшается, и через некоторое время они останавливаются.

Слайд 4

Текст слайда:

Причиной всякого изменения скорости движения (в данном случае уменьшения) является сила. Значит, на движущееся тело действует сила.

При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением.
Сила трения обозначается Fтр.

Слайд 5

Текст слайда:

Сила трения

Сила трения – это ещё один вид силы, отличающийся от силы тяжести и силы упругости.
Одной из причин силы трения является шероховатость поверхностей соприкасающихся тел.

Слайд 6

Текст слайда:

Причины силы трения

Даже гладкие на вид поверхности тел имеют неровности, бугорки и царапины
Когда одно тело скользит или катится по поверхности другого, эти неровности цепляются друг за друга, что создаёт некоторую силу, задерживающую движение.
Другая причина – взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.
Силу трения можно уменьшить во много раз, если ввести между трущимися поверхностями смазку.
Слой смазки разъединяет поверхности трущихся тел.

Слайд 7

Текст слайда:

Виды сил трения

При скольжении одного тела по поверхности другого возникает трение, которое называют трением скольжения
Если одно тело не скользит, а катится по поверхности другого, то трение, возникающее при этом, называют трением качения

Слайд 8

Текст слайда:

Силу трения можно измерить

На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы: сила упругости пружины и сила трения.
Брусок движется равномерно значит, равнодействующая этих двух сил равна нулю.
Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения.

Слайд 9

Текст слайда:

Трение покоя

Трение покоя препятствует развязыванию шнурков, удерживает гвозди, вбитые в доску, и т.д.
Сила трения покоя возникает при попытке сдвинуть тело с места.
Сила трения покоя пропорциональна силе тяжести.
Для горизонтальной поверхности сила трения пропорциональна силе реакции опоры.

Слайд 10

Текст слайда:

Трение покоя

Тюки удерживаются на ленте транспортёра силой трения покоя.

Слайд 11

Текст слайда:

Трение скольжения

При скольжении одного тела по поверхности другого возникает трение, которое называют трением скольжения.
Пока тело покоится, сила трения возрастает пропорционально увеличению сдвигающей силе.
Когда тело начинает двигаться, сила трения уже не зависит от сдвигающей силы.

Слайд 12

Текст слайда:

Трение скольжения

Сила трения скольжения пропорциональна силе тяжести.
μ – коэффициент трения (безразмерный коэффициент).

Слайд 13

Текст слайда:

Трение качения

Сила трения качения возникает, если одно тело катится по поверхности другого.
При одинаковых нагрузках сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.

Слайд 14

Текст слайда:

Трение качения

На шарик, движущийся к лунке, действует сила трения качения, препятствующая движению тела.

Слайд 15

Текст слайда:

Трение качения

Сила трения и коэффициент трения качения намного меньше, чем сила и коэффициент трения скольжения.
Сила трения качения определяется по формуле:
Fк = μ·P/R

Слайд 16

Текст слайда:

Сила вязкого трения

При движении твёрдых тел в жидкости возникает сила вязкого трения
Величина вязкого трения зависит от формы тела, рода жидкости и скорости движения тела.

Слайд 17

Текст слайда:

Запомни!

Сила трения (Fтр.) возникает на поверхности соприкосновения прижатых друг к другу тел при относительном перемещении их и препятствует их взаимному перемещению.
Причины силы трения:
Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел.
Межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел.

Слайд 18

Текст слайда:

Запомни!

Виды сил трения:
1.Сила трения покоя возникает при попытке сдвинуть тело с места.
2.При скольжении одного тела по поверхности другого возникает трение, которое называют трением скольжения.
3.Если одно тело не скользит, а катится по поверхности другого, то трение, возникающее при этом, называют трением качения.
Fтр.покоя > Fтр.скольжения > Fтр.качения

Слайд 19

Текст слайда:

Запомни!

Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения.
Сила трения покоя пропорциональна силе тяжести:
Fтр. = μ0·N
Сила трения скольжения пропорциональна силе тяжести:
Fтр. = μ·N

Слайд 20

Текст слайда:

Запомни!

Сила трения качения определяется по формуле:
Fк = μ·P/R
При движении твёрдых тел в жидкости возникает сила вязкого трения
Величина вязкого трения зависит от формы тела, рода жидкости и скорости движения тела.

Слайд 21

Текст слайда:

Тест:

1.Какую силу называют силой трения?
а)силу взаимодействия между телами
б)силу, которая препятствует движению тела
в)силу взаимодействия поверхностей тел, которая препятствует их относительному движению
г)силу взаимодействия между телами, которая останавливает движущееся тело

Слайд 22

Текст слайда:

Тест:

2.Почему возникает сила трения?
а)потому, что поверхности тел шероховатые
б)потому, что молекулы соприкасающихся тел притягиваются друг к другу
в)потому, что по закону всемирного тяготения тела притягиваются друг к другу
г)потому, что шероховатости поверхностей тел зацепляются друг за друга, а молекулы, находящиеся на поверхности притягиваются

Слайд 23

Текст слайда:

Тест:

3.При каком виде трения возникает наименьшая сила трения?
а)при трении качения
б)в случае трения скольжения
в)при трении покоя
г)при всех видах трения силы одинаковы

Слайд 24

Текст слайда:

Домашнее задание:

§ 30-31, вопросы к параграфу
№ 422, 424, 426
Задачи на смекалку:
1. На столе лежит стопка книг. Что легче: вытянуть книгу, придерживая (не приподнимая!) остальные, или привести в движение всю стопку, потянув за нижнюю книжку?
2.К стенке дома прислонена лестница. Человек поднимается по лестнице. В некоторый момент времени концы лестницы начинают соскальзывать вдоль стенки дома. Почему это может произойти?

Слайд 25

Текст слайда:

Домашние опыты с катушкой ниток

Возьмите обычную катушку ниток и размотайте её на 30-40 см.
Взявшись за конец нити, потяните катушку на себя под очень небольшим углом к горизонтальной поверхности. Катушка послушно «поползёт» к вам.
Чуть увеличьте гол между ниткой и горизонталью и повторите опыт. Изменилось ли что-нибудь?
Повторите опыт несколько раз, увеличивая угол направления прикладываемой силы. Наступит момент, когда катушка перестанет катится к вам, остановится и даже покатится в обратную сторону, разматывая нить.
Попытайтесь объяснить полученный эффект.

Глава 7. Вращательное движение. Кинематика и динамика

Как правило, в любом варианте задания ЕГЭ по физике представлены несколько задач на вращательное движение. Приведем основные определения и законы, необходимые для решения такого рода задач. Угловой скоростью тела, совершающего вращательное движение, называется отношение угла поворота к тому времени , за которое этот поворот произошел

(7.1)

В этом определении угол должен измеряться в радианах, поэтому размерность угловой скорости рад/с (или 1/с поскольку радиан — безразмерная величина). В принципе, определение (7.1) позволяет найти как среднюю (для больших интервалов времени ), так и мгновенную (при ) угловую скорость. Однако в школьном курсе физики рассматривается только движение с постоянной угловой скоростью, для которого определение (7.1) дает один и тот же результат для любых интервалов времени . Применяя определение (7. 1) к полному обороту тела (угол поворота — радиан), получим связь угловой скорости и периода вращения

(7.2)

Угловую скорость можно ввести не только для точечного тела, но и для протяженного тела. Действительно, при вращении неточечного тела вокруг любой оси все его точки поворачиваются за одинаковое время на одинаковый угол. Поэтому можно говорить об угловой скорости всего тела.

Из формулы (7.2) легко получить связь угловой и обычной скорости вращающегося точечного тела (в этом контексте последнюю всегда называют линейной скоростью). Умножая правую и левую часть формулы (7.2) на радиус окружности и учитывая, что – это длина пути, пройденного за период, получим

(7.3)

Конечно, для неточечного вращающегося тела нельзя ввести понятие линейной скорости, поскольку у разных точек этого тела линейные скорости будут разными.

Очевидно, при вращательном движении тело всегда имеет ускорение. Действительно, согласно определению (2.1) ускорение тела равно нулю, если не меняется вектор скорости этого тела (т.е. как величина скорости, так и ее направление). При вращательном движении направление скорости обязательно меняется. Можно доказать, что при вращательном движении точечного тела с постоянной по величине линейной скоростью вектор его ускорения в любой момент направлен от тела к центру траектории тела, а его величина равна

(7.4)

Ускорение (7.3) принято называть центростремительным. Если использовать связь линейной и угловой скорости тела при вращательном движении (7.3), то формулу для центростремительного ускорения можно записать и в таких формах

(7.5)

Согласно второму закону Ньютона ускорения сообщаются телам силами. Поэтому если тело совершает движение по окружности радиуса с постоянной по величине скоростью (и соответственно угловой скоростью ), на него должна действовать сила, направленная к центру окружности и равная по величине

(7.6)

Силу (7.6) принято называть центростремительной. Отметим, что термин «центростремительная» связан не с природой этой силы, а с тем, как она действует: в разных ситуациях центростремительной силой может быть и сила тяжести, и сила трения, и сила реакции, и другие силы или их комбинации.

Перечисленных законов и определений достаточно для решения любых задач ЕГЭ на вращательное движение. Рассмотрим их применение к решению задач, приведенных в первой части.

Если период вращения тела задан, то его угловая скорость может быть однозначно определена независимо от размеров тела или радиуса орбиты для точечного тела. В частности, секундная стрелка любых часов поворачивается на угол за одну минуту (конечно, при условии, что они идут «правильно»). Поэтому угловая скорость секундных стрелок любых часов равна рад/мин (задача 7.1.1 – ответ 2).

Для нахождения линейной скорости конца секундной стрелки часов (задача 7.1.2) используем связь угловой и линейной скоростей (7.5). Имеем

(правильный ответ – 2).

Применяя определение угловой скорости к колесу (задача 7.1.3), получаем

(правильный ответ 1).

Из формулы (7.2) имеем

(задача 7.1.4 – правильный ответ 4).

Используя известное расстояние от первой точки до оси вращения и ее центростремительное ускорение (задача 7.1.5), из формулы (7.5) находим квадрат угловой скорости диска

А теперь по формуле (7. 5) для второй точки получаем

(ответ 2).

Поскольку скорость автомобиля в задаче 7.1.6 не меняется в процессе движения для сравнения центростремительных ускорений автомобиля в разных точках траектории следует использовать формулу (7.4), из которой находим, что ускорение тем больше, чем меньше радиус траектории (правильный ответ – 3).

Ускорение мальчика из задачи 7.1.7 будет равно нулю, если его скорость относительно земли будет равна нулю. Поэтому при движении мальчика против движения карусели, его скорость относительно карусели равна скорости карусели относительно земли . Если мальчик пойдет в другую сторону с той же скоростью относительно карусели, его скорость относительно земли будет равна . Поэтому центростремительное ускорение мальчика будет равно

(ответ 4).

Тело, находящееся на поверхности вращающегося диска и вращающееся вместе с ним (задача 7. 1.8), участвует в следующих взаимодействиях. Во-первых, тело притягивается к земле (сила тяжести), и на него действует поверхность диска (сила нормальной реакции и трения), причем сила трения в каждый момент времени направлена к оси вращения (см. рисунок). Действительно, в отсутствии силы трения тело либо будет оставаться на месте, а диск под ним будет вращаться, либо (если тело имеет скорость) слетит с поверхности диска. Именно сила трения «заставляет» тело вращаться вместе с диском. Поэтому сила трения служит в данной задаче цен-тростремительной силой. Остальные перечисления, данные в условии: «на тело действуют силы тяжести, трения, реакции опоры, центростремительная (или центробежная)» являются неправильными, поскольку в них смешиваются характеристики сил разных типов – первые три касаются природы взаимодействий, вторые – результат действия. Поэтому правильный ответ на вопрос задачи – 1. Кроме того, отметим, что центробежная сила возникает только в неинерциальных системах отсчета и в школьном курсе физики не рассматривается (поэтому лучше этим понятием вообще не пользоваться).

Поскольку тело в задаче 7.1.9 вращается с постоянной по величине скоростью по окружности, то его ускорение направлено к центру окружности, и, следовательно, согласно второму закону Ньютона, туда же направлена и результирующая сила, действующая на тело (ответ 2).

Применяя к данному в задаче 7.1.10 телу второй закон Ньютона и учитывая, что его ускорение равно м/с², получим для равнодействующей =2 Н (ответ 2).

Используя формулу для центростремительного ускорения , находим отношение ускорений материальных точек из задачи 7.2.1

(ответ 1).

Для сравнения центростремительных ускорений материальных точек в задаче 7.2.2 удобно использовать формулу , поскольку в этой задаче одинаковы угловые скорости точек. Получаем

(ответ 3).

Для сравнения центростремительных ускорений тел в задаче 7. 2.3 выразим ускорение через радиус окружности и период. Используя формулу (7.2) для периода и (7.5) для центростремительного ускорения, получим

(7.5)

Поэтому

(ответ 1).

Используя связь угловой и линейной скорости, находим скорости концов часовой и минутной стрелки (задача 7.2.4)

где и – угловые скорости часовой и минутной стрелки соответственно (в рад/час), и – длины часовой и минутной стрелок. Учитывая, что , получаем

(ответ 2).

Телу, вращающемуся вместе с диском на его горизонтальной поверхности (задача 7.2.5), центростремительное ускорение сообщается силой трения

Поэтому при увеличении угловой скорости вращения диска возрастает и сила трения между телом и диском. При некоторой угловой скорости сила трения достигнет максимально возможного для нее значения . Если еще увеличить угловую скорость диска, сила трения уже не сможет удержать тело на диске: тело начнет скользить по поверхности и слетит с поверхности диска. Поэтому значения угловой скорости, при которой тело может вращаться вместе с диском, находится из неравенства

(ответ 4).

В задаче 7.2.6 центростремительной силой является сила натяжения нити. Поэтому из второго закона Ньютона с учетом формулы (7.5) для центростремительного ускорения имеем

(ответ 3).

В задаче 7.2.7 нужно использовать второй закон Ньютона для каждого тела. Силы, действующие на тела, показаны на рисунке. Проекция второго закона Ньютона для дальнего тела на координатную ось, направленную к центру диска, дает

(1)

На ближнее тело действуют силы натяжения и двух нитей (см. рисунок). Поэтому для него из второго закона Ньютона имеем

Подставляя в эту формулу силу из формулы (1), находим (ответ 2).

В задаче 7.2.8 необходимо использовать то обстоятельство, что угловая скорость всех точек стержня одинакова. Обозначая расстояния от оси вращения до концов стержня как и , имеем

где = 1 м/с и = 2 м/с – линейные скорости концов стержня, м – его длина. Решая эту систему уравнений, найдем расстояния и , а затем и угловую скорость стержня . В результате получим

(ответ 3).

Среднее ускорение тела за некоторый интервал времени (не обязательно малый) определяется по формуле (2.1):

где и – скорости тела в конце и начале интервала времени . За половину периода вектор скорости поворачивается на 180°, поэтому величина разности равна . Поэтому среднее ускорение тела за половину периода равно

(задача 7.2.9 – ответ 1).

Очевидно, при зубчатой передаче совпадают линейные скорости точек на ободе шестерней. Действительно, если бы эти скорости были разными, между поверхностями шестерней было бы проскальзывание, которому препятствуют зубцы шестерней (задача 7.2.10 – ответ 2).

Что такое трение? | Живая наука

Трение – это сопротивление движению одного объекта, движущегося относительно другого. Согласно International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems , она не рассматривается как фундаментальная сила, как гравитация или электромагнетизм . Вместо этого ученые считают, что это результат электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях.

Ученые начали собирать воедино законы, управляющие трением, в 1400-х годах, согласно книге Механика грунтов (открывается в новой вкладке), но поскольку взаимодействия настолько сложны, определение силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и может нельзя вывести только из уравнений или законов.

На каждое общее правило о трении есть столько же исключений. Например, в то время как две шероховатые поверхности (например, наждачная бумага), трущиеся друг о друга, иногда имеют большее трение, очень гладко отполированные материалы (например, стеклянные пластины), которые были тщательно очищены от всех поверхностных частиц, могут на самом деле очень сильно прилипать друг к другу. согласно Королевское общество (открывается в новой вкладке).

Виды трения

Существует два основных вида трения: статическое и кинетическое , согласно журналу Учитель физики (открывается в новой вкладке). Статическое трение действует между двумя поверхностями, которые не движутся друг относительно друга, а кинетическое трение действует между движущимися объектами.

В жидкостях трение представляет собой сопротивление между движущимися слоями жидкости, которое также известно как вязкость. Как правило, более вязкие жидкости гуще, согласно журналу 9.0003 Дисфагия , поэтому мед имеет более жидкое трение, чем вода.

атома внутри твердого материала также могут испытывать трение. Например, если твердый блок металла сжимается, все атомы внутри материала движутся, создавая внутреннее трение.

В природе не бывает сред, полностью лишенных трения, по данным Американского физического общества : даже в глубоком космосе мельчайшие частицы материи могут взаимодействовать, вызывая трение.

Коэффициент трения

Два твердых объекта, движущихся друг против друга, испытывают кинетическое трение, согласно журналу Physical Review Letters (открывается в новой вкладке). В этом случае трение представляет собой некоторую долю перпендикулярной силы, действующей между двумя телами (доля определяется числом, называемым коэффициентом трения, который определяется экспериментально). В общем, сила не зависит от площади контакта и не зависит от того, насколько быстро движутся два объекта.

Трение действует и на неподвижные объекты. Согласно журналу Wear (открывается в новой вкладке), статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, превышает силу трения, испытываемую теми же двумя объектами, когда они движутся друг относительно друга. Статическое трение — это то, что удерживает коробку на наклонной поверхности от соскальзывания вниз.

Применение трения

Трение играет важную роль во многих повседневных процессах. Например, когда два тела трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения превращается в тепло в соответствии с 9.0003 Американское химическое общество (открывается в новой вкладке). Вот почему трение двух палочек друг о друга в конечном итоге вызовет пожар.

Трение также является причиной износа шестерен велосипеда и других механических частей. Вот почему смазочные материалы или жидкости часто используются для уменьшения трения и износа между движущимися частями, согласно Journal of Mechanical Design .

Дополнительные ресурсы

Подробнее о том, как работает трение в космосе, можно узнать из астронавт Пол Ричардс (открывается в новой вкладке). Кроме того, вы можете узнать больше о различных типах трения в этой статье из World Atlas (откроется в новой вкладке).

Библиография

«Логические и информационные аспекты в науке о поверхности: трение, капиллярность и супергидрофобность». Международный журнал параллельных, возникающих и распределенных систем. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17445760.2017.1419350 (откроется в новой вкладке)

Ламбе Т.В. и Уитмен Р.В. «Механика грунтов» Том. 10 (1991). Джон Уайли и сыновья. https://books.google.co.uk/books?id=oRLcDwAAQBAJ&pg=PA62&lpg=PA62&dq=laws+of+friction+1400s&source=bl&ots=rKx9ZWwiml&sig=ACfU3U0PBzqILMCPr29_W7mr_HhZt8qqhQ&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwi8i6Of-u31AhWXi1wKHeLaAssQ6AF6BAgsEAM#v=onepage&q=laws %20of%20friction%201400s&f=false (откроется в новой вкладке)

«Влияние шероховатости поверхности на сцепление упругих тел». Труды Королевского общества А (1975). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1975.0138 (открывается в новой вкладке)

«Влияние температуры поверхности на кинетическое трение». Учитель физики (2005). https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1869429 (открывается в новой вкладке)

«Измерение температуры и вязкости нектаро- и медово-густых жидкостей». Дисфагия (2008). https://link.springer.com/article/10.1007/s00455-007-9098-z (открывается в новой вкладке)

«Фотоны — это помеха». Американское физическое общество (2003 г.). https://physics.aps.org/story/v12/st22 (открывается в новой вкладке)

«Природа механических неустойчивостей и их влияние на кинетическое трение». Письма с физическим обзором (2002 г.). https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.89.224301

«О природе статического трения, кинетического трения и ползучести». Одежда (2003). https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164803002345 (открывается в новой вкладке)

«Влияние потерь на трение на эффективность цепной передачи велосипеда». Журнал механического дизайна (2001). https://asmedigitalcollection.asme.org/mechanicaldesign/article-abstract/123/4/598/445688/Effects-of-Frictional-Loss-on-Bicycle-Chain-Drive (открывается в новой вкладке)

Тиа — главный редактор, а ранее — старший писатель журнала Live Science. Ее работы публиковались в журналах Scientific American, Wired.com и других изданиях. Она имеет степень магистра биоинженерии Вашингтонского университета, диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз и степень бакалавра машиностроения Техасского университета в Остине. Тиа была частью команды журнала Milwaukee Journal Sentinel, которая опубликовала серию «Пустые колыбели» о преждевременных родах, получившую множество наград, в том числе медаль Кейси 2012 года за заслуги перед журналистикой.

Что такое трение? | Живая наука

Виды трения

Коэффициент трения

Применение трения

Дополнительные ресурсы

Библиография

Что такое трение? | Живая наука

Виды трения

Коэффициент трения

Применение трения

Дополнительные ресурсы

Библиография

5.1 Трение – Физика BCIT 0312 Учебник

Глава 5 Дополнительные применения законов Ньютона: трение, сопротивление и упругость

Резюме

Обсудите общие характеристики трения.
Опишите различные виды трения.
Рассчитайте величину статического и кинетического трения.

Трение — это сила, постоянно присутствующая вокруг нас, которая препятствует относительному движению между контактирующими системами, но также позволяет нам двигаться (что вы обнаружили, если когда-либо пытались ходить по льду). Хотя трение является обычной силой, поведение трения на самом деле очень сложное и до сих пор полностью не изучено. Мы должны в значительной степени полагаться на наблюдения для любого понимания, которое мы можем получить. Однако мы все еще можем иметь дело с его более элементарными общими характеристиками и понять обстоятельства, в которых он ведет себя.

ТРЕНИЕ

Трение – это сила, противодействующая относительному движению между контактирующими системами.

Одной из самых простых характеристик трения является то, что оно параллельно поверхности контакта между системами и всегда в направлении, противодействующем движению или попытке движения систем друг относительно друга. Если две системы находятся в контакте и движутся друг относительно друга, то трение между ними называется кинетическим трением . Например, трение замедляет скольжение хоккейной шайбы по льду. Но когда объекты неподвижны, между ними может действовать статическое трение ; статическое трение обычно больше, чем кинетическое трение между объектами.

КИНЕТИЧЕСКОЕ ТРЕНИЕ

Если две системы находятся в контакте и движутся относительно друг друга, то трение между ними называется кинетическим трением.

Представьте, например, что вы пытаетесь сдвинуть тяжелый ящик по бетонному полу — вы можете давить на ящик все сильнее и сильнее и не двигать его вообще. Это означает, что статическое трение реагирует на то, что вы делаете — оно увеличивается, чтобы быть равным вашему толчку и в противоположном направлении. Но если вы, наконец, нажмете достаточно сильно, ящик, кажется, внезапно соскользнет и начнет двигаться. Находясь в движении, его легче поддерживать в движении, чем было запустить, что указывает на то, что кинетическая сила трения меньше, чем статическая сила трения. Если вы добавляете массу к ящику, скажем, кладете на него коробку, вам нужно давить еще сильнее, чтобы он начал двигаться, а также чтобы он продолжал двигаться. Кроме того, если вы смазаете бетон маслом, вам будет легче запустить ящик и поддерживать его в рабочем состоянии (как и следовало ожидать).

Рисунок 1 представляет собой грубое графическое представление того, как возникает трение на границе раздела двух объектов. При ближайшем рассмотрении этих поверхностей видно, что они шероховатые. Поэтому, когда вы нажимаете, чтобы заставить объект двигаться (в данном случае ящик), вы должны поднимать объект до тех пор, пока он не сможет прыгать вместе с ударами только кончиками поверхности, отламывать точки или делать и то, и другое. Значительной силе можно сопротивляться трением без видимого движения. Чем сильнее прижимаются поверхности друг к другу (например, если на ящик кладут еще одну коробку), тем больше усилий требуется для их перемещения. Часть трения обусловлена силами сцепления между поверхностными молекулами двух объектов, которые объясняют зависимость трения от природы веществ. Адгезия зависит от контактирующих веществ и представляет собой сложный аспект физики поверхности. Когда объект движется, становится меньше точек соприкосновения (меньше прилипающих молекул), поэтому для удержания объекта в движении требуется меньшее усилие. При малых, но отличных от нуля скоростях трение почти не зависит от скорости.

Рисунок 1.

Величина силы трения имеет две формы: одна для статических ситуаций (статическое трение), другая для движения (кинетическое трение).

Когда между объектами нет движения, величина статического трения [латекс]\textbf{f}_{\textbf{s}}[/латекс] равна

[латекс] \boldsymbol {f _ {\ textbf {s}} \ leq \ mu _ {\ textbf {s}} \: N,} [/ латекс]

, где [латекс]\boldsymbol{\mu_{\textbf{s}}}[/латекс] — коэффициент статического трения, а [латекс]\textbf{N}[/латекс] — величина нормальной силы ( сила перпендикулярна поверхности).

ВЕЛИЧИНА СТАТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ

Величина статического трения[латекс]\boldsymbol{f_{\textbf{s}}}[/latex] равна

[латекс]\boldsymbol{f_{\textbf{s}}\leq \mu_{\textbf{s}}\:N,}[/latex]

, где[latex]\boldsymbol{\mu_{\textbf{s}}}[/latex] — коэффициент статического трения и[latex] ]\textbf{N}[/latex]является величиной нормальной силы.

Символ [латекс]\leq[/латекс] означает, что меньше или равно , подразумевая, что статическое трение может иметь минимальное и максимальное значение [латекс]\жирныйсимвол{\mu _{\textbf{s}}\ textbf{N}}.[/latex]Статическое трение — это реактивная сила, которая увеличивается, чтобы быть равной и противоположной любой прилагаемой силе, вплоть до своего максимального предела. Как только приложенная сила превысит [латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{s(max)}}},[/латекс] объект сдвинется. Таким образом

[латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{s(max)}}=\mu _{\textbf{s}}\textbf{N}.}[/latex]

Когда объект движется, величина кинетического трения [латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}}[/латекс] определяется как

[латекс]\boldsymbol{f_{\textbf{k}}=\mu_{\textbf{k}}\textbf{N},}[/latex]

, где[латекс]\жирныйсимвол{му_{\текстбф{к}}}[/латекс] — коэффициент кинетического трения. Система, в которой[latex]\boldsymbol{f_{\textbf{k}}=\mu_{\textbf{k}}\textbf{N}}[/latex] описывается как система, в которой трение ведет себя просто .

ВЕЛИЧИНА КИНЕТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ

Величина кинетического трения [латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}}[/latex] определяется как

[латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k} }=\mu_{\textbf{k}}\textbf{N},}[/latex]

, где[latex]\boldsymbol{\mu_{\textbf{k}}}[/latex] — коэффициент кинетической трение.

Как видно из таблицы 1, коэффициенты кинетического трения меньше, чем их статические аналоги. То, что значения[latex]\boldsymbol{\mu}[/latex] в таблице 1 указаны только с одной или, самое большее, с двумя цифрами, является указанием на приблизительное описание трения, данное двумя приведенными выше уравнениями.

[латекс]\textbf{Система}[/латекс]	[латекс]\textbf{Статическое трение}\boldsymbol{\mu _{\textbf{s}}}[/латекс]	[латекс]\textbf{Кинетическое трение}\boldsymbol{\mu _{\textbf{k}}}[/латекс]
Резина на сухом бетоне	1,0	0,7
Резина на мокром бетоне	0,7	0,5
Дерево на дереве	0,5	0,3
Вощеная древесина на мокром снегу	0,14	0,1
Металл на дереве	0,5	0,3
Сталь по стали (сухая)	0,6	0,3
Сталь по стали (промасленный)	0,05	0,03
Тефлон на стали	0,04	0,04
Кость, смазанная синовиальной жидкостью	0,016	0,015
Туфли на дереве	0,9	0,7
Обувь на льду	0,1	0,05
Лед на льду	0,1	0,03
Сталь на льду	0,4	0,02
Таблица 1. Коэффициенты статического и кинетического трения.

Приведенные ранее уравнения включают зависимость трения от материалов и нормальную силу. Направление трения всегда противоположно движению, параллельно поверхности между объектами и перпендикулярно нормальной силе. Например, если ящик, который вы пытаетесь толкнуть (с силой, параллельной полу), имеет массу 100 кг, то нормальная сила будет равна его весу,[латекс]\boldsymbol{\textbf{W}=mg =(100\textbf{кг})(92)=980\textbf{ N}},[/latex]перпендикулярно полу. Если коэффициент статического трения равен 0,45, вам придется приложить силу, параллельную полу, большую, чем[латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{s(max)}}=\mu\textbf{N}=(0,45 )\:(980\textbf{ N})=440\textbf{ N}}[/latex], чтобы переместить ящик. Когда есть движение, трение меньше, а коэффициент кинетического трения может быть 0,30, так что сила всего 290 Н ([латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}=\mu _{\textbf{k} }\textbf{N}=(0,30)(980\textbf{ N})=290\textbf{ N}}[/latex]) будет поддерживать постоянную скорость. Если пол смазан, оба коэффициента значительно меньше, чем без смазки. Коэффициент трения – это безразмерная величина, величина которой обычно находится в диапазоне от 0 до 1,0. Коэффициент трения зависит от двух соприкасающихся поверхностей.

ЭКСПЕРИМЕНТ ДЛЯ ДОМА

Найдите небольшой пластиковый предмет (например, пищевой контейнер) и поставьте его на кухонный стол, слегка постукивая по нему. Теперь распылите воду на стол, имитируя легкий дождь. Что происходит теперь, когда вы нажимаете на объект того же размера? Теперь добавьте несколько капель масла (растительного или оливкового) на поверхность воды и дайте такой же кран. Что происходит? Эта последняя ситуация особенно важна для водителей, особенно после небольшого дождя. Почему?

Многие люди испытывали скользкость при ходьбе по льду. Однако многие части тела, особенно суставы, имеют гораздо меньший коэффициент трения — часто в три-четыре раза меньше, чем лед. Сустав образован концами двух костей, которые соединены толстыми тканями. Коленный сустав образован костью голени (голенью) и бедренной костью (бедренной костью). Тазобедренный сустав представляет собой шаровидный (на конце бедренной кости) и впадинный (часть таза) сустав. Концы костей в суставе покрыты хрящом, что обеспечивает гладкую, почти стекловидную поверхность. Суставы также вырабатывают жидкость (синовиальную жидкость), которая уменьшает трение и износ. Поврежденный или пораженный артритом сустав можно заменить искусственным суставом (рис. 2). Эти заменители могут быть изготовлены из металлов (нержавеющая сталь или титан) или пластмассы (полиэтилен), также с очень низкими коэффициентами трения.

Рисунок 2.

К другим естественным смазочным материалам относятся слюна, вырабатываемая во рту для облегчения процесса глотания, и скользкая слизь, образующаяся между органами в организме, позволяющая им свободно перемещаться друг мимо друга во время сердцебиения, во время дыхания, и когда человек двигается. Искусственные смазки также распространены в больницах и поликлиниках. Например, при ультразвуковой визуализации гель, соединяющий датчик с кожей, также служит для смазывания поверхности между датчиком и кожей, тем самым снижая коэффициент трения между двумя поверхностями. Это позволяет датчику свободно перемещаться по коже.

Пример 1. Упражнение на лыжах

Лыжник массой 62 кг скользит по заснеженному склону. Найдите коэффициент кинетического трения для лыжника, если известно, что трение равно 45,0 Н.

Стратегия

Величина кинетического трения равна 45,0 Н. Кинетическое трение связано с нормальной силой[латекс]\ textbf{N}[/latex]as[latex]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}=\mu _{\textbf{k}}{N}}[/latex]; таким образом, коэффициент кинетического трения можно найти, если мы сможем найти нормальную силу лыжника на склоне. Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности, а поскольку движение перпендикулярно поверхности отсутствует, нормальная сила должна равняться составляющей веса лыжника, перпендикулярной склону. (См. диаграмму «лыжник и свободное тело» на рис. 3.)

Рис. 3.

w _⊥ 92)(0,906)}}[/latex][latex]\boldsymbol{=\:0,082.}[/latex]
Обсуждение
Этот результат немного меньше, чем коэффициент, указанный в таблице 1 для вощеной древесины. на снегу, но все же разумно, так как значения коэффициентов трения могут сильно различаться. В подобных ситуациях, когда объект массой[латекс]\жирныйсимвол{м}[/латекс]скользит вниз по склону, образующему угол[латекс]\жирныйсимвол{мтета}[/латекс] с горизонтом, трение задается by[latex]\boldsymbol{f_{\textbf{k}}=\mu_{\textbf{k}}mg\textbf{cos}\theta}. [/latex]Все объекты будут скользить по склону с постоянным ускорением под эти обстоятельства. Доказательство этого оставлено для задач и упражнений этой главы.
ЭКСПЕРИМЕНТ НА ЗАКАЗ

Объект будет скользить по наклонной плоскости с постоянной скоростью, если результирующая сила, действующая на объект, равна нулю. Мы можем использовать этот факт для измерения коэффициента кинетического трения между двумя объектами. Как показано в примере 1, кинетическое трение на склоне[латекс]\жирныйсимвол{f_{\textbf{k}}=\mu_{\textbf{k}}мг\textbf{cos}\theta}.[/latex] Компонент веса вниз по склону равен[latex]\boldsymbol{mg\textbf{sin}\theta}[/latex](см. диаграмму свободного тела на рисунке 3). Эти силы действуют в противоположных направлениях, поэтому, когда они имеют одинаковую величину, ускорение равно нулю. Выписывая это:
[латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}=Fg _{\textbf{x}}}[/latex]
[латекс]\boldsymbol{\mu _{\textbf{k}}мг \; \textbf{cos}\theta=mg \;\textbf{sin}\theta. }[/latex]
Решение для[latex]\boldsymbol{\mu _{\textbf{k}}},[/latex]мы найдите, что
[латекс]\boldsymbol{\mu _{\textbf{k}}\:=}[/latex][латекс]\boldsymbol{\frac{mg \;\textbf{sin}\theta}{mg \ ;\textbf{cos}\theta}}[/latex][latex]\boldsymbol{=\:\textbf{tan}\theta.}[/latex]
Положите монету на книгу и наклоняйте ее, пока монета не скользит с постоянной скоростью по книге. Возможно, вам придется слегка постучать по книге, чтобы заставить монету двигаться. Измерьте угол наклона относительно горизонтали и найдите[latex]\boldsymbol{\mu_{\textbf{k}}}.[/latex]Обратите внимание, что монета вообще не начнет скользить, пока угол больше[latex] ]\boldsymbol{\theta}[/latex] достигается, поскольку коэффициент статического трения больше, чем коэффициент кинетического трения. Обсудите, как это может повлиять на значение [latex]\boldsymbol{\mu _{\textbf{k}}}[/latex] и его неопределенность.
Мы обсудили, что, когда объект покоится на горизонтальной поверхности, существует нормальная сила, поддерживающая его, равная по величине его весу. Кроме того, простое трение всегда пропорционально нормальной силе.
ВЫПОЛНЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ: СУБМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ТРЕНИЯ

До сих пор рассматривались более простые аспекты трения, а именно его макроскопические (крупномасштабные) характеристики. За последние несколько десятилетий были достигнуты большие успехи в объяснении трения на атомном уровне. Исследователи обнаружили, что атомарная природа трения, по-видимому, имеет несколько фундаментальных характеристик. Эти характеристики не только объясняют некоторые из более простых аспектов трения, они также несут в себе потенциал для разработки сред, почти свободных от трения, которые могли бы сэкономить сотни миллиардов долларов энергии, которая в настоящее время преобразуется (без необходимости) в тепло.
Рисунок 4 иллюстрирует одну макроскопическую характеристику трения, которая объясняется микроскопическими (мелкомасштабными) исследованиями. Мы заметили, что трение пропорционально нормальной силе, но не площади контакта, что несколько противоречит здравому смыслу. Когда соприкасаются две шероховатые поверхности, фактическая площадь контакта составляет крошечную часть от общей площади, поскольку соприкасаются только высокие точки. Когда действует большая нормальная сила, фактическая площадь контакта увеличивается, и оказывается, что трение пропорционально этой площади.
Рисунок 4. Две соприкасающиеся шероховатые поверхности имеют гораздо меньшую площадь фактического контакта, чем их общая площадь. Когда есть большая нормальная сила в результате большей приложенной силы, площадь фактического контакта увеличивается, как и трение.
Но представление в атомном масштабе обещает объяснить гораздо больше, чем более простые особенности трения. В настоящее время определяется механизм образования тепла. Другими словами, почему поверхности нагреваются при трении? По сути, атомы связаны друг с другом, образуя решетки. Когда поверхности трутся, поверхностные атомы прилипают и вызывают вибрацию атомных решеток, по существу создавая звуковые волны, которые проникают в материал. {12}}[/латекс]), и его трудно предсказать теоретически, но напряжение сдвига дает фундаментальное понимание крупномасштабного явления. известное с древних времен — трение.
Рис. 5. Наконечник зонда деформируется вбок под действием силы трения, когда зонд тащит по поверхности. Измерения того, как сила меняется для разных материалов, дают фундаментальное представление об атомной природе трения.
ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: СИЛА И ДВИЖЕНИЕ
Узнайте, какие силы действуют, когда вы пытаетесь толкнуть картотечный шкаф. Создайте приложенную силу и посмотрите результирующую силу трения и общую силу, действующую на шкаф. Диаграммы показывают силы, положение, скорость и ускорение в зависимости от времени. Нарисуйте диаграмму всех сил свободного тела (включая силы тяжести и нормальные силы).
Рисунок 6. Силы и движение
Трение – контактная сила между системами, которая противодействует движению или попытке движения между ними. Простое трение пропорционально нормальной силе[латекс]\textbf{N}[/латекс], сталкивающей системы вместе. (Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности контакта между системами.) Трение зависит от обоих задействованных материалов. Величина статического трения[латекс]\boldsymbol{f_{\textbf{s}}}[/латекс]между системами, стационарными относительно друг друга, определяется выражением
[латекс] \boldsymbol {f _ {\ textbf {s}} \ leq \ mu \ textbf {N},} [/ латекс]
, где[латекс]\boldsymbol{\mu _{\textbf{s}}}[/латекс] — коэффициент статического трения, зависящий от обоих материалов.
Кинетическая сила трения[латекс]\boldsymbol{f_{\textbf{k}}}[/латекс]между системами, движущимися относительно друг друга, определяется выражением
[латекс]\boldsymbol{f_{\textbf{k}}=\mu_{\textbf{k}}\textbf{N},}[/latex]
, где [латекс]\boldsymbol{\mu_{\textbf{k}}}[/латекс] — коэффициент кинетического трения, который также зависит от обоих материалов.
Задачи и упражнения
1: Факультет физики готовит завтрак, когда замечает, что сила трения между его стальным шпателем и тефлоновой сковородкой составляет всего 0,200 Н. Зная коэффициент кинетического трения между двумя материалами, он быстро рассчитывает нормальную силу. Что это?
2: (a) При восстановлении двигателя своего автомобиля студент-физик должен приложить усилие 300 Н, чтобы вставить сухой стальной поршень в стальной цилиндр. Чему равна нормальная сила между поршнем и цилиндром? б) Какова величина силы, которую она должна была бы приложить, если бы стальные детали были смазаны маслом?
3: (a) Какова максимальная сила трения в коленном суставе человека, который поддерживает на этом колене 66,0 кг своей массы? (b) Во время напряженных упражнений на суставы можно воздействовать силой, в десять раз превышающей поддерживаемый вес. Какова максимальная сила трения при таких условиях? Силы трения в суставах относительно малы при любых обстоятельствах, за исключением случаев, когда суставы изнашиваются, например, в результате травмы или артрита. Увеличение силы трения может привести к дальнейшему повреждению и боли. 93\textbf{ кг}}[/latex]грузовик поддерживается двумя ведущими колесами, какова величина максимального ускорения, которое он может развить на сухом бетоне? б) Будет ли металлический шкаф, лежащий на деревянном кузове грузовика, скользить, если он будет двигаться с такой скоростью? (c) Решите обе задачи, предполагая, что грузовик имеет полный привод.
6: Упряжка из восьми собак тянет нарты с вощеными деревянными полозьями по мокрому снегу (каша!). Собаки имеют среднюю массу 19,0 кг, а загруженные сани с всадником имеют массу 210 кг. (a) Рассчитайте величину ускорения, начиная с состояния покоя, если каждая собака прикладывает к снегу среднюю силу 185 Н, направленную назад. б) Чему равно ускорение саней после того, как они тронулись? (c) Для обеих ситуаций рассчитайте величину силы в сцеплении между собаками и санями.
7: Рассмотрим фигуриста массой 65,0 кг, которого толкают два других фигуриста, показанных на рис. 7. (a) Найдите направление и величину [латекс]\textbf{F}_{\textbf{tot}},[ /latex]суммарная сила, действующая на нее со стороны остальных, учитывая, что величины[latex]\boldsymbol{F_1}[/latex]и[latex]\boldsymbol{F_2}[/latex]составляют 26,4 Н и 18,6 Н соответственно. . (b) Каково ее начальное ускорение, если она изначально неподвижна и носит коньки со стальными лезвиями, направленные в направлении [латекс]\textbf{F}_{\textbf{tot}}?[/latex](c) Что ее ускорение предполагает, что она уже движется в направлении [латекс]\textbf{F}_{\textbf{tot}}?[/latex](Помните, что трение всегда действует в направлении, противоположном движению или попытке движения между контактирующих поверхностей.)
Рис. 7.
8: Покажите, что ускорение любого объекта вниз по склону без трения, образующему угол [латекс]\boldsymbol{\theta}[/латекс]с горизонталью, равно[латекс]\жирныйсимвол{а =g \;\textbf{sin}\theta}.[/latex](Обратите внимание, что это ускорение не зависит от массы.)
9: Показать, что ускорение любого объекта вниз по склону, где трение ведет себя просто (что где [латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}=\mu _{\textbf{k}}\textbf{N}}[/latex]) – [латекс]\boldsymbol{a=g(\ textbf{sin} \;\theta-\mu _{\textbf{k}}\textbf{cos} \;\theta}[/latex]). {\circ}}[/latex]с горизонталью) при следующих дорожных условиях. Предположим, что только половина веса автомобиля приходится на два ведущих колеса и что учитывается коэффициент статического трения, то есть шины не могут проскальзывать во время ускорения. (Не обращайте внимания на прокатку.) (a) На сухом бетоне. (b) На мокром бетоне. (c) На льду, предполагая, что [латекс]\жирныйсимвол{\му _{\текстбф{с}}=0,100},[/латекс]то же, что и для обуви на льду. 95\textbf{ N}},[/latex]при условии, что двигатели действуют одинаково? Это не большая сила трения для такой массивной системы. Трение качения поездов невелико, и, следовательно, поезда являются очень энергоэффективными транспортными системами. б) Какова величина силы в сцеплении между 37-м и 38-м вагонами (это сила, с которой каждый вагон действует на другой), если предположить, что все вагоны имеют одинаковую массу и что трение равномерно распределено между всеми вагонами и двигатели?
17: Рассмотрим альпиниста массой 52,0 кг на рис. 8. (a) Найдите натяжение веревки и силу, которую альпинист должен прикладывать ногами к вертикальной скале, чтобы оставаться неподвижным. Предположим, что сила приложена параллельно ее ногам. Кроме того, предположим, что сила, действующая на ее руки, незначительна. б) Каков минимальный коэффициент трения между ее туфлями и скалой?
Рис. 8. Часть веса альпиниста приходится на веревку, а часть — на трение между ногами и скалой.
18: Участник зимних спортивных соревнований толкает глыбу льда весом 45,0 кг по замерзшему озеру, как показано на рис. 9(а). (a) Вычислите минимальную силу[латекс]\boldsymbol{F}[/латекс], которую он должен приложить, чтобы сдвинуть блок. б) Чему равно его ускорение после того, как оно начнет двигаться, если эта сила сохраняется?
19: Повторить упражнение 18, когда участник тянет блок льда с веревкой через плечо под тем же углом над горизонталью, как показано на рисунке 9.(б).
Рис. 9. Какой способ скольжения глыбы льда требует меньшего усилия — (а) толкание или (б) вытягивание под одним и тем же углом над горизонталью?
трение
сила, препятствующая относительному движению или попыткам движения между контактирующими системами
кинетическое трение
сила, противодействующая движению двух систем, находящихся в контакте и движущихся относительно друг друга
статическое трение
сила, противодействующая движению двух систем, находящихся в контакте и не движущихся относительно друг друга
величина статического трения
[латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{s}}\leq\mu _{\textbf{s}}\textbf{N}},[/latex],где[латекс]\boldsymbol{\mu _{\textbf{ s}}}[/latex] — коэффициент статического трения и [latex]\textbf{N}[/latex] — величина нормальной силы
величина кинетического трения
[латекс]\boldsymbol{f _{\textbf{k}}=\mu _{\textbf{k}}\textbf{N}},[/latex],где[латекс]\boldsymbol{\mu _{\textbf{k }}}[/latex]коэффициент кинетического трения
5.
1 Трение — Колледж физики 2e
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Обсудите общие характеристики трения.
Опишите различные виды трения.
Рассчитайте величину статического и кинетического трения.
Трение — это постоянно присутствующая вокруг нас сила, которая противодействует относительному движению между соприкасающимися поверхностями, но также позволяет нам двигаться (что вы обнаружили, если когда-либо пытались ходить по льду). Хотя трение является обычной силой, поведение трения на самом деле очень сложное и до сих пор полностью не изучено. Мы должны в значительной степени полагаться на наблюдения для любого понимания, которое мы можем получить. Однако мы все еще можем иметь дело с его более элементарными общими характеристиками и понять обстоятельства, в которых он ведет себя.
Трение
Трение – это сила, противодействующая относительному движению между соприкасающимися поверхностями.

Одной из самых простых характеристик трения является то, что оно параллельно поверхности контакта между поверхностями и всегда в направлении, противодействующем движению или попытке движения систем друг относительно друга. Если две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга, то трение между ними называется кинетическим трением. Например, трение замедляет скольжение хоккейной шайбы по льду. Но когда объекты неподвижны, статическое трение 9между ними может действовать 0347 ; статическое трение обычно больше, чем кинетическое трение между поверхностями.

Кинетическое трение

Если две поверхности соприкасаются и движутся друг относительно друга, то трение между ними называется кинетическим трением.

Рисунок 5.2 является грубым графическим представлением того, как возникает трение на границе раздела двух объектов. При ближайшем рассмотрении этих поверхностей видно, что они шероховатые. Поэтому, когда вы нажимаете, чтобы заставить объект двигаться (в данном случае ящик), вы должны поднимать объект до тех пор, пока он не сможет прыгать вместе с ударами только кончиками поверхности, отламывать точки или делать и то, и другое. Значительной силе можно сопротивляться трением без видимого движения. Чем сильнее прижимаются поверхности друг к другу (например, если на ящик кладут еще одну коробку), тем больше усилий требуется для их перемещения. Часть трения обусловлена силами сцепления между поверхностными молекулами двух объектов, которые объясняют зависимость трения от природы веществ. Адгезия зависит от контактирующих веществ и представляет собой сложный аспект физики поверхности. Когда объект движется, становится меньше точек соприкосновения (меньше прилипающих молекул), поэтому для удержания объекта в движении требуется меньшее усилие. При малых, но отличных от нуля скоростях трение почти не зависит от скорости.

Рисунок 5.2 Силы трения, такие как ff, всегда препятствуют движению или попытке движения между соприкасающимися поверхностями. Трение возникает отчасти из-за шероховатости соприкасающихся поверхностей, как видно на увеличенном виде. Для того чтобы объект двигался, он должен подняться туда, где пики могут проскакивать по нижней поверхности. Таким образом, сила требуется только для того, чтобы привести объект в движение. Некоторые из пиков будут сломаны, что также потребует силы для поддержания движения. На самом деле большая часть трения возникает из-за сил притяжения между молекулами, составляющими два объекта, так что даже идеально гладкие поверхности не лишены трения. Такие силы сцепления также зависят от веществ, из которых сделаны поверхности, что объясняет, например, почему обувь с резиновой подошвой скользит меньше, чем обувь с кожаной подошвой.

При отсутствии движения между объектами величина трения покоя fsfs равна

fs≤μsN,fs≤μsN,

5.1

где μsμs — коэффициент трения покоя, а NN — величина нормальной силы (сила, перпендикулярная поверхности).

Величина статического трения

Величина трения покоя fsfs равна

fs≤μsN,fs≤μsN,

5,2

где μsμs — коэффициент трения покоя, а NN — величина нормальной силы.

Символ ≤≤ означает, что меньше или равно , подразумевая, что трение покоя может иметь минимальное и максимальное значение µsNµsN. Статическое трение — это реактивная сила, которая увеличивается, чтобы быть равной и противоположной любой приложенной силе, вплоть до своего максимального предела. Как только приложенная сила превысит fs(max)fs(max), объект начнет двигаться. Таким образом

fs(max)=µsN.fs(max)=µsN.

5.3

Когда объект движется, величина кинетического трения fkfk определяется как

fk=µkN, fk=µkN,

5.4

, где µkµk — коэффициент кинетического трения. Система, в которой fk=µkNfk=µkN, описывается как система, в которой трение ведет себя просто .

Величина кинетического трения

Величина кинетического трения fkfk определяется как

fk=µkN,fk=µkN,

5,5

где μkμk — коэффициент кинетического трения.

Как видно из Таблицы 5.1, коэффициенты кинетического трения меньше, чем их статические аналоги. То, что значения μμ в таблице 5.1 указаны только с одной или, самое большее, с двумя цифрами, указывает на приблизительное описание трения, данное двумя приведенными выше уравнениями.

Система	Статическое трение мкс мкс	Кинетическое трениеμkμk
Резина на сухом бетоне	1,0	0,7
Резина на мокром бетоне	0,7	0,5
Дерево на дереве	0,5	0,3
Вощеная древесина на мокром снегу	0,14	0,1
Металл на дереве	0,5	0,3
Сталь по стали (сухая)	0,6	0,3
Сталь по стали (промасленный)	0,05	0,03
Тефлон на стали	0,04	0,04
Кость, смазанная синовиальной жидкостью	0,016	0,015
Туфли на дереве	0,9	0,7
Обувь на льду	0,1	0,05
Лед на льду	0,1	0,03
Сталь на льду	0,04	0,02

Стол 5. 1 Коэффициенты статического и кинетического трения

Приведенные ранее уравнения включают зависимость трения от материалов и нормальной силы. Направление трения всегда противоположно движению, параллельно поверхности между объектами и перпендикулярно нормальной силе. Например, если ящик, который вы пытаетесь толкнуть (с усилием, параллельным полу), имеет массу 100 кг, то нормальная сила будет равна его весу, W=mg=(100 кг)(90,80 м/с2)=980 NW=мг=(100 кг)(9,80 м/с2)=980 Н, перпендикулярно полу. Если коэффициент статического трения равен 0,45, вам придется приложить параллельно полу силу, превышающую fs(max)=µsN=0,45(980N)=440Nfs(max)=µsN=0,45(980N)=440Nдля перемещения ящика. Когда есть движение, трение меньше, а коэффициент кинетического трения может быть 0,30, так что сила всего 290 Н (fk=мкН=0,30980Н=290Нfk=мкН=0,30980Н=290Н) будет поддерживать его движение с постоянной скоростью. Если пол смазан, оба коэффициента значительно меньше, чем без смазки. Коэффициент трения – это безразмерная величина, величина которой обычно находится в диапазоне от 0 до 1,0. Коэффициент трения зависит от двух соприкасающихся поверхностей.

Домашний эксперимент

Многие люди испытывают скользкость при ходьбе по льду. Однако многие части тела, особенно суставы, имеют гораздо меньший коэффициент трения — часто в три-четыре раза меньше, чем лед. Сустав образован концами двух костей, которые соединены толстыми тканями. Коленный сустав образован костью голени (голенью) и бедренной костью (бедренной костью). Тазобедренный сустав представляет собой шаровидный (на конце бедренной кости) и впадинный (часть таза) сустав. Концы костей в суставе покрыты хрящом, что обеспечивает гладкую, почти стекловидную поверхность. Суставы также вырабатывают жидкость (синовиальную жидкость), которая уменьшает трение и износ. Поврежденный или пораженный артритом сустав можно заменить искусственным суставом (рис. 5.3). Эти заменители могут быть изготовлены из металлов (нержавеющая сталь или титан) или пластмассы (полиэтилен), также с очень низкими коэффициентами трения.

Рисунок 5.3 Искусственная замена коленного сустава — это процедура, которая проводится уже более 20 лет. На этом рисунке мы видим послеоперационные рентгеновские снимки замены правого коленного сустава. (кредит: Майк Бэрд, Flickr)

Другие природные смазки включают слюну, вырабатываемую во рту, чтобы помочь в процессе глотания, и скользкую слизь, находящуюся между органами в теле, позволяющую им свободно перемещаться друг мимо друга во время сердцебиения, во время дыхания. , и когда человек двигается. Искусственные смазки также распространены в больницах и поликлиниках. Например, при ультразвуковой визуализации гель, соединяющий датчик с кожей, также служит для смазывания поверхности между датчиком и кожей, тем самым снижая коэффициент трения между двумя поверхностями. Это позволяет датчику свободно перемещаться по коже.

Пример 5.1

Упражнение на лыжах

Стратегия

Величина кинетического трения равна 45,0 Н. Кинетическое трение связано с нормальной силой NN как fk=µkNfk=µkN; таким образом, коэффициент кинетического трения можно найти, если мы сможем найти нормальную силу лыжника на склоне. Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности, а поскольку движение перпендикулярно поверхности отсутствует, нормальная сила должна равняться составляющей веса лыжника, перпендикулярной склону. (См. диаграмму «лыжник и свободное тело» на рис. 5.4.)

Рисунок 5.4 Движение лыжника и трение параллельны склону, поэтому удобнее всего проецировать все силы на систему координат, где одна ось параллельна склону, а другая перпендикулярна (оси показаны слева от лыжника). NN (нормальная сила) перпендикулярна склону, а ff (трение) параллельна склону, но ww (вес лыжника) имеет компоненты по обеим осям, а именно w⊥w⊥ и В//В//. NN равно по модулю w⊥w⊥, поэтому движение перпендикулярно склону отсутствует. Однако ff меньше W//W// по величине, так что ускорение вниз по склону (вдоль x по оси).

То есть

N=w⊥=wcos25º=mgcos25º.N=w⊥=wcos25º=mgcos25º.

5,6

Подставив это в наше выражение для кинетического трения, мы получим

fk=µkmgcos25º, fk=µkmgcos25º,

5,7

, которое теперь можно решить для коэффициента кинетического трения µkµk.

Решение

Нахождение µkµk дает

µk=fkN=fkwcos25º=fkmgcos25º. µk=fkN=fkwcos25º=fkmgcos25º.

5,8

Подставляя известные значения в правую часть уравнения,

мкк=45,0 Н(62 кг)(9,80 м/с2)(0,906)=0,082.мкк=45,0 Н(62 кг)(9,80 м/с2)(0,906)=0,082.

5.9

Обсуждение

Этот результат немного меньше, чем коэффициент, указанный в таблице 5.1 для вощеной древесины на снегу, но все же приемлем, поскольку значения коэффициентов трения могут сильно различаться. В подобных ситуациях, когда объект массой мм скользит по склону, образующему угол θθ по горизонтали трение определяется формулой fk=µkmgcosθfk=µkmgcosθ. В этих условиях все объекты будут скользить вниз по склону с постоянным ускорением. Доказательство этого оставлено для задач и упражнений этой главы.

Домашний эксперимент

Объект будет скользить по наклонной плоскости с постоянной скоростью, если результирующая сила, действующая на объект, равна нулю. Мы можем использовать этот факт для измерения коэффициента кинетического трения между двумя объектами. Как показано в примере 5.1, кинетическое трение на склоне fk=µkmgcosθfk=µkmgcosθ. Компонент веса вниз по склону равен mgsinθmgsinθ (см. диаграмму свободного тела на рис. 5.4). Эти силы действуют в противоположных направлениях, поэтому, когда они имеют одинаковую величину, ускорение равно нулю. Выписывая это:

fk=mgxfk=mgx

5.10

µkmgcosθ=mgsinθ.µkmgcosθ=mgsinθ.

5.11

Решая μkμk, мы находим, что

μk=mgsinθmgcosθ=tanθ.μk=mgsinθmgcosθ=tanθ.

5.12

Положите монету на книгу и наклоняйте ее, пока монета не будет скользить по книге с постоянной скоростью. Возможно, вам придется слегка постучать по книге, чтобы заставить монету двигаться. Измерьте угол наклона относительно горизонтали и найдите µkµk. Обратите внимание, что монета вообще не начнет скользить, пока не будет достигнут угол, больший, чем θθ, поскольку коэффициент статического трения больше, чем коэффициент кинетического трения. Обсудите, как это может повлиять на значение µkµk и его неопределенность.

Мы уже обсуждали, что когда объект лежит на горизонтальной поверхности, на него действует нормальная сила, равная по величине его весу. Кроме того, простое трение всегда пропорционально нормальной силе.

Установление связей: субмикроскопические объяснения трения

До сих пор рассматривались более простые аспекты трения — его макроскопические (крупномасштабные) характеристики. За последние несколько десятилетий были достигнуты большие успехи в объяснении трения на атомном уровне. Исследователи обнаружили, что атомарная природа трения, по-видимому, имеет несколько фундаментальных характеристик. Эти характеристики не только объясняют некоторые из более простых аспектов трения, они также несут в себе потенциал для разработки сред, почти свободных от трения, которые могли бы сэкономить сотни миллиардов долларов энергии, которая в настоящее время преобразуется (без необходимости) в тепло.

Рисунок 5.5 иллюстрирует одну макроскопическую характеристику трения, которая объясняется микроскопическими (мелкомасштабными) исследованиями. Мы заметили, что трение пропорционально нормальной силе, но не площади контакта, что несколько противоречит здравому смыслу. Когда соприкасаются две шероховатые поверхности, фактическая площадь контакта составляет крошечную часть от общей площади, поскольку соприкасаются только высокие точки. Когда действует большая нормальная сила, фактическая площадь контакта увеличивается, и оказывается, что трение пропорционально этой площади.

Рисунок 5,5 Две соприкасающиеся шероховатые поверхности имеют гораздо меньшую площадь фактического контакта, чем их общая площадь. Когда есть большая нормальная сила в результате большей приложенной силы, площадь фактического контакта увеличивается, как и трение.

Но представление в атомном масштабе обещает объяснить гораздо больше, чем простые особенности трения. В настоящее время определяется механизм образования тепла. Другими словами, почему поверхности нагреваются при трении? По сути, атомы связаны друг с другом, образуя решетки. Когда поверхности трутся, поверхностные атомы прилипают и вызывают вибрацию атомных решеток, по существу создавая звуковые волны, которые проникают в материал. Звуковые волны уменьшаются с расстоянием, и их энергия преобразуется в тепло. Химические реакции, связанные с фрикционным износом, также могут происходить между атомами и молекулами на поверхностях. На рис. 5.6 показано, как кончик зонда, проведенного по другому материалу, деформируется за счет трения атомного масштаба. Сила, необходимая для перетаскивания наконечника, может быть измерена, и установлено, что она связана с напряжением сдвига, которое будет обсуждаться далее в этой главе. Изменение напряжения сдвига заметно (более чем в 10121012 раз). ) и трудно предсказать теоретически, но напряжение сдвига дает фундаментальное понимание крупномасштабного явления, известного с древних времен, — трения.

Рисунок 5. 6 Наконечник зонда деформируется вбок под действием силы трения, когда зонд тащит по поверхности. Измерения того, как сила меняется для разных материалов, дают фундаментальное представление об атомной природе трения.

Исследования ФЕТ

Силы и движение

Узнайте, какие силы действуют, когда вы пытаетесь толкнуть картотечный шкаф. Создайте приложенную силу и посмотрите результирующую силу трения и общую силу, действующую на шкаф. Диаграммы показывают силы, положение, скорость и ускорение в зависимости от времени. Нарисуйте диаграмму всех сил свободного тела (включая силы тяжести и нормальные силы).

Трение | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Обсуждать общие характеристики трения.
Опишите различные виды трения.
Рассчитайте величину статического и кинетического трения.

Трение — это сила, постоянно присутствующая вокруг нас, которая противодействует относительному движению между контактирующими системами, но также позволяет нам двигаться (что вы обнаружили, если когда-либо пытались ходить по льду). Хотя трение является обычной силой, поведение трения на самом деле очень сложное и до сих пор полностью не изучено. Мы должны в значительной степени полагаться на наблюдения для любого понимания, которое мы можем получить. Однако мы все еще можем иметь дело с его более элементарными общими характеристиками и понять обстоятельства, в которых он ведет себя.

Трение

Трение — это сила, противодействующая относительному движению между контактирующими системами.

Одной из самых простых характеристик трения является то, что оно параллельно поверхности контакта между системами и всегда в направлении, противодействующем движению или попытке движения систем друг относительно друга. Если две системы находятся в контакте и движутся друг относительно друга, то трение между ними называется кинетическим трением . Например, трение замедляет скольжение хоккейной шайбы по льду. Но когда объекты неподвижны, между ними может действовать статическое трение ; статическое трение обычно больше, чем кинетическое трение между объектами.

Кинетическое трение

На рис. 1 показано грубое графическое изображение того, как возникает трение на границе раздела двух объектов. При ближайшем рассмотрении этих поверхностей видно, что они шероховатые. Поэтому, когда вы нажимаете, чтобы заставить объект двигаться (в данном случае ящик), вы должны поднимать объект до тех пор, пока он не сможет прыгать вместе с ударами только кончиками поверхности, отламывать точки или делать и то, и другое. Значительной силе можно сопротивляться трением без видимого движения. Чем сильнее прижимаются поверхности друг к другу (например, если на ящик кладут еще одну коробку), тем больше усилий требуется для их перемещения. Часть трения обусловлена силами сцепления между поверхностными молекулами двух объектов, которые объясняют зависимость трения от природы веществ. Адгезия зависит от контактирующих веществ и представляет собой сложный аспект физики поверхности. Когда объект движется, становится меньше точек соприкосновения (меньше прилипающих молекул), поэтому для удержания объекта в движении требуется меньшее усилие. При малых, но отличных от нуля скоростях трение почти не зависит от скорости.

Рисунок 1.

Силы трения, такие как f , всегда препятствуют движению или попытке движения между соприкасающимися объектами. Трение возникает отчасти из-за шероховатости соприкасающихся поверхностей, как видно на увеличенном виде. Для того чтобы объект двигался, он должен подняться туда, где пики могут проскакивать по нижней поверхности. Таким образом, сила требуется только для того, чтобы привести объект в движение. Некоторые из пиков будут сломаны, что также потребует силы для поддержания движения. На самом деле большая часть трения возникает из-за сил притяжения между молекулами, составляющими два объекта, так что даже идеально гладкие поверхности не лишены трения. Такие силы сцепления также зависят от веществ, из которых сделаны поверхности, что объясняет, например, почему обувь с резиновой подошвой скользит меньше, чем обувь с кожаной подошвой.

When there is no motion between the objects, the magnitude of static friction f _s is f _s ≤ μ _s N , where μ _s is коэффициент трения покоя и N — величина нормальной силы (силы, перпендикулярной поверхности).

Magnitude of Static Friction

Magnitude of static friction f _s is f _s ≤ μ _s N , where μ _s is the coefficient of static friction and Н — величина нормальной силы.

Символ ≤ означает, что меньше или равно , подразумевая, что статическое трение может иметь минимальное и максимальное значение μ _с N . Статическое трение — это реактивная сила, которая увеличивается, чтобы быть равной и противоположной любой приложенной силе, вплоть до своего максимального предела. Как только приложенная сила превысит f _s(max) , объект начнет двигаться. Таким образом, f _{с(макс.)} = μ _с N .

Когда объект движется, величина кинетического трения f _k определяется выражением f _k = μ _k N , где μ _k — коэффициент кинетического трения. Система, в которой f _k = μ _k N , описывается как система, в которой трение ведет себя просто .

Величина кинетического трения

Величина кинетического трения f _k задается как0393 μ _k — коэффициент кинетического трения.

Как видно из таблицы 1, коэффициенты кинетического трения меньше, чем их статические аналоги. То, что значения μ в Таблице 1 указаны только с одной или, самое большее, с двумя цифрами, является указанием на приблизительное описание трения, данное двумя приведенными выше уравнениями.

Таблица 1. Коэффициенты статического и кинетического трения
Система	Статическое трение мк _с	Кинетическое трение μ _k
Резина на сухом бетоне	1,0	0,7
Резина на мокром бетоне	0,7	0,5
Дерево на дереве	0,5	0,3
Вощеная древесина на мокром снегу	0,14	0,1
Металл на дереве	0,5	0,3
Сталь по стали (сухая)	0,6	0,3
Сталь по стали (промасленный)	0,05	0,03
Тефлон на стали	0,04	0,04
Кость, смазанная синовиальной жидкостью	0,016	0,015
Туфли на дереве	0,9	0,7
Обувь на льду	0,1	0,05
Лед на льду	0,1	0,03
Сталь на льду	0,4	0,02

Приведенные ранее уравнения включают зависимость трения от материалов и нормальную силу. Направление трения всегда противоположно движению, параллельно поверхности между объектами и перпендикулярно нормальной силе. Например, если ящик, который вы пытаетесь толкнуть (с усилием, параллельным полу), имеет массу 100 кг, то нормальная сила будет равна его весу, Вт = мг = (100 кг)(9,80 м/с ² ) = 980 Н, перпендикулярно полу. Если коэффициент статического трения равен 0,45, вам придется приложить силу, параллельную полу, большую, чем 440N, чтобы переместить ящик. Когда есть движение, трение меньше, а коэффициент кинетического трения может быть 0,30, так что сила всего 290 Н 90 393 f 90 394 90 577 k 90 578 = μ _k Н = (0,30)(980 Н) = 290 Н поддерживает движение с постоянной скоростью. Если пол смазан, оба коэффициента значительно меньше, чем без смазки. Коэффициент трения – это безразмерная величина, величина которой обычно находится в диапазоне от 0 до 1,0. Коэффициент трения зависит от двух соприкасающихся поверхностей.

Возьми домой эксперимент

Многие люди испытывают скользкость при ходьбе по льду. Однако многие части тела, особенно суставы, имеют гораздо меньший коэффициент трения — часто в три-четыре раза меньше, чем лед. Сустав образован концами двух костей, которые соединены толстыми тканями. Коленный сустав образован костью голени (голенью) и бедренной костью (бедренной костью). Тазобедренный сустав представляет собой шаровидный (на конце бедренной кости) и впадинный (часть таза) сустав. Концы костей в суставе покрыты хрящом, что обеспечивает гладкую, почти стекловидную поверхность. Суставы также вырабатывают жидкость (синовиальную жидкость), которая уменьшает трение и износ. Поврежденный или пораженный артритом сустав можно заменить искусственным суставом (рис. 2). Эти заменители могут быть изготовлены из металлов (нержавеющая сталь или титан) или пластмассы (полиэтилен), также с очень низкими коэффициентами трения.

Рисунок 2. Искусственная замена коленного сустава — это процедура, которая проводится уже более 20 лет. На этом рисунке мы видим послеоперационные рентгеновские снимки замены правого коленного сустава. (кредит: Майк Бэрд, Flickr)

Пример 1. Упражнение на лыжах

Стратегия

Величина кинетического трения принята равной 45,0 Н. Кинетическое трение связано с нормальной силой Н соотношением f _k = μ _k N ; таким образом, коэффициент кинетического трения можно найти, если мы сможем найти нормальную силу лыжника на склоне. Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности, а поскольку движение перпендикулярно поверхности отсутствует, нормальная сила должна равняться составляющей веса лыжника, перпендикулярной склону. (См. диаграмму «лыжник и свободное тело» на рис. 3.)

Рис. 3.

Движение лыжника и трение параллельны склону, поэтому удобнее всего проецировать все силы на систему координат, где одна ось параллельна склону, а другая перпендикулярна (оси показаны на слева от лыжника). N (нормальная сила) перпендикулярна склону, а f (трение) параллельно склону, но w (вес лыжника) имеет компоненты по обеим осям, а именно w _⊥ и W _// . N равно по модулю w _⊥ , поэтому движение перпендикулярно склону отсутствует. Однако по модулю f меньше, чем W _//, так что есть ускорение вниз по склону (вдоль оси x ).

То есть N = w _⊥ = w cos 25º = мг cos 25º.

Подставив это в выражение для кинетического трения, мы получим f _k = μ _k мг cos 25º, которое теперь можно найти для коэффициента кинетического трения 92)(0,906)}=0,082\\[/латекс].

Обсуждение

Этот результат немного меньше, чем коэффициент, указанный в таблице 5.1 для вощеной древесины на снегу, но все же разумен, так как значения коэффициентов трения могут сильно различаться. В подобных ситуациях, когда объект массой 90 393 м 90 394 скользит по склону, образующему с горизонтом угол 90 393 θ 90 394, трение определяется выражением . В этих условиях все объекты будут скользить вниз по склону с постоянным ускорением. Доказательство этого оставлено для задач и упражнений этой главы.

Эксперимент на вынос

Объект будет скользить по наклонной плоскости с постоянной скоростью, если результирующая сила, действующая на объект, равна нулю. Мы можем использовать этот факт для измерения коэффициента кинетического трения между двумя объектами. Как показано в примере 1, кинетическое трение на склоне f _k = μ _k мг cos θ. Компонент веса вниз по склону равен мг sin θ (см. диаграмму свободного тела на рисунке 3). Эти силы действуют в противоположных направлениях, поэтому, когда они имеют одинаковую величину, ускорение равно нулю. Выписывая это:

F _K = FG _x

μ _K MG .

Решая для μ _k , мы находим, что

[латекс]\displaystyle\mu_{\text{k}}=\frac{mg\sin\theta}{mg\cos\theta}=\tan \theta\\[/latex]

Положите монету на книгу и наклоняйте ее, пока монета не будет скользить по книге с постоянной скоростью. Возможно, вам придется слегка постучать по книге, чтобы заставить монету двигаться. Измерьте угол наклона относительно горизонтали и найдите мк _к . Обратите внимание, что монета вообще не начнет скользить, пока не будет достигнут угол, больший θ , поскольку коэффициент статического трения больше, чем коэффициент кинетического трения. Обсудите, как это может повлиять на значение μ _k и его неопределенность.

Мы обсуждали, что когда объект лежит на горизонтальной поверхности, на него действует нормальная сила, равная по величине его весу. Кроме того, простое трение всегда пропорционально нормальной силе.

Соединения: субмикроскопические объяснения трения

Наиболее простыми аспектами трения, которые рассматривались до сих пор, были его макроскопические (крупномасштабные) характеристики. За последние несколько десятилетий были достигнуты большие успехи в объяснении трения на атомном уровне. Исследователи обнаружили, что атомарная природа трения, по-видимому, имеет несколько фундаментальных характеристик. Эти характеристики не только объясняют некоторые из более простых аспектов трения, они также несут в себе потенциал для разработки сред, почти свободных от трения, которые могли бы сэкономить сотни миллиардов долларов энергии, которая в настоящее время преобразуется (без необходимости) в тепло.

На рисунке 4 иллюстрирована одна макроскопическая характеристика трения, которая объясняется микроскопическими (мелкомасштабными) исследованиями. Мы заметили, что трение пропорционально нормальной силе, но не площади контакта, что несколько противоречит здравому смыслу. Когда соприкасаются две шероховатые поверхности, фактическая площадь контакта составляет крошечную часть от общей площади, поскольку соприкасаются только высокие точки. Когда действует большая нормальная сила, фактическая площадь контакта увеличивается, и оказывается, что трение пропорционально этой площади.

Рисунок 4. Две соприкасающиеся шероховатые поверхности имеют гораздо меньшую площадь фактического контакта, чем их общая площадь. Когда есть большая нормальная сила в результате большей приложенной силы, площадь фактического контакта увеличивается, как и трение.

Но представление в атомном масштабе обещает объяснить гораздо больше, чем простые особенности трения. В настоящее время определяется механизм образования тепла. Другими словами, почему поверхности нагреваются при трении? По сути, атомы связаны друг с другом, образуя решетки. Когда поверхности трутся, поверхностные атомы прилипают и вызывают вибрацию атомных решеток, по существу создавая звуковые волны, которые проникают в материал. Звуковые волны уменьшаются с расстоянием, и их энергия преобразуется в тепло. Химические реакции, связанные с фрикционным износом, также могут происходить между атомами и молекулами на поверхностях. На рис. 5 показано, как кончик зонда, проведенного по другому материалу, деформируется за счет трения атомного масштаба. Сила, необходимая для перетаскивания наконечника, может быть измерена, и установлено, что она связана с напряжением сдвига, которое будет обсуждаться далее в этой главе. Изменение напряжения сдвига заметно (более чем в 10 9 раз).1405 12 ) и трудно поддающееся теоретическому прогнозированию, но касательное напряжение дает фундаментальное понимание крупномасштабного явления, известного с древних времен, — трения.

Рис. 5. Наконечник зонда деформируется вбок под действием силы трения, когда зонд тащит по поверхности. Измерения того, как сила меняется для разных материалов, дают фундаментальное представление об атомной природе трения.

PhET Explorations: Forces and Motion

Нажмите, чтобы скачать. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

Трение — это контактная сила между системами, которая препятствует движению или попытке движения между ними. Простое трение пропорционально нормальной силе N, сталкивающей системы друг с другом. (Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности контакта между системами.) Трение зависит от обоих задействованных материалов. Величина статического трения [латекс]{f}_{\text{s}}\\[/latex] между системами, неподвижными относительно друг друга, определяется формулой [latex]{f}_{\text{s}}\ le {\mu }_{\text{s}}N\\[/latex], где [latex]{\mu }_{\text{s}}\\[/latex] — коэффициент статического трения, что зависит от обоих материалов.
Кинетическая сила трения [латекс]{f}_{\text{k}}\\[/latex] между системами, движущимися относительно друг друга, определяется выражением [latex]{f}_{\text{k}}= {\mu }_{\text{k}}N\\[/latex], где [latex]{\mu }_{\text{k}}\\[/latex] — коэффициент кинетического трения, который также зависит от обоих материалов.

Концептуальные вопросы

Дайте определение нормальной силе. Каково его отношение к трению, когда трение ведет себя просто?
Клей на куске ленты может оказывать воздействие. Могут ли эти силы быть разновидностью простого трения? Объясните, особенно учитывая, что лента может приклеиваться к вертикальным стенам и даже к потолку.
Когда вы учитесь водить машину, вы обнаружите, что вам нужно немного отпустить педаль тормоза, когда вы останавливаетесь, иначе машина остановится рывком. Объясните это с точки зрения связи между статическим и кинетическим трением.
Когда вы водите мелом по классной доске, он иногда скрипит, потому что быстро то соскальзывает, то прилипает к доске. Опишите этот процесс более подробно, объяснив, в частности, как он связан с тем, что кинетическое трение меньше статического трения. (Тот же процесс проскальзывания происходит, когда шины визжат по асфальту.)

Задачи и упражнения

Ответы на задачи в этом разделе выражайте с правильным количеством значащих цифр и правильными единицами измерения.

Студент-физик готовит завтрак, когда замечает, что сила трения между его стальным шпателем и тефлоновой сковородой составляет всего 0,200 Н. Зная коэффициент кинетического трения между двумя материалами, он быстро вычисляет нормальную силу. Что это?
При восстановлении двигателя своей машины студентка-физик должна приложить усилие 300 Н, чтобы вставить сухой стальной поршень в стальной цилиндр. а) Какова величина нормальной силы между поршнем и цилиндром? (б) Какова величина силы, которую она должна была бы приложить, если бы стальные детали были смазаны маслом?
(а) Какова максимальная сила трения в коленном суставе человека, который поддерживает на этом колене 66,0 кг своей массы? (b) Во время напряженных упражнений на суставы можно воздействовать силой, в десять раз превышающей поддерживаемый вес. Какова максимальная сила трения при таких условиях? Силы трения в суставах относительно малы при любых обстоятельствах, за исключением случаев, когда суставы изнашиваются, например, в результате травмы или артрита. Увеличение силы трения может привести к дальнейшему повреждению и боли.
Предположим, у вас есть 120-килограммовый деревянный ящик, стоящий на деревянном полу. а) Какую максимальную силу вы можете приложить горизонтально к ящику, не сдвигая его? (б) Если вы продолжите прикладывать эту силу, как только ящик начнет скользить, какова будет тогда величина его ускорения?
(a) Если половина веса небольшого 1,00 × 10 ³ кг грузового автомобиля приходится на два ведущих колеса, какова величина максимального ускорения, которое он может развить на сухом бетоне? б) Будет ли металлический шкаф, лежащий на деревянном кузове грузовика, скользить, если он будет двигаться с такой скоростью? (c) Решите обе задачи, предполагая, что грузовик имеет полный привод.
Упряжка из восьми собак тянет нарты с полозьями из вощеного дерева по мокрому снегу (месиво!). Собаки имеют среднюю массу 19,0 кг, а загруженные сани с всадником имеют массу 210 кг. (a) Рассчитайте величину ускорения, начиная с состояния покоя, если каждая собака прикладывает к снегу среднюю силу 185 Н, направленную назад. (b) Какова величина ускорения, когда сани начинают двигаться? (c) Для обеих ситуаций рассчитайте величину силы в сцепке между собаками и санями.
Предположим, что конькобежец массой 65,0 кг толкается двумя другими фигуристами, показанными на рис. 6. (a) Найдите направление и величину [латекса]{\mathbf{F}}_{\text{tot}}\\[/latex ], общая сила, действующая на нее со стороны других, учитывая, что величины [латекс]{F}_{1}\\[/латекс] и [латекс]{F}_{2}\\[/латекс] равны 26,4 Н и 18,6 Н соответственно; (b) Каково ее начальное ускорение, если она изначально неподвижна и носит коньки со стальными лезвиями, направленные в направлении [латекс]{\mathbf{F}}_{\text{tot}}\\[/латекс]? (c) Каково ее ускорение, если предположить, что она уже движется в направлении [латекс]{\mathbf{F}}_{\text{tot}}\\[/латекс]? (Помните, что трение всегда действует в направлении, противоположном движению или попытке движения между соприкасающимися поверхностями.)
Рисунок 6.
Покажите, что ускорение любого объекта на склоне без трения, образующем с горизонтом угол θ , равно a = g sin θ . (Обратите внимание, что это ускорение не зависит от массы. )
Покажите, что ускорение любого объекта на склоне, где трение ведет себя просто (то есть, где f _k = μ _k N ) равно a = g (sin θ − μ _k cos θ ). Заметим, что ускорение не зависит от массы и сводится к выражению из предыдущей задачи, когда трение становится пренебрежимо малым ( μ _k =0).
Рассчитайте замедление сноубордиста, поднимающегося по склону 5,0º, принимая во внимание коэффициент трения вощеной древесины по мокрому снегу. Ответ на вопрос 9 может быть полезен, но будьте осторожны, принимая во внимание тот факт, что сноубордист движется в гору. Подробно покажите, как вы выполняете шаги, описанные в Стратегии решения проблем.
(a) Рассчитайте ускорение лыжника, спускающегося по склону с углом наклона 10,0º, принимая во внимание коэффициент трения вощеной древесины на мокром снегу. б) Найдите угол склона, под которым этот лыжник мог бы двигаться с постоянной скоростью. {-1}\му _{\текст{с}}\\[/латекс]. Вы можете использовать результат предыдущей задачи. Предположим, что a = 0 и что статическое трение достигло своего максимального значения.
Рассчитайте максимальное замедление автомобиля, движущегося по уклону 6 градусов (составляющему угол 6 градусов с горизонтом) при следующих дорожных условиях. Вы можете предположить, что вес автомобиля равномерно распределяется на все четыре шины и что учитывается коэффициент статического трения, то есть шины не могут проскальзывать во время замедления. (Качение не учитывать.) Рассчитайте для автомобиля: (а) на сухом бетоне; (б) На мокром бетоне; (c) На льду, предполагая, что [латекс]{\mu }_{\текст{s}}=0,100\\[/латекс], так же, как и для обуви на льду.
Рассчитайте максимальное ускорение автомобиля, движущегося вверх по склону 4 градуса (составляющему угол 4 градуса с горизонтом) при следующих дорожных условиях. Предположим, что только половина веса автомобиля приходится на два ведущих колеса и что учитывается коэффициент статического трения, то есть шины не могут проскальзывать во время ускорения. (Не обращайте внимания на прокатку.) (a) На сухом бетоне; (b) на мокром бетоне; (c) На льду, предполагая, что [латекс]\mu _{\text{s}}=0,100\\[/латекс], то же, что и для обуви на льду. 9{5}N\\[/latex], если предположить, что двигатели действуют одинаково? Это не большая сила трения для такой массивной системы. Трение качения поездов невелико, и, следовательно, поезда являются очень энергоэффективными транспортными системами. (b) Какова величина силы в сцеплении между 37-й и 38-й тележками (это сила, с которой каждая из машин действует на другую), если предположить, что все машины имеют одинаковую массу и что трение равномерно распределено между всеми машинами и двигатели?
Рассмотрим альпиниста массой 52,0 кг на рис. 7. (a) Найдите натяжение веревки и силу, которую альпинист должен прикладывать ногами к вертикальной скале, чтобы оставаться неподвижным. Предположим, что сила приложена параллельно ее ногам. Кроме того, предположим, что сила, прилагаемая ее руками, незначительна; б) Каков минимальный коэффициент трения между ее туфлями и скалой?
Рис.

урок физики 7 класс Сила трения. Трение в природе и технике

Урок физики «Сила трения»

Трение. Сила трения | 7 класс

Содержание

Что такое сила трения?

Причины возникновения трения

Изменение силы трения. Смазка

Виды трения

Измерение силы трения

Упражнение

Интегрированный урок по физике 7 класс Сила трения. Трение покоя. Трение в природе и технике

Сила трения. Трение покоя. презентация, доклад, проект

Глава 7. Вращательное движение. Кинематика и динамика

Что такое трение? | Живая наука

Виды трения

Коэффициент трения

Применение трения

Дополнительные ресурсы

Библиография

Что такое трение? | Живая наука

Виды трения

Коэффициент трения

Применение трения

Дополнительные ресурсы

Библиография

Что такое трение? | Живая наука

Виды трения

Коэффициент трения

Применение трения

Дополнительные ресурсы

Библиография

5.1 Трение – Физика BCIT 0312 Учебник

Резюме

ТРЕНИЕ

КИНЕТИЧЕСКОЕ ТРЕНИЕ

ВЕЛИЧИНА СТАТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ

ВЕЛИЧИНА КИНЕТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТ ДЛЯ ДОМА

Пример 1. Упражнение на лыжах

ЭКСПЕРИМЕНТ НА ​​ЗАКАЗ

ВЫПОЛНЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ: СУБМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ТРЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: СИЛА И ДВИЖЕНИЕ

Задачи и упражнения

5.

Цели обучения

Трение

Кинетическое трение

Величина статического трения

Величина кинетического трения

Домашний эксперимент

Пример 5.1

Упражнение на лыжах

Стратегия

Решение

Обсуждение

Домашний эксперимент

Установление связей: субмикроскопические объяснения трения

Исследования ФЕТ

Силы и движение

Трение | Физика

Цели обучения

Трение

Кинетическое трение

Magnitude of Static Friction

Величина кинетического трения

Возьми домой эксперимент

Пример 1. Упражнение на лыжах

Стратегия

Обсуждение

Эксперимент на вынос

Соединения: субмикроскопические объяснения трения

PhET Explorations: Forces and Motion

Резюме раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики

ЭКСПЕРИМЕНТ НА ЗАКАЗ