Открытый урок по физике на тему «Сила трения»

Тип урока: комбинированный.

Цель урока:

• выяснить природу силы трения;
• рассмотреть способы уменьшения и увеличения силы трения;
• трение в природе и технике.

Задачи урока: ознакомить учащихся с явлением трения, сформовать понятие «сила трения», применить полученные знания для решения задач.

Оборудование: компьютер,  проектор, компакт-диск «Физика 7-11 классы практикум»

Ожидаемые результаты: учащиеся должны понять причины трения, знать характеристики силы трения, уметь приводить примеры использования физических знанийо механических явлениях и решать задачи на применение изученных физических законов, использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни.

Этапы урока:

1. Организационный момент.	2 мин.
2. Вводно-ознакомительная беседа. Демонстрационные опыты.	2 мин.
3. Демонстрация  видеофрагмента тема «Механика»: «Сила трения покоя, сила трения скольжения и сила трения качения»	54 с.
4. Промежуточное подведение итогов. Записи в тетради: определение, обозначение, направление силы трения, виды трения и их сравнение, примеры.	5 мин.
5. Демонстрация видеофрагментов тема «Механика»: «Сила трения и площадь»; «Сила трения на шероховатой поверхности»	11 с. 13 с.
6. Обсуждение видеофрагментов, выяснение причин трения. Записи в тетради: причины трения. Постановка проблемы: трение полезно или вредно?	2 мин.
7. Виртуальная лабораторная работа тема «Механика»:  «Соскальзывание по наклонной плоскости». Заполнение таблицы. Постановка проблемы: трение полезно или вредно?	5 мин.
8. Демонстрация  видеофрагментов тема «Механика»: «Трение и взаимное перемещение», «Коэффициент силы трения»	35 с. 27 с.
9. Обсуждение видеофрагментов.	5 мин.
10. Демонстрация видеофрагментов тема «Механика»: «Трение качения», « Силы вязкого трения».	40 с. 60 с.
11.Фронтальная лабораторная работа «Зависит ли сила трения от давления и от площади соприкасающихся поверхностей»	10 мин.
12. Промежуточное подведение итогов. Записи в тетради: способы уменьшения трения.	2 мин.
13. Тестирование.	13 мин.
14. Закрепление: решение качественных и расчетных задач.	19 мин.
15. Презентация «Сила трения»	15 мин.
16. Подведение итогов.	3 мин.
17. Домашнее задание	3 мин.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент. Постановка задачи  урока.

2. Рассказ учителя. Движение тела в реальных условиях не может продолжаться бесконечно долго.

Демонстрация: Поставим на стол наклонную доску, положим на нее шарик и отпустим его. Шарик скатывается с доски на поверхность стола, катится по ней и останавливается.

Если на стол положить стекло, то шарик прокатится на значительно большее расстояние, а если насыпать песок, то – на меньшее. Остановка шарика свидетельствует о том, что на него подействовала сила, вызванная действием на шарик поверхности стола.

3. Показ видеофильма «Сила трения» (Приложение 1)

                   

4. Беседа-обсуждение просмотренного видеофрагмента

Вопросы учителя:

– Какая сила возникает при попытке сдвинуть предмет с места?
– Дайте определение силы трения.
– Какие виды трения различают?
– Приведите примеры различных видов трения.

– Сравните величины различных видов трения.

Примерные ответы учащихся:

При попытке сдвинуть какой-либо предмет с места возникает сила трения.
Сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей  тел, препятствующая их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхности соприкосновения.
Различают силы трения покоя, скольжения, качения.
Сила трения покоя действует тогда, когда  человек пытается сдвинуть тяжелый предмет с места. При перемещении предмета по поверхности другого возникает сила трения скольжения. Когда тело катится по поверхности – действует сила трения качения.

Самая маленькая сила – сила трения качения, т.к. катить легче, чем тащить. Сила трения покоя самая большая – т.к. требуется самое большое усилие для того, чтобы сдвинуть предмет с места.

В процессе обсуждения учащиеся делают записи в тетради:

1. Определение силы трения. Сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей  тел, препятствующая их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхности соприкосновения.

2. Обозначение силы трения. Fтр. Сила трения направлена противоположно относительному перемещению тела.
3. Виды сил:

• Трение покоя
• Трение скольжения (Приложение 4)
• Трение качения

4. Рисунок:

Тело покоится, =>, действует сила трения покоя.	Тело движется,  =>, действует сила трения скольжения.	Колеса катятся, =>, действует  сила трения качения.

Учитель объясняет отличие силы трения качения ведущих и ведомых колес автомобиля

5. Выяснить от чего зависит сила трения, как можно измерить силу трения помогут следующие видеофрагменты: «Сила трения и площадь», «Сила трения на шероховатой поверхности» (Приложение 2

).

                

6. Обсуждение видеофрагментов

– В просмотренных видеофрагментах указывается одна из причин трения: шероховатости поверхностей. Учитель обращает внимание учащихся на отсутствие зависимости силы трения от площади. Задается вопрос: «Исчезнет ли трение, если поверхности отшлифовать?»

В тетради учащиеся делают записи:

Причины трения:

1. Неровности на шероховатых поверхностях;
2. Межмолекулярное притяжение, если поверхности   отшлифованы.

7. Учащиеся выполняют эксперименты в виртуальной лаборатории

«Соскальзывание по наклонной плоскости »

Задача эксперимента – определить угол наклона плоскости, при котором тело начинает скользить. В тетради заполняют таблицу:

вещество	дерево	лед	сталь	резина
угол наклона	11,4	0,8	20	40

Сравнивая результаты эксперимента, учащиеся делают вывод о зависимости силы трения скольжения от угла наклона плоскости.
Изучением причин трения и природы этого явления занимались в разные времена и эпохи самые выдающиеся естествоиспытатели: Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилей, Ньютон, Эйлер, Джоуль. Важные результаты в этой области были получены французским ученым Ш.Кулоном. В 1781г. он получил премию от академии наук за теорию простых машин, в которой было принято во внимание трение частей машин и жесткость веревок.
Какую роль играет трение в природе и технике – положительную или отрицательную?

8. Просмотр видеофрагментов: «Трение и взаимное перемещение тел», «Коэффициент силы трения» (Приложение 3)

9. Приведите примеры, в которых трение полезно и его увеличивают, и примеры «вредного» трения, которое  уменьшают.

Возможные обобщения учащихся:

В отсутствии трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле. В гололедицу, когда трение между подошвой обуви и льдом становится малым, ноги начинают скользить. Лед посыпают песком: песок увеличивает трение.
На гладкой поверхности не смогли бы двигаться и автомобили: их колеса, вращаясь, проскальзывали бы и буксовали на месте. Именно трение останавливает машины при торможении.

Но трение может играть и отрицательную роль. Ведь именно из-за него нагреваются и изнашиваются многие движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить.

Рассказ учителя

При раскопках одного из шумерских городов, Урука, обнаружены остатки  массивных деревянных колес , которым 4,5 тыс. лет. Колеса биты медными гвоздями с очевидной целью – защитить  обод от быстрого изнашивания. Два с половиной тысячелетия спустя древние римляне сберегали таким же образом подошвы обуви, используя, однако, уже железные гвозди. Железо применялось римлянами и для изготовления подков, защищавших от изнашивания копыта лошадей.

10. Демонстрация видеофрагментов: «Трение качения», «Силы вязкого трения». (Приложение 5)

11. Фронтальная л/р по теме «Зависит ли сила трения от давления и от площади соприкасающихся поверхностей»
Затем приступаем к фронтальной работе по измерению силы трения и выяснению причин, от которых она зависит.

Сообщаю цель работы, в процессе выполнения которой учащиеся должны выяснить:

а) зависит ли сила трения от давления;
б) от площади соприкасающихся поверхностей.

План работы намечаем вместе с классом.

В начале учащиеся должны определить площадь двух граней бруска. Затем определить силу давления, которая равна весу бруска. Вес бруска находят при помощи динамометра. После этого, положив брусок плашмя на линейку, тянем его равномерно динамометром и находим силу упругости, которая равна силе трения. Этот опыт повторяем еще 2 раза, постепенно нагружая брусок одним (100 г) и двумя (200 г) грузами. Далее поворачиваем брусок на ребро и повторяем опыты в описанной последовательности.
Результаты работы заносим в таблицу.

Построение диаграммы зависимости силы трения от рода трущихся поверхностей.

S1 (см2)	S2 (см2)	Сила упругости (Н)
80 80 80	45 45 45	0,6 1 1,3

Сила трения зависит от силы давления
сила давления (Н)	сила трения (Н)
2	0,6
3	1
4	1,3

12. Рассказ учителя

Примерно в третьем тысячелетии до нашей эры в Шумере и районе Кавказа появились громоздкие и неуклюжие повозки на колесах, в которые вначале впрягали волов, а позднее лошадей, ослов и других животных. В еще более ранние времена,  увлекаемые ветром и течением бревна, не тонущие даже под большим грузом, навели на мысль о плотах, которые породили первые  примитивные суда, приводимые  в движение веслами и парусом. Стало ясно, что изнуряющего трения на суше можно избежать, заменяя дорогостоящие и малоэффективные сухопутные перевозки по бездорожью речными, а затем и морскими.
Проблемы трения настойчиво напоминали о себе и в самых примитивных механизмах, изобретенных в древности. В дошедших до нас опорах колодезных воротов времен бронзового века (V век до н.э.) обнаружены следы оливкового  масла, которое помогало ослабить трение, и избавляло наших пращуров от неприятного скрипа.

Записи в тетради:

Способы уменьшения трения:

1. Введение между трущимися поверхностями смазки;
2. Замена трения скольжения трением качения;
3. Замена материалов трущихся тел.

13. Тестирование (Приложение 6)

14. Решение задач

Решите устно.

• Действует ли сила трения на стоящий в комнате шкаф?
• На транспортере равномерно движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком, когда ящик: а) поднимается; б) движется горизонтально; в) опускается?
• Зачем зимой задние колеса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?
• Для чего делается насечка около шляпки гвоздя?
• Почему после дождя грунтовая  дорога скользкая?
• Почему мокрая бумага легко рвется?
• Если автобус равномерно движется по горизонтальному участку пути, чему равна сила трения?
• Почему коньки хорошо скользят по льду и плохо по стеклу?

Решите и запишите.

• Книга прижата к вертикальной стене. Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
• Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?
• Сани сдвигаются с места, если к ним приложить горизонтальную силу 90 Н. Какова масса саней, если сила трения составляет 0,045 их веса?

15. Презентация «Сила трения» (Приложение 7)

16. Сегодняшний урок был посвящен трению – явлению, сопровождающему нас с детства буквально на каждом шагу, а потому ставшим таким привычным и незаметным. Шаг за шагом, человек научился успешно бороться с трением  доступными и привычными способами, передаваемыми из поколения в поколение и дожившими до нашей эпохи.

Бионика – одна из самых молодых областей науки. Занимается она техническими решениями, которые придумал не человек, а сама природа, «конструируя» растительные и животные организмы. Благодаря естественному отбору, сохранились лишь те варианты конструкций, которые обеспечивали приспособляемость и стабильное выживание организмов в естественных условиях.

В основе всех этих достижений лежали два главных обстоятельства. С одной стороны – все более глубокое понимание физики поверхностных  явлений, а с другой – неизмеримо выросший технологический потенциал современной инженерии.

В прикладной механике о трении говорится как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, – однако лишь в узкой, специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и тетради упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрется в угол, а ручка выпадет из пальцев. Трение – настолько распространенное явление, что нам, за  редкими исключениями не приходится призывать его на помощь: оно является к нам само.

К раскрытым тайнам трения, безусловно, добавятся новые, не менее захватывающие проблемы, загадки и парадоксы, разрешать которые будет суждено уже вам.

17. Домашнее задание: § 30-32

1. Когда брусок тянут вдоль поверхности стола, прикладывая  горизонтальную силу F₁ = 5 Н, он равномерно скользит по столу. Какая сила трения действует на брусок? Какова будет сила трения, если к покоящемуся бруску приложить  горизонтальную силу F₂ = 3 Н? F₃ = 10 Н? Изобразите силы трения,  действующие на брусок во всех трех случаях. Каково будет движение бруска в каждом из этих случаев?

2. Может ли сила трения разгонять тело?

Что такое сила трения: простое объяснение и формулы

1. Сила трения в повседневной жизни
2. Виды трения: примеры
3. Законы трения
4. Сила трения: формула/a>
5. Как найти силу опоры?/a>

Некоторые физические явления могут казаться слишком сложными для понимания, особенно если изучать их только с научной точки зрения. К списку терминов, часто вызывающих много вопросов, относят в частности силу трения. Специально для вас подготовили материал, в котором попытались простыми словами объяснить это явление. Итак, разберем от А до Я, что такое трение, и как мы можем сталкиваться с ним в повседневной жизни.

 

Физика считается одним из самых сложных предметов школьной программы. Одно дело изучить все формулы наизусть, однако пониматься в них – задача не из простых. Неудивительно, что большинство школьников и студентов высших учебных заведений нуждаются в дополнительных занятиях, чтобы усвоить учебный материал.

 

Если вы хотите улучшить свои знания по физике, рекомендуем не медлить и просто обратиться за помощью к репетитору. Для этого воспользуйтесь сайтом БУКИ – супер удобной платформой для поиска преподавателей по любым предметам.

Сила трения в повседневной жизни

Еще на уроке физики в 7 классе мы изучили, что трение – это сила между двумя поверхностями, которые скользят или пытаются скользить друг на друге. Звучит немного сложновато, поэтому лучше объяснить на примере.

 

Что такое трение? В природе это физическое явление отвечает за множество процессов, которые мы наблюдаем каждый день. Мы ходим по земле, белки прыгают на ветках деревьев, вода точит камень, снежная лавина спускается с горы, машина едет по дороге – все это и есть сила трения.

Как действует трение?

Трение всегда действует в направлении, противоположном тому, в котором пытается двигаться объект. То есть трение всегда замедляет передвижение движущегося объекта. Величина трения зависит от материалов, из которых сделаны две поверхности. Чем шершавее поверхность, тем больше будет сила трения.

 

Хотя две контактирующие поверхности могут казаться очень гладкими, в микроскопическом масштабе они имеют много неровностей и впадин, которые приводят к трению. На практике невозможно создать предмет, имеющий совершенно гладкую поверхность.

 

Согласно Закону о сохранении энергии ни одна энергия в системе никогда не уничтожается. В большинстве случаев трение производит тепловую энергию, рассеиваемую через среду и сами предметы. Проверить утверждение, что трение производит тепло, достаточно просто. Попытайтесь быстро потереть руки. Вы почти сразу почувствуете, что они станут теплее ваших движений.

Трение – чрезвычайно полезная сила. Оно предотвращает скольжение нашей обуви по поверхности земли во время ходьбы, а также предотвращает скольжение автомобильных шин по дороге. Иногда мы хотим уменьшить силу трения. Например, мы используем масло, чтобы уменьшить трение между движущимися частями двигателя автомобиля, которые со временем могут выходить из строя из-за постоянного взаимодействия. Масло разделяет поверхность и может протекать между ними. Уменьшение трения означает, что движущиеся части автомобиля меньше изнашиваются и выделяется меньше тепла.

 

Читайте также: Как быстро выучить таблицу Менделеева?

Виды трения: примеры

Выделяют 3 вида трения: сила трения скольжения, сила трения покоя и сила трения качения. Расскажем о каждом из видов в упрощенном варианте, а также рассмотрим несколько простых примеров. 

 

Сила трения скольжения	Сила трения покоя	Сила трения качения
Это сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого.	Возникающая сила, когда пытаются сдвинуть одно из тел, препятствующее движению другого тела	Это сила, которая возникает, когда круглое тело катится по поверхности другого тела.
Пример: Катание на санках, которое обожают все детишки. Производители санок создают их таким образом, чтобы поверхность ножек имела практически идеальную гладкость и они быстро спускались со снежных горок.	Пример: Когда вам нужно передвинуть с одного места на другое тяжелый шкаф, диван или просто стул. Именно за такие процессы отвечает сила трения покоя. Сложность выполнения этих манипуляций состоит в том, что объект, который вы хотите сместить, находится в состоянии покоя, а вы пытаетесь сдвинуть его с помощью внешней силы.	Пример: Движение автомобиля по дороге. Благодаря колесам машина может двигаться по дороге с бешеной скоростью и малыми энергетическими затратами.

Законы трения

С понятием трения классически отождествляют закон Амонтова-Кулона. Хотя впервые о силе трения рассказывал еще Леонардо да Винчи. В 1519 году он сформулировал утверждение, согласно которому трение – это процесс, возникающий при контакте одного тела с поверхностью другого тела. При этом сила трения должна быть пропорциональна нагрузке, направленной против направления движения.

 

Уже в 1699 году Амонтов открыл модель Леонардо да Винчи, а Кулон окончательно обосновал ее в своих работах. Для определения силы трения ученые ввели понятие коэффициента трения – физической константы, благодаря которой можно определить силу трения для любых контактирующих между собой материалов в условиях трения.

 

Читайте также: Что такое фотосинтез?

Сила трения: формула

Формула силы трения обычно выглядит так:

 

Fтр = k*N

 

 

Где:

• Fтр – это обозначение силы трения в физике. 
• k – коэффициент трения. 
• N – это сила сопротивления.

 

Сила трения измеряется в Ньютонах (Н).

Как найти коэффициент трения?

Как мы говорили ранее, коэффициент трения – это постоянная величина. В некоторых формулах его могут обозначать не буквой k, а символом µ. Определять коэффициент по отдельности не нужно, стоит лишь узнать значение в специальной таблице, где каждый материал имеет соответствующий показатель.

 

Как найти силу опоры?

В отличие от коэффициента трения силу опоры нужно определять самостоятельно. Она имеет простую формулу:

 

N = m * g

 

• N – это обозначение силы опоры в физике.
• m – масса тела, действующего на поверхность другого тела.
• g – ускорение свободного падения. Величина g постоянна. Она равна 9,8 м/с2.

Формула силы тяги

Для расчета силы трения качения используют несколько иную формулу – силу тяги. Сила тяги считается главной движущей силой любого транспортного средства. Она появляется в районе контакта авто шины и дорожного покрытия.

 

Сила тяги – это сила, прикладывающаяся на неподвижную поверхность для поддержания тела в постоянном движении. Силу тяги обычно находят с помощью второго закона Ньютона, в котором говорится что: сумма сил, влияющих на движущееся тело, равна массе, умноженной на ускорение.

Чаще силу тяги находят с помощью общей формулы:

Ft – Fc = m * a

 

• Fт – сила тяги.
• Fс – сила сопротивления.
• m – масса тела.
• a – ускорение. 

 

Ошибочно утверждать, что физика – это простая наука, которая по силам каждому. Во многих случаях, чтобы действительно понять сложную тему по этому предмету, недостаточно просто послушать урок или лекцию. Следует уделять много времени теории, а также на практике проверять каждую формулу, закон или аксиому.

 

Индивидуальные занятия – один из лучших способов изучить непонятный предмет, в частности, физику. Если вам нужен репетитор, вы можете найти его на нашей платформе БУКИ. Мы собрали более 90 тысяч учителей в одном месте, чтобы вы могли выбрать специалиста в соответствии с вашими потребностями и пожеланиями.

 

Читайте также: Тренируем память: советы для взрослых и детей

Сила трения: определение, символы и примеры

Трение — это сила, которая удерживает объекты от удаления от нас при малейшем прикосновении, как это делает шайба на столе для аэрохоккея. В этой статье мы обсудим значение силы трения, коэффициент трения с соответствующим символом, формулу трения и некоторые примеры расчета трения.

Сила трения – определение и значение

Сила трения – это сила, противодействующая скользящему движению одного объекта/поверхности по другому объекту/поверхности.

Если вы толкнете коробку горизонтально, то сопротивление, которое вы почувствуете, борясь с вами, будет силой трения. Трение напрямую связано с весом объекта и шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Трение всегда действует параллельно поверхности, в направлении, противоположном скольжению, как показано на изображении ниже. Различают два вида трения: статическое и кинетическое.

Направление силы трения, Vecteezy

Статическое трение

Статическое трение — это сила, противодействующая движению, когда объект находится в состоянии , а не в движении. Представьте, что вы пытаетесь толкнуть большую тяжелую коробку. Если вы нажмете совсем немного, он вообще не сдвинется — сила трения покоя удерживает его на месте. Вы должны увеличить силу нажатия, пока он, наконец, не начнет двигаться. До этого момента статическое трение сопротивляется вашему толчку. Ровно в тот момент, когда коробка начинает двигаться, статическое трение перестает действовать, и вступает в действие кинетическое трение.

Кинетическое трение

Кинетическое трение — сила, противодействующая движению объекта — это в движении. Это сила, которая заставляет объекты замедляться, иначе они будут скользить вечно. Если вы думаете о том, чтобы толкать эту большую тяжелую коробку, вы можете подумать о том, что заставить коробку двигаться труднее, чем удерживать ее в движении. Это связано с тем, что статическое трение обычно больше кинетического трения.

Трение в результате действия межатомных электрических сил

Трение является разновидностью контактной силы и, как таковое, является результатом межатомных электрических сил . В микроскопическом масштабе поверхности предметов не гладкие; они состоят из крошечных пиков и расщелин. Когда пики скользят и сталкиваются друг с другом, электронные облака вокруг атомов каждого объекта пытаются оттолкнуться друг от друга. Также могут быть молекулярные связи, которые образуются между частями поверхностей для создания адгезии, которая также борется с движением. Все эти электрические силы, вместе взятые, составляют общую силу трения, препятствующую скольжению.

Символ коэффициента трения

Разные типы поверхностей вызывают разное трение. Подумайте о том, насколько сложнее толкать ящик по бетону, чем по льду. Мы объясняем эту разницу коэффициентом трения . Коэффициент трения — безразмерное число, зависящее от шероховатости (а также других качеств) двух взаимодействующих поверхностей. Было проведено множество экспериментов для определения коэффициента трения при взаимодействии общих поверхностей.

Символ для коэффициента трения — это греческая буква mu:μ. Чтобы различать статическое трение и кинетическое трение, мы можем использовать нижний индекс «s» для статического, мкс, и «k» для кинетического, мкк.

Расчет силы трения

Трение рассчитывается по следующей формуле, где μ как коэффициент трения и FN как нормальная сила :

Ff≤μFn

Каждая сила выражается в ньютонах, Н. Эта формула показывает, что величина силы трения зависит от коэффициента трения, как мы обсуждали выше, а также от величины нормальной силы. По мере увеличения коэффициента трения или нормальной силы сила трения увеличивается. Это интуитивно понятно: когда мы толкаем коробку, толкать ее труднее, когда поверхность шероховатая, а коробка тяжелее.

Уравнение статического трения

Знак «равно или меньше» в приведенном выше общем уравнении характерен для статического трения. Это потому, что если вы толкаете коробку, а она не двигается, сила трения будет равна силе вашего толчка (поскольку без ускорения сумма сил равна нулю). Таким образом, если вы толкаете с силой 5 Н, сила трения, сопротивляющаяся движению, будет равна 5 Н; если вы нажмете 10 Н, а он все еще не двигается, сила трения будет 10 Н. Поэтому мы обычно пишем общее уравнение статического трения следующим образом:

Fs≤μsFn

Чтобы найти максимально возможную силу, которую вы можете приложить, не двигая коробку, или чтобы просто заставить коробку начать двигаться, вы должны установить силу трения, равную коэффициенту трения, умноженному на нормальную силу:

Fsmax=µsFn

Уравнение кинетического трения

Поскольку объект уже движется для применения кинетического трения, кинетическое трение не может быть меньше, чем коэффициент трения, умноженный на нормальную силу. Таким образом, уравнение кинетического трения просто следующее:

Fk=µkFn

Примеры формулы силы трения

Мы будем использовать несколько примеров, чтобы продемонстрировать, как использовать формулу трения, а также пример того, где формула не очень полезна и что делать вместо нее.

Пример 1. Сила трения о плоскую поверхность

Вы пытаетесь толкнуть 15-килограммовый ящик по ровному бетону. Коэффициент статического трения µs=0,6, а коэффициент кинетического трения µk=0,4.

Часть A

Какое усилие нужно приложить, чтобы коробка начала двигаться?

Диаграмма свободного тела для задачи 2, StudySmarter Originals

Мы хотим найти максимальную силу трения покоя, поскольку она дает нам точку, в которой ящик едва начинает двигаться. Во-первых, мы рисуем диаграмму свободного тела , как на изображении выше, чтобы показать все силы, действующие на коробку. У нас есть наша толкающая сила, действующая вправо, сила трения, действующая против нее, — влево, гравитационная сила (вес), действующая вниз, и нормальная сила, действующая вверх. Поскольку коробка не ускоряется и в вертикальном направлении нет других сил, нормальная сила равна силе гравитации, которая представляет собой массу, умноженную на ускорение свободного падения. Мы можем подставить коэффициент статического трения и нормальную силу в уравнение максимального статического трения:

Fsmax=µsFnFsmax=0,6·15 кг·9,81 м/с2Fsmax=88,3 Н

Поскольку никакие другие силы не действуют на ящик, сила, которую вы должны приложить к ящику, равна найденной нами силе трения, поэтому вы нужно будет толкать с силой 88,3 Н.

Часть B

Если вы толкнете ту же коробку с силой 50 Н, какова будет сила трения?

Поскольку 50N меньше, чем 88,3N, необходимое для перемещения ящика, ускорение равно нулю, и сумма сил будет равна нулю. Так как кроме вашего толчка и силы трения других сил нет, то сила трения тоже будет равна 50Н.

Часть C

Если вы толкаете коробку с силой 100 Н, какова сила трения?

Поскольку вы толкнули сильнее, чем сила, необходимая для перемещения ящика, теперь мы хотим использовать коэффициент кинетического трения, чтобы найти кинетическую силу трения:

Fk=µkFnFk=0,4·15 кг·9,81 м/с2Fk=58,9 N

Пример 2.

Сила трения на наклонной плоскости

A17kgbox неподвижно сидит на наклонной плоскости, как показано на рисунке ниже. Тета 30°, коэффициент трения μ=0,7.

Коробка на наклонной плоскости, StudySmarter Originals

Часть A

Какая сила трения действует на коробку?

В этом примере мы не будем использовать формулу силы трения. Поскольку коробка не движется, сила трения покоя может быть от 0 до макс. Если мы попытаемся использовать формулу, мы получим число для максимальной силы, но не будем знать, какова текущая сила трения. Вместо этого нам нужно использовать диаграмму свободного тела и Второй закон Ньютона 9.0008 (ΣF→=ma→) для определения силы трения. Мы наклоним систему координат, чтобы она соответствовала большинству сил, и воспользуемся принципом суперпозиции сил , чтобы разделить гравитационную силу на компоненты x и y в соответствии с новой системой координат. Наша диаграмма свободного тела с этими настройками показана на изображении ниже.

Диаграмма свободного тела для примера 2 с новой системой координат и гравитационной силой, разделенной на компоненты x и y, StudySmarter Originals

Нормальная сила всегда направлена ​​перпендикулярно поверхности, а гравитационная сила (вес) всегда направлена ​​прямо вниз.

Поскольку мы хотим найти силу трения, которая находится на новой оси x, мы применим уравнение второго закона Ньютона в направлении x. Поскольку коробка не ускоряется, сумма сил в направлении x равна нулю:

-Ff+Fgx=0

Используйте тригонометрию, чтобы разбить гравитационную силу на компонент x:

Fgx=Fgsinθ

Заменяем Fg:

Ff=mgsinθ

Затем мы можем подставить наши числа:

Ff=17кг·9,81м/с2·sin(30)Ff=83,4Н

Часть B

Какая сила требуется чтобы начать двигать коробку вниз по склону?

Теперь мы можем вернуться к использованию формулы трения, так как мы хотим знать максимальное статическое трение: гравитационная сила:

Fn=FgcosθFsmax=0,7·17 кг·9,81 м/с2·cos(30)Fsmax=101,1 Н

На этот раз у нас есть сила помимо приложенной силы и силы трения; нам также необходимо учитывать гравитационную силу, действующую в направлении x. Мы можем использовать второй закон Ньютона в направлении x, и мы все равно можем предположить, что ускорение равно нулю, потому что оно еще не начало движение. Выбрав наклон вверх (слева) как отрицательный, а вниз (справа) как положительный, получим следующее:0,81 м/с2·sin(30)F=17,7 Н

Сила трения – ключевые выводы

• Сила трения препятствует скольжению между объектом и поверхностью.
• Трение действует параллельно поверхности в направлении, противоположном движению (или попытке движения).
• Трение является результатом межатомных электрических сил. Электронные облака между шероховатыми частями поверхностей могут отталкиваться друг от друга, а адгезия может пытаться удерживать поверхности от движения, но все это складывается в силу трения, препятствующую движению.
• Общая формула трения Ff≤μFn.
• Статическое трение препятствует скольжению, когда объекты не движутся, и может быть меньше, чем коэффициент статического трения, умноженный на нормальную силу.
• Кинетическое трение препятствует скольжению при движении объектов и всегда равно коэффициенту кинетического трения, умноженному на нормальную силу.

Статическое трение и задача ранжирования силы трения

Научная физика

Александра К.

спросил 18.12.19

Расставьте ящики по действующей на них силе трения.

Ранжировать от меньшего к большему.

1: 500 кг, µ =(0,6,0,3

2: 250 кг, µ=(0,2,0,1)

3: 600 кг. µ=(0,8,0,5)

4: 750 кг, µ=(0,6,0,1) )

5: 750 кг, µ=(0,4,0,3)

6: 1500 кг, µ=(0,3,0,1)

Подписаться І 2

Подробнее

Отчет

1 ответ эксперта

Лучший Новейшие Самый старый

Автор: Лучшие новыеСамые старые

Керри П. ответил 18. 12.19

Репетитор

5,0 (441)

Терпеливый и опытный репетитор по математике, специализирующийся на математических вычислениях

Об этом репетиторе ›

Об этом репетиторе ›

Я не совсем понимаю вопрос. Есть ли 12 сил для ранжирования? Как масса имеет каждое из двух значений μ? Или, может быть, мы должны выбрать только одно из предоставленных значений μ? Я приложу все усилия, чтобы ответить…

Применимое уравнение, которое я называю «забавным» уравнением: f = µN. N = mg, но так как g будет одинаковым для всех, мы можем его игнорировать, потому что мы просто сравниваем.

Первая масса будет иметь f _1a = 0,6(500)g = 300 г, а затем также f _1b = 0,3(500)g = 150 г

f _2a = 0,2(250)g = 50 г и f _2b

g = 25g

f _3a = 0.8(600)g = 480g and f _3b = 0. 5(600) = 300g

f _4a = 0.6(750)g = 450g and f _4b = 0.5 (750)g = 375g

f _5a = 0,4(750)g = 300g и f _5b = 0,3(750)g = 225g

f _6a = 0,3(1 4 95g и 0,3)0241 6b = 0,1(1500) = 150g

Итак, если мы ранжируем 12 различных сил, мой ранг будет 2b, 2a, 1b=6b, 5b, 1a=3b=5a, 4b, 4a=6a, 3a.

Возможно, мы должны были выбрать только один из a/b, основываясь на дополнительной информации. Надеюсь это поможет!

Голосовать за 0 Понизить

Подробнее

Отчет

Все еще ищете помощи? Получите правильный ответ, быстро.

Задайте вопрос бесплатно

Получите бесплатный ответ на быстрый вопрос.
Ответы на большинство вопросов в течение 4 часов.