Сила трения покоя – формула, модуль, определение
4.2
Средняя оценка: 4.2
Всего получено оценок: 65.
4.2
Средняя оценка: 4.2
Всего получено оценок: 65.
Определение силы трения покоя, возникающей между соприкасающимися телами – прикладная задача большой важности. Причина проста: трение играет важную роль для человека.
Трение сцепления
Всякие неподвижные тела, соприкасаясь, воздействуют друг на друга. Одной из возникающих сил является сила трение покоя (сцепления), которая обусловлена шероховатостью поверхностей.
Ее легко обнаружить, если попытаться перемещать одно из тел относительно другого. Для того, чтобы началось движение, необходимо преодолеть предельную силу сцепления. Направлена сила против внешнего воздействия вдоль поверхности соприкосновения.
Рис. 1. Опыт с динамометром по обнаружению трения.
В том случае, если между телами есть некая промежуточная жидкая среда трение называют вязким. Жидкость уменьшает предельное значение силы трения покоя.
Опытным путем легко убедиться, что чем больше масса тела, тем тяжелее сдвинуть его. Влияет так же и степень шероховатости поверхности, а также угол ее наклона. В гору тянуть тяжелее, чем с горы. Также легко проверить, что независимо от того, большей гранью или меньше лежит тело, сила трения не меняется.
Тогда формулу для модуля предельной силы трения покоя можно записать так:
$$F_{тр} = C \cdot m$$,
где C – некий коэффициент пропорциональности.
Рис. 2. Сила трения, действующая на брусок, покоящийся на наклонной поверхности.Кулоном было установлено, что сила трения покоя зависит не столько от массы, сколько от того, как сильно тела прижимаются друг от друга. Поэтому он записал расчетную формулу следующим образом:
$$F_{тр} = C \cdot N$$,
где N – сила реакции опоры, а C – безразмерный параметр, учитывающий характер поверхности. Эта формула силы трения покоя наиболее общая. Для случаев, когда поверхность наклонная, нужно брать проекцию N на ось у.
Также по этой формуле рассчитывают трение скольжения, зависимостью которой от скорости движения в практических задачах пренебрегают.
Сила трения не всегда играет негативную роль. За счет нее человек двигается, за счет нее работают передаточные механизмы, благодаря ей автомобиль не вылетает в кювет при повороте.
Коэффициент трения покоя
Между точильным камнем и металлом коэффициент трения равен примерно 0,9. Для заточенной стали и льда – около 0,02. Из этого становится понятно, почему конькобежец скользит, а точильный камень стачивает металл.
Задачи
- Найти коэффициент трения покоя, если брусок находится в состоянии покоя на наклонной поверхности. Угол наклона – 30˚.
Решение
Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:
$\vec F_{тр} = m \vec g + \vec N$
И в проекциях на оси:
$N = mg \cdot cos \alpha$
$\mu N = mg \cdot sin \alpha$
Тогда:
$\mu = tg \alpha = 0,57$
- Какую минимальную силу необходимо приложить к блоку массой 100 кг, чтобы поднять его по наклонной поверхности. Коэффициент трения – 0,3, угол наклона – 30˚.
Решение
Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:
$\vec F = m \vec g + \vec F_{тр} + \vec N$
И в проекциях на оси:
$N = mg \cdot cos \alpha$ – на Оу.
$F = mg \cdot sin \alpha + \mu N$ – на Ох.
Тогда, учитывая выражение для N, рассчитаем силу:
$F = mg \cdot (sin \alpha + \mu cos \alpha) = 100 \cdot 10 \cdot (0,5 + 0,3 \cdot 0,87) = 761 Н$
Что мы узнали?
В ходе урока установили природу сил трения, а также разобрались с тем, от чего она зависит.
Рассмотрели расчетную формулу и компоненты, входящие в нее, ввели определение коэффициента трения покоя. Для закрепления пройденного материала решили две задачи.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.2
Средняя оценка: 4.2
Всего получено оценок: 65.
А какая ваша оценка?
6.3. Силы трения покоя и скольжения. Коэффициент трения скольжения
Силы,
мешающие движению, знакомы человеку с
глубокой древности. Каждому известно,
как трудно передвигать тяжелые предметы.
Это связано с тем, что поверхность
твердого тела не является идеально гладкой
и содержит множество зазубрин (они
имеют различные размеры, которые
уменьшаются при шлифовке). При
соприкосновении поверхностей двух тел
происходит сцепление зазубрин. Пусть
к одному из тел приложена небольшая сила (F), направленная
по касательной к соприкасающимся
поверхностям.
Сила трения покоя — сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при отсутствии их относительного движения.
Сила трения покоя направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел (рис. 6.3) в сторону,
Рис. 6.3. Сила трения покоя
При увеличении модуля силы F изгиб зацепившихся зазубрин будет возрастать и, в конце концов, они начнут ломаться. Тело придет в движение.
Сила
трения скольжения —
сила, возникающая на границе соприкасающихся
тел при их относительном движении.
Вектор силы трения скольжения направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно поверхности, по которой оно скользит.
Тело, скользящее по твердой поверхности, прижимается к ней какой-либо внешней силой Р (например, силой тяжести), направленной по нормали. В результате этого поверхность прогибается и появляется сила упругости N (сила нормального давления или реакция опоры), которая компенсирует прижимающую силу Р (N = -Р). Чем больше сила N, тем глубже сцепление зазубрин и тем труднее их сломать. Опыт показывает, что модуль силы трения скольжения пропорционален силе нормального давления:
Fcк=μ·N. (6.4)
Безразмерный
коэффициент μ
называется коэффициентом
трения скольжения. Он
зависит от материалов соприкасающихся
поверхностей и степени их шлифовки.
Например, при передвижении на лыжах
коэффициент трения скольжения зависит
от качества смазки (сорт мази, толщина
слоя мази, качество разравнивания слоя),
поверхности лыжни (мягкая, сыпучая,
уплотненная, оледенелая, той или иной
степени влажности и с тем или иным
строением снега в зависимости от
температуры и влажности воздуха и др).
Большое количество переменных факторов
делает сам коэффициент непостоянным.
Если коэффициент трения лежит в пределах
0,045—0,055 скольжение считается хорошим.
Можно считать, что максимальное значение силы трения покоя равно силе трения, действующей при скольжении:
В табл. 6.1 приведены значения коэффициента трения скольжения для различных соприкасающихся тел.
Таблица 6.1
Условия скольжения | μ |
Лыжи по снегу | 0,045—0,055 |
Сталь по льду (коньки) | 0,015 |
Шина по сухому асфальту | 0,50-0,70 |
Шина по мокрому асфальту | 0,35—0,45 |
Шина по сухой грунтовой дороге | 0,40—0,50 |
Шина по мокрой грунтовой дороге | 0,30-0,40 |
Шина по гладкому льду | 0,15—0,20 |
Сила трения
скольжения всегда мешает движению, а
роль силы трения покоя во многих случаях
позитивна.
Именно благодаря этой силе
возможно передвижение человека, животных
и наземного транспорта.
Так, при ходьбе (рис. 6.4, а) человек, напрягая мышцы опорной ноги, отталкивается от земли, стараясь сдвинуть подошву назад. Этому препятствует сила трения покоя направленная в обратную сторону — вперед. Она и сообщает ускорение человеку. Для тренировок спортсменов (космонавтов) применяются специальные дорожки, установленные на подвижных роликах (рис. 6.4, б). В этом случае бегущий человек, отталкивая дорожку, заставляет ее двигаться в обратную сторону. Таким же образом отталкиваются от дороги и колеса автомобиля (рис. 6.4, в).
Сила трения снижает спортивные результаты, поэтому ведутся непрерывные исследования по ее уменьшению. Одним из направлений повышения результатов в лыжном спорте является совершенствование мазей.
Первоначально в
качестве мазей для лыж использовались
пчелиный воск, смола деревьев, растительные
масла.
В настоящее время появились новые
мази — научно разработанные составы
для обработки скользящей поверхности.
Рис. 6.4. Проявления силы трения покоя: а) обычная ходьба, б) бег по дорожке на роликах, в) колесо автомобиля
Коэффициенты трения для стали
Образовательный веб-сайт добросовестного использования
[закрыть]
| Библиографическая запись | Результат (с окружающим текстом) | Стандартизированный Результат | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Салливан, Джеймс Ф. Техническая физика . США: Wiley, 1988: 204. |
|
| ||||||||||
Энциклопедия Encarta 2004. Корпорация Microsoft. |
|
| ||||||||||
| CRC Справочник физических величин . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 1997: 145-156. |
|
| ||||||||||
| Вебер, Роберт Л.; Мэннинг, Кеннет В.; Уайт, Марш В. Колледж физики, 4-е издание . США: McGraw-Hill, 1965: 66 | .
|
| ||||||||||
Определение коэффициента трения — Успех в физических науках. Школа чемпионов. |
|
|
Сила трения – это сила сопротивления, которая препятствует свободному скольжению двух тел относительно друг друга. Коэффициент трения (μ) — это число, представляющее собой отношение силы сопротивления трения ( F f ) к нормальной или перпендикулярной силе ( F n ), сталкивающей объекты друг с другом. Показана формула…
мк = F f / F n
Используются два основных вида трения: статическое трение и кинетическое трение. Коэффициент статического трения для стали составляет около 0,6–0,15, а коэффициент кинетического трения составляет около 0,09–0,6.
Производство стали включает множество процессов и стадий. Основным сырьем являются уголь, железная руда, известняк и различные химикаты. Уголь превращается в кокс. Кокс смешивают с известняком и рудой в доменной печи, где он превращается в сталь. Сталь изготавливается в виде слябов, которые затем перерабатываются в конечный продукт, заказанный заказчиком. Превращение угля в кокс необходимо для производства стали, потому что уголь не горит достаточно сильно, чтобы расплавить железную руду. Уголь в своем первоначальном состоянии в основном представляет собой углерод, однако в угле есть примеси, такие как смола, аммиак и т. д. Эти примеси не позволяют углю гореть достаточно горячим, чтобы восстановить и расплавить железную руду, поэтому они должны быть удалены в процессе коксования. Кислород используется для удаления некоторого количества углерода, а небольшое количество других металлов добавляется для получения нужной стали. Затем расплав заливают в слитки и оставляют остывать.
Теперь сталь готова к переработке в новые продукты, такие как кузова автомобилей и стальные банки.
Юнис Чен — 2004
Трение определяется как сила, противодействующая движению. Одним из видов трения является статическое трение. Чем ниже статическое трение, тем легче заставить объект двигаться. Трение задается уравнением
f = мкН
, где μ — коэффициент трения, а Н — нормальная сила. Нормальная сила — это сила, действующая на объект со стороны поверхности, и она перпендикулярна поверхности.
Процедура следующая:
- Установите оборудование, как показано на схеме, с соответствующим объектом.
- Нажмите Собрать в программе LoggerPro. Затем начните постепенно поднимать стальную основу.
- Как только объект начнет соскальзывать со стальной основы, нажмите Стоп в программе.
- Повторите эксперимент для каждого объекта.
Чтобы найти компонент ускорения свободного падения, параллельный поверхности ( a ) вы должны сначала изучить график зависимости ускорения от времени для каждого из объектов.
Найдите точку, в которой график прекращает постоянное постепенное увеличение и пики. Это параллельная составляющая силы тяжести. Затем ускорение используется в формуле
sin −1 θ = ( a / g )
, где g — ускорение свободного падения. Эта формула даст вам угол, при котором трение покоя преодолевается компонентом веса, параллельным поверхности. Далее необходимо рассчитать коэффициент трения. При этом угле параллельная составляющая веса
W // = мг sin θ
равно трению покоя
f статическая = мкг cos θ
Решите это для μ, и вы найдете, что
мк = тангенс θ
| Материал | a (м/с 2 ) | θ (°) | мкм статический |
|---|---|---|---|
| Медь | 3,95 | 23,76 | 0,44 |
| Сталь | 4. 03 | 24,28 | 0,45 |
| Резина | 5,63 | 35.06 | 0,70 |
| Бумага | 6,30 | 40.05 | 0,84 |
Майкл Роббинс, Даниэль Саронсон, Гафей Сзето, Дэвид Розенберг — 2005
Внешние ссылки на эту страницу:
- Система подачи сверхкритической двуокиси углерода для металлообработки, Steve Hecker, Daniel Leader, Daniel Merz, & David Powers; Мичиганский университет, 15 апреля 2008 г.
- Электричество и магнетизм
- (Неработоспособное) хрустальное радио
- Электростатический генератор капель воды Кельвина
- Двусторонний телеграф
- Магнитное поле MetroCard
- Ускорение
- Ускорение лифта гидравлическое
- Ускорение возмущений повседневной жизни
- Показатель преломления различных бытовых жидкостей
- глицерин, средство для мытья полов, обезжириватель, гель для душа, детское мыло
- уксус, мед, средство для мытья полов, лекарство от горла, средство для мытья ног
- Коэффициенты трения
- Коэффициенты трения для алюминия
- Коэффициенты трения для стекла
- Коэффициенты трения для гранита
- Коэффициент трения для бумаги
- Коэффициенты трения для резины
- Коэффициенты трения кожи человека
- Коэффициенты трения для стали
- Коэффициент трения по дереву
Коэффициент кинетического трения с учетом коэффициента статического трения
спросил
Изменено 4 года, 9 месяцев назад
Просмотрено 7к раз
$\begingroup$
Есть ли способ рассчитать коэффициент кинетического трения по коэффициенту статического трения? Есть ли какая-то прямая связь между ними или между материалами все по-разному?
- трение
$\endgroup$
$\begingroup$
Кинетический коэффициент трения, как правило, меньше, чем статический.
Насколько я знаю, нет способа вычислить одно из другого. Но обычно они не отличаются на порядок. Это чисто эмпирические величины.
$\endgroup$
3
$\begingroup$
У меня есть простая установка, которую вы можете использовать для определения коэффициента кинетического трения.
Возьмите брусок массой $M $ на шероховатой горизонтальной поверхности. Приложите усилие к блоку в горизонтальном направлении, пока блок не начнет двигаться. Эта сила была бы $$F=\mu_sMg $$
Как только блок начинает двигаться, на блок начинает действовать кинетическое трение. Поскольку коэффициент кинетического трения численно меньше, чем коэффициент статического трения, произойдет разбалансировка сил, что вызовет ускорение, скажем, $a $. Если каким-либо образом вы можете рассчитать ускорение, то по уравнению силы мы будем иметь:
$$F-\mu_kMg =Ма $$ $$\Rightarrow \mu_k = \mu_s — \frac {a}{g} $$
Я полагаю, что это может существовать только на бумаге, и на практике это кажется немного трудным для понимания.
