Site Loader
Posted on 22.04.1985

Содержание

определение, от чего зависит, в чем измеряется, какие существуют виды

Содержание:

  • Что такое сила трения в физике
    • В чем измеряется
  • Виды силы трения с примерами
    • По направлению действия
    • По типу взаимодействующих поверхностей
    • Внутреннее и внешнее трение
  • Коэффициент трения 
  • Формулы расчета силы трения
  • График зависимости силы трения от силы тяги

Содержание

  • Что такое сила трения в физике
    • В чем измеряется
  • Виды силы трения с примерами
    • По направлению действия
    • По типу взаимодействующих поверхностей
    • Внутреннее и внешнее трение
  • Коэффициент трения 
  • Формулы расчета силы трения
  • График зависимости силы трения от силы тяги

Что такое сила трения в физике

Определение

Силой трения называется сила, которая появляется во время движения при касании двух тел друг друга и которая оказывает сопротивление этому движению (всегда направлена в сторону, противоположную движению).

Чем больше значение силы трения между двумя телами, тем сложнее их перемещать относительно друг друга. 

Пример

Примером может быть картонная коробка весом в 20 килограмм, которую перемещают по квартире. Сила трения между коробкой и ламинатом в одной комнате будет гораздо меньше, чем между коробкой и ковром с длинным ворсом в другой. В первом случае двигать коробку достаточно легко, во втором — трудно.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Два тела при трении друг о друга, испытывают на себе действие третьего закона Ньютона. Сила трения, воздействующая на первый объект, равна по значению силе трения, воздействующей на второй объект. Но вектора двух этих сил имеют прямо противоположное направление.

В чем измеряется

Физическая природа трения состоит во взаимодействии атомов и молекул тел, которые соприкасаются между собой.

В физике принято обозначать силу трения большой латинской буквой F с пометкой тр.: Fтр.

Измерение данной физической величины осуществляется в Ньютонах (Н).

Виды силы трения с примерами

В зависимости от характера движения и типа взаимодействующих между собой поверхностей, выделяют несколько классификаций понятия трения. 

По направлению действия

По характеру движения тел выделяют силы трения:

  1. Покоя. Она всегда имеет нулевое значение и возникает при касании двух тел, которые находятся в состоянии покоя относительно друг друга.
  2. Скольжения. Это классический вид трения, который возникает при скольжении двух тел относительно друг друга. Значение данной величины зависит от массы тела (чем больше масса, тем больше и сила трения) и характера поверхности (скольжение по льду/скольжение по земле).
  3. Качения. Данная сила появляется тогда, когда один объект катится по поверхности другого (автомобиль по дороге). Благодаря открытию, что сила трения при качении в разы меньше в сравнении с силой трения при скольжении, наши предки и придумали одно из главных изобретений человечества — колесо. 
  4. Верчения. Этот вид силы появляется, когда одно тело вращается по поверхности другого.

По типу взаимодействующих поверхностей

Само трение тоже бывает нескольких видов:

  1. Сухое. Возникает при касании друг о друга твердых поверхностей.
  2. Вязкое (жидкостное). Возникает при касании твердого тела c жидкостью или газом. Как правило, сила вязкого трения гораздо меньше силы сухого трения.
  3. Смешанное. Появляется между соприкасающимися поверхностями твердых тел, между которыми находится слой смазки.

Внутреннее и внешнее трение

Трение бывает:

  • внутренним; 
  • внешним. 

Внешнее возникает при соприкосновении твердых тел. Внутреннее проявляется при взаимодействии газа или жидкостей. Внутри одного тела происходит смещение слоев относительно друг друга.

Коэффициент трения 

Для того, чтобы произвести расчет силы трения, необходимо знать коэффициент трения (k), который зависит от материала поверхности и не имеет единиц измерения в системе СИ.

Коэффициент трения представляет собой постоянную физическую величину, значение которой для разного рода тел можно узнавать из таблицы.

 

Формулы расчета силы трения

Для тела, находящегося на горизонтальной поверхности, расчет силы трения производится по формуле:

\(F_тр=k\times N\)

Где k — коэффициент трения, а N — сила реакции опоры.

Из формулы расчета силы трения ясно, что помимо коэффициента трения, нужно знать силу реакцию опоры (N), которая равна силе тяжести и зависит от массы тела (m) и ускорения свободного падения (g):

\(N=m\times g\)

При движении тела по наклонной поверхности формула для нахождения силы трения усложняется:

\(F=k\times m\times g\times\cos\alpha\)

Где \(\cos\alpha\) — это отношение прилежащего к углу катета к гипотенузе образовавшегося треугольника.

 

В зависимости от условий задачи на нахождение силы трения, выбрать для расчета необходимо одну из приведенных формул.

График зависимости силы трения от силы тяги

 

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 2)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Что такое сила трения в физике — определение, формула, виды

Содержание

  • 1 Определение силы трения
  • 2 В чём измеряется сила трения
  • 3 Как измерить силу трения
  • 4 Виды силы трения
  • 5 Сила трения скольжения – определение и формула
  • 6 Сила трения покоя – определение и формула
  • 7 Сила трения качения – определение и формула
  • 8 Каковы причины возникновения силы трения (качения и скольжения)
  • 9 Модуль силы трения, формула
  • 10 Может ли сила трения быть движущей силой
  • 11 Задачи на силу трения
  • 12 Примеры силы трения в природе

В статье простым и доступным языком раскрывается понятие силы трения, причины её возникновения и роль в жизни людей и животных. Кроме этого, показаны примеры базовых задач и простейшие формулы, необходимые для решения.

Определение силы трения

Каждый раз, когда соприкасающиеся тела или их части движутся относительно друг друга, возникает сила, стремящаяся это движение прекратить или хотя бы уменьшить. Подобное физическое явление называется силой трения, и направление её действия всегда противоположно движению.

Визуальное представление силы трения

ВАЖНО: трение может быть как внешним, так и внутренним. К первому типу относится любое противодействие перемещению двух и более тел, а ко второму – трение внутри одного сплошного объекта, например в газе или жидкости.

В чём измеряется сила трения

В международной системе единиц (СИ) сила трения, как и любая другая, измеряется в ньютонах (Н), которые являются производными единицами и определяются как отношение килограмма (кг) на отношение метра (м) к секунде в квадрате (с2), то есть Н = кг / (м/с2).

Интересный факт: до принятия СИ в 1960 году использовали абсолютную физическую систему единиц, и размерностью силы была дина. Так как 1 дин = 1 г / (см/с2), то дины и ньютоны отличаются на пять порядков, а именно: 1 дин = 10-5 Н.

Как измерить силу трения

Для измерения механической силы обычно используют динамометр – прибор, ключевыми частями которого являются силовой элемент (в основном пружина) и отчётное звено (например, линейка).

Принцип действия примитивного пружинного динамометра прост: сила, действующая на прибор, сжимает или растягивает упругое звено (в зависимости от направления действия), а её величина регистрируется при помощи измерительной части.

Для того чтобы узнать величину силы трения, передающейся на деревянный брусок при его движении по столу, нужно прикрепить к объекту динамометр и потянуть за пружину в горизонтальной плоскости.

ВНИМАНИЕ: перемещать прибор нужно равномерно и с постоянной скоростью.

Сила трения и сила упругости

На исследуемую систему будут действовать две силы, одна из которых препятствует движению бруска (сила трения), а вторая противится деформации пружины (сила упругости).

СПРАВКА: в данном случае сила тяжести не учитывается, так как её направление перпендикулярно рабочей плоскости.

Вследствие того, что перемещение динамометра равномерное, силы уравновешивают друг друга и имеют одинаковое значение, а так как на измерительной шкале регистрируется сила упругости пружины, то указанная величина и есть искомая цифра.

Подобным опытом можно так же доказать, что сила трения зависит от массы бруска. Установив дополнительный груз и осуществив повторное исследование, легко заметить, что значение на линейке увеличилось.

Сила трения с грузом

Виды силы трения

В трибологии, разделе физики, изучающем взаимодействие контактирующих тел при их относительном движении, трение принято разделять на несколько видов.

Вид тренияОписаниеОтличительная особенность
СухоеЗдесь соприкасающиеся объекты не разделены слоями, например смазкой или подобными материаламиНа практике встречается очень редко
ГраничноеВ области, где предметы контактируют между собой, присутствуют слои различной природы, например окисная плёнкаНаиболее встречающийся вариант при скольжении
Вязкое (жидкостное)Контактирующие тела разделены жидкостью, газом, смазкой или, возможно, порошком графита различной толщиныОбычно присутствует при качении, когда объекты опущены в жидкость
ЭластогидродинамическоеЗдесь существенную роль играет внутреннее трение, присутствующее в смазкеВозникает при увеличении относительной скорости

СПРАВКА: помимо указанных, выделяют ещё один вид трения – смешанное, при котором область контакта тел можно разделить на участки сухого и вязкого трения.

В зависимости от способа перемещения объектов относительно друг друга на них действует:

  • сила трения скольжения;
  • сила трения покоя;
  • сила трения качения.

Сила трения скольжения – определение и формула

Данное явление имеет место при относительном движении соприкасающихся тел, придавая при этом объекту с большей скоростью отрицательное ускорение и уменьшая быстроту его перемещения.

Сила трения скольжения зависит от силы реакции области соприкосновения поверхностей, скорости смещения тел относительно друг друга и материалов контактирующих частей.

ВНИМАНИЕ: площадь соприкосновения не влияет на исследуемую величину.

Формула силы трения скольжения выражает прямо пропорциональную зависимость трения от нормальной реакции опоры N:

Fтр = — μ∙N,

Где μ – коэффициент трения (иногда обозначается как k), зависит от материала и степени обработки поверхности контакта. Значения указанной величины найдены эмпирически, и полученные данные, в зависимости от природы контактирующих тел, сведены в таблицу.

СПРАВКА: знак «минус» в формуле характеризует противонаправленность трения движению.

Внешние приложенные к телу силы не влияют на трение скольжения, что можно наблюдать на графике:

Здесь заштрихованная часть соответствует зоне силы трения покоя, величину которой необходимо превысить, чтобы предмет сдвинулся с места при воздействии на него внешних факторов. На графике отмечено, что максимальное значение трения покоя превышает силу трения скольжения, однако обычно их считают одинаковыми.

Сила трения покоя – определение и формула

Данное явление возникает между неподвижными, обязательно соприкасающимися объектами, препятствуя их относительному смещению.

Примерами этой силы может послужить взаимодействие гвоздя и стены, в которую он забит, или концы завязанного шнурка. Благодаря покою (сцеплению), действующему на подошву обуви, люди ходят по дороге без проскальзывания, а машины не буксуют на сухом асфальте.

Для того чтобы сдвинуть друг относительно друга два предмета, нужно преодолеть силу трения покоя, которую находят по формуле:

Fтр = — k0∙N,

Где N – реакция опоры, k0 – коэффициент трения покоя.

В 1779 французским физиком Кулоном была установлена зависимость, согласно которой, чем сильнее прижаты тела, тем сложнее преодолеть их сцепление.

ВАЖНО: материал и обработка соприкасающихся поверхностей также влияют на возможность возникновения относительного движения.

Сила трения качения – определение и формула

Данное явление возникает, когда контактирующие тела перекатывают относительно друг друга или в случае качения одного предмета, называемого катком, по поверхности второго.

ВНИМАНИЕ: величина рассматриваемой силы в несколько раз меньше скольжения, поэтому, например, тяжелые предметы проще переставить на поверхность с колёсами и только после этого передвигать.

Обычно для приблизительного расчёта силы трения качения применяют следующую формулу:

Fтр = k∙(N/r),

Где k – коэффициент трения качения, r – радиус катка.

СПРАВКА: величина k, в отличие от других коэффициентов в данной теме, имеет размерность длины.

Каковы причины возникновения силы трения (качения и скольжения)

Главная причина возникновения явлений, препятствующих перемещению тел, заключается в неоднородности и шероховатости контактирующих поверхностей. При движении объектов эти дефекты соприкасаются, что и приводит к эффекту торможения.

Помимо этого, причиной трения является существование взаимодействия между молекулами и атомами двух граничащих тел, которое вызывает взаимное притяжение.

Что касается процессов, снижающих скорость качения, то их появление также обуславливается природными деформациями поверхностей. Говоря простым языком, при движении катку требуется постоянно взбираться на небольшие горки, что приводит к замедлению.

Модуль силы трения, формула

Модуль любой величины – это всегда положительное число, следовательно модуль силы трения равен:

|Fтр | = μ∙N,

Где μ – коэффициент трения, N – реакция опоры или области контакта.

СПРАВКА: обычно рассчитывают модуль максимального воздействия, которое и показывает динамометр.

Может ли сила трения быть движущей силой

Несмотря на то что указанное явление обычно препятствует движению, в некоторых случаях силу трения можно считать движущей. Например, при рассмотрении пробуксовывающего колеса транспортного средства его скорость в точке касания к поверхности больше нуля. Поэтому сила трения, согласно своему свойству, будет действовать в направлении, обратном мгновенной скорости, что совпадёт с направлением скорости всего колеса. Следовательно, сила трения может являться движущей силой.

Задачи на силу трения

  1. Для брусков, изображенных на рисунке, найти ускорения, учитывая, что нить, соединяющая их, нерастяжима.
  1. Выяснить, сдвинется ли ящик, если прикладывать к нему указанное воздействие.

Примеры силы трения в природе

Изучаемое явление имеет огромное влияние на жизнедеятельность людей и животных. Благодаря силе трения человек может ходить, удерживать в руках предметы, а звери зацепляться за ветки деревьев. Именно существование сцепления держит огромные валуны на скалах и не позволяет им упасть, а растения тянутся к солнечному свету, скрепляясь с близстоящей опорой.

Кроме этого, и животные, и люди умеют избавляться от негативного воздействия торможения. Например, тела рыб покрыты слизью, чтобы уменьшить эффект трения о воду, а человек, особенно в технике, зачастую применяет различные смазывающие материалы.

Читайте также. Похожие записи.

  • Закон Кулона: основной закон электростатики кратко и понятно
  • Все законы Кирхгофа — формулы и определения первого и второго закона для тока и напряжения
  • Закон Ома простыми словами — формулировка для участка и полной цепи
  • Что такое трансформатор тока, принцип работы, типы, схемы
  • Что такое транзистор Дарлингтона, конфигурации и применение
  • Линейный соленоид

Поделитесь статьей:

comments powered by HyperComments

Определение Сила трения – это сила, возникающая в плоскости касания тел при их относительном перемещении.

Нажмите для полного просмотра!

Вы можете ознакомиться и скачать Определение Сила трения – это сила, возникающая в плоскости касания тел при их относительном перемещении.. Презентация содержит 15 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.



Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Определение Сила трения – это сила, возникающая в плоскости касания тел при их относительном перемещении.

Слайд 2

Описание слайда:

Направление Сила трения направлена противоположно движению

Слайд 3

Описание слайда:

Причины возникновения Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел

Слайд 4

Описание слайда:

Виды сил трения Сила трения бывает трех видов:

Слайд 5

Описание слайда:

Формула для нахождения силы трения Fтр = μ*N μ-коэффициент трения N-сила реакции опоры

Слайд 6

Описание слайда:

Сила трения покоя — сила, действующая на тело: Сила трения покоя — сила, действующая на тело: — со стороны соприкасающегося с ним другого тела, вдоль поверхности соприкосновения тел, если тела покоятся относительно друг друга.

Слайд 7

Описание слайда:

Возникает только между телами в твёрдом состоянии. Зависит только от величины давления тел друг на друга. Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположна ей по направлению.

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Направлена против скорости; Не зависит от величины скорости;

Слайд 12

Описание слайда:

Определение Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух, контактирущих тел, относительно другого и противодействующий вращению движущегося тела

Слайд 13

Описание слайда:

ОПИСАНИЕ Природа действия — электро-магнитная. Направление силы противоположно направлению вектора относительной скорости движения. Формула: F=µN. выполняется приближенно, т.к. сила трения зависит от скорости.

Слайд 14

Описание слайда:

Трение качения в технике Для перевозки тяжелых блоков (брёвен, стволов деревьев) можно применять катки В машинах стремятся заменить трение скольжения трением качения, применяя так называемые шариковые или роликовые подшипники Для подъема тяжелых предметов на высоту используют блоки Сила используется в механических часах

Слайд 15

Описание слайда:

Трение качения в технике Зимой для увеличения сцепления колес с почвой надевают специальные шины В часах для увеличения трения колесики делают зубчатыми Дороги выкладывают твердыми нескользкими материалами(асфальт, щебенка)


Теги Определение Сила трения – это сила, возникающая в плоскости касания тел при их относительном перемещении.

Похожие презентации

Презентация успешно отправлена!

Ошибка! Введите корректный Email!

Email

Mypresentation.ru

Загрузить презентацию

что это, от чего зависит, в чем измеряется, как найти, формула, виды, задачи

Содержание:

  • Что такое сила трения
  • От чего зависит сила трения
  • В чем измеряется
  • Как найти силу трения: формула
  • Виды силы трения
  • Задачи

Содержание

  • Что такое сила трения
  • От чего зависит сила трения
  • В чем измеряется
  • Как найти силу трения: формула
  • Виды силы трения
  • Задачи

Что такое сила трения

Сила трения, как физическое явление, возникает при соприкосновении и взаимном передвижении двух поверхностей. Данная сила представляет собой объект изучения физики, а именно, механики. В процессе опытных наблюдений и изучения силы трения были сформулированы ключевые закономерности, описывающие перемещение и взаимное воздействие физических тел друг на друга. При этом объясняются причины, в зависимости от которых предметы занимают то или иное положение. Когда формируется некая сила трения, образуется барьер для последующего движения взаимодействующих тел.

Возникновение силы трения можно объяснить взаимным воздействием атомов и молекул. Они входят в состав абсолютно всех окружающих предметов. Исходя из этого, разумно сделать вывод о природе образования силы трения, то есть электромагнитных волнах. Вектор силы трения ориентирован в двух направлениях. Данная сила оказывает действие на оба тела, участвующие во взаимодействии. В этом случае можно наблюдать стабильность значения модуля силы трения. Когда один из предметов рассматриваемой системы испытывает на себе действие силы, она влияет и на второй предмет. Если объект неподвижен, то он подвержен силе трения покоя. Такое состояние отличается стабильностью до того момента, пока сила покоя и сила внешнего смещающего его воздействия уравновешены.

По мере возрастания силы, действующей на тело, кроме силы трения покоя, можно заметить, что оно начинает двигаться и занимает новое положение. Таким образом, проявляется сила трения скольжения, вектор которой направлен противоположно движению объекта. За счет действия силы трения не представляется возможным двигаться в течение неограниченного времени. Перемещение завершается после какого-то временного промежутка. При увеличении внешней силы по сравнению с силой трения покоя можно наблюдать возобновление движения.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Трение представляет собой процесс в механике взаимного воздействия тел, которые соприкасаются и перемещаются относительно друг друга в плоскости касания. Также трением называют относительное перемещение между собой параллельных слоев веществ в жидком, газообразном, твердом агрегатных состояниях.

Сила трения является такой силой, причина возникновения которой заключается в соприкосновении пары предметов  и которая создает барьер для их относительного перемещения.

Источник: prezentacii.org

От чего зависит сила трения

Силу трения можно наблюдать в окружающем мире повсюду. Благодаря ее действию, тела не двигаются бесконечно, занимают определенное положение. За счет силы трения предметы лишены возможности скользить и перемещаться длительное время. Величина силы трения определяется типом соприкасающихся поверхностей, их физико-химическими свойствами и характеристиками.

Параметром, который не влияет на силу трения, является площадь соприкосновения предметов. С другой стороны, на интенсивность воздействия оказывает влияние то, как расположены тела. К примеру, если машина едет по ровной дороге, на нее действует одна сила. В том случае, когда транспортное средство перемещается по горному рельефу под каким-то углом к горизонту, оно испытывает на себе силу другой величины. Также значение силы поменяется при движении автомобиля по мокрому асфальту.

Трение возникает по причине шероховатости, которой обладают соприкасающиеся поверхности, а также за счет взаимного воздействия молекул, составляющих эти поверхности. Величина возникающей силы трения определяется составом материалов и тем, насколько сильно они соприкасаются друг с другом. Самые простые модели демонстрации силы трения, с помощью которых описан закон Кулона, предполагают прямую пропорциональную зависимость между силой трения и силой нормальной реакции, возникающими между соприкасающимися поверхностями.

Примечание 

Известно, что физико-химические процессы, протекающие в физических телах, отличаются сложностью. По этой причине сформулировать принципы, характерные для процессов трения, с помощью простейших моделей традиционной механики не представляется возможным.

В чем измеряется

Сила трения представляет собой величину, описывающую процесс трения, а именно, его значение и направление. Из школьного курса физики известно, что силу измеряют в Ньютонах (Н). Аналогичные единицы измерения используют при расчете силы трения.

Как найти силу трения: формула

Коэффициент трения (обозначают, как \mu) играет роль ключевой характеристики трения, зависит от состава соприкасающихся поверхностей.

При рассмотрении примитивных примеров возникновения силы трения и нормальной нагрузки данные величины можно выразить с помощью следующего соотношения:

\(|F|\leqslant \mu {N_{{normal}}}\)

Здесь F обозначает силу трения, \(N_{normal}\) является силой нормальной реакции.

Перечислим некоторые коэффициенты трения, характерные для разных материалов:

Источник: ru.wikipedia.org

Виды силы трения

Как уже было сказано ранее, силы трения могут отличаться в зависимости от природы и положения взаимодействующих тел. Рассмотрим основные виды данного воздействия:

  1. Сила трения покоя направлена против внешнего воздействия, перемещающего предмет. Если внешние силы отсутствуют, сила трения покоя имеет нулевое значение.
  2. Сила трения скольжения прямо зависит от коэффициента трения и силы давления поверхности, влияющей на тело. Вектор этого трения является перпендикуляром, опущенным к поверхности. В распространенных ситуация скольжение меньше по сравнению с самой большой силой трения покоя.
  3. Сила трения качения формируется в том случае, когда какой-то предмет катится по поверхности второго. В качестве примеров можно привести движение колеса велосипеда относительно дороги и функционирование подшипникового механизма. Действие этой силы меньше по сравнению со скольжением при аналогичных условиях.
  4. Сила трения верчения образуется при вращении некого тела относительно поверхности другого тела.
Источник: kopilkaurokov.ru

Трение, как природное явление, классифицируют на несколько видов. Перечислим основные из них:

  1. Сухое трение, редко встречающееся в естественной среде, предполагающее взаимодействие твердых поверхностей.
  2. Вязкое (жидкостное) трение можно наблюдать, когда твердое тело соприкасается с материалом в жидком или газообразном агрегатных состояниях.
  3. Смешанное трение характерно для взаимодействия предметов, поверхности которых смазаны.

Кроме того, трение бывает таких видов, как:

  • внутреннее;
  • внешнее.

Задачи

Задача 1

Доска имеет массу (М) 15 кг и расположена на гладкой поверхности. На нее поместили брусок массой (m) 3 кг. Требуется вычислить, чему равна максимальная горизонтально ориентированная сила, воздействующая на доску, при нахождении бруска в состоянии покоя. Коэффициент трения между доской и бруском в данном случае следует считать за \(\mu = 0,4.\)

Решение

Воспользуемся понятием и особенностями действия сил трения, применительно к данной задаче. Для удобства вычислений необходимо представить два изображения. Сначала продемонстрируем наглядно действие сил, направленных на брусок. С правой стороны изобразим систему сил для доски.

Источник: physics.shkolkovo.net

Заметим, что брусок находится в состоянии покоя на доске. Таким образом, можно сделать вывод о равенстве их ускорений, то есть:

\(a_1=a_2=a\)

Воспользуемся вторым законом Ньютона, применительно к бруску. Тогда получим следующее соотношение:

\(\vec{N_1}+\vec{F_{\text{тр}}}+m\vec{g} = m\vec{a}\)

Воспроизведем проекции на координатные оси:

\(Oy: N_1 — mg = 0\)

\(Ox: F_{\text{тр}} = ma\)

В критический момент времени при максимальном значении ускорения. При этом скольжение бруска отсутствует, а сила трения покоя находится в равновесии с силой трения скольжения. Исходя из данных условий, можно записать следующее:

\(F_{\text{тр}} = \mu N = \mu mg\)

Путем подстановки полученного выражения в уравнение проекции второго закона Ньютона на ось Ох, получим такое соотношение:

\(\mu mg = ma \Rightarrow a= \mu g\)

Далее необходимо применить второй закон Ньютона для системы, в которой участвуют доска и брусок. 2$} = 72\text{ H }\)

Ответ: 72.

Задача 2

Некое тело движется, испытывая влияние горизонтально направленной силы. При этом на тело оказывает воздействие сила трения, обозначенная, как \(F_{\text{тр1}}\). Необходимо вычислить, во сколько раз поменяется значение данной силы при уменьшении массы наблюдаемого объекта в 2 раза.

Решение

 

Упростить понимание этой задачи можно путем изображения всех сил, приложенных к телу:

Источник: physics.shkolkovo.net

Воспользуемся вторым законом Ньютона, чтобы записать следующее справедливое равенство:

\(\vec{F} + \vec{N} + m\vec{g} +\vec{F}_{\text{тр1}} = m\vec{a}\)

В данном случае m обозначает массу тела, а является ускорением, которое приобретает объект.

Если построить проекцию данного выражения на вертикальной оси, то получим такое соотношение:

\(N — mg = 0 \Rightarrow N=mg\)

Исходя из понятия силы трения скольжения, справедливо записать следующее уравнение:

\(F_{\text{тр}} = \mu N = \mu mg\)

Здесь \mu является коэффициентом трения.

Заметим наличие прямой зависимости между силой трения скольжения и массой объекта. Из этого целесообразно сделать вывод об уменьшении силы трения скольжения в 2 раза при условии, что массу тела уменьшили в 2 раза.

Ответ: 2

Задача 3

Некий предмет имеет массу 10 кг и испытывает на себе горизонтально ориентированную силу F=30 Н. Данное тело расположено на горизонтальной шероховатой поверхности. Коэффициент трения при этом равен  \(\mu=0,5\). Нужно вычислить величину силы трения.

Решение

Обратимся к понятию силы трения скольжения. Данная сила определяется с помощью следующей формулы:

\(F_{\text{ск}} = \mu N\)

В данном случае N обозначает силу реакции опоры.

Изобразим схематично силы, которые приложены к предмету:

Источник: physics.shkolkovo.net

Воспользуемся вторым законом Ньютона и запишем следующее справедливое равенство, применительно к условиям задачи:

\(\vec{F_{\text{ск}}} +\vec{F}+m\vec{g} + \vec{N} = m\vec{a} \)

Если спроецировать рассматриваемые силы на ось ординат, получим следующее:

\(N-mg=0\Rightarrow N=mg Отсюда: F_{\text{ск}} = \mu mg = 0,5\cdot 10\text{ кг} \cdot 10\text{ м/с$^2$} = 50\text{ H }\)

Из полученного результата можно сделать такой вывод:

\(F_\text{ск} > F\)

Из этого следует, что при приложении к телу силы, направленной в левую сторону, оно начнет двигаться в правую сторону. С точки зрения физики такая ситуация невозможна. Таким образом, вычисленной силы не хватает для смещения предмета. В результате, можно наблюдать равенство силы трения и силы трения покоя, равной силе, с которой воздействуют на тело для его передвижения:

\(F_{\text{тр}}=F_{\text{покоя}} = F = 30\text{ Н }\)

Ответ: 30

Задача 4

Графически изображена зависимость модуля силы трения скольжения от модуля силы нормального давления. Необходимо вычислить значение коэффициента трения.

Источник: physics.shkolkovo.net

Решение

Воспользуемся уравнением силы трения, из которого выразим искомый коэффициент трения. Подставим известные величины по условию задания и выполним вычисления:

\(F_\text{ тр}=\mu N \Rightarrow \mu =\dfrac{F_\text{ тр}}{N}=\dfrac{3\text{ Н}}{24\text{ Н}}=0,125\)

Ответ: 0,125

Задача 5

Предмет перемещается по горизонтальной поверхности и действует на нее с силой 40 Н. {\circ}\) шайба скользит равномерно. Необходимо вычислить высоту горки и округлить ответ до десятых.

Решение

Проанализировать все силы, которые оказывают влияние на шайбу, становится проще, если изобразить их на схеме:

Источник: physics.shkolkovo.net

Запишем соотношение для второго закона Ньютона:

\(\vec{F_{\text{тр}}} +m\vec{g} + \vec{N} = m\vec{a}\)

Далее представим проекцию полученного выражения на ось абсцисс и ординат:

\(Ox: mg\sin{\alpha} — F_{\text{тр}}=ma\)

\(Oy: N-mg\cos{\alpha} = 0\Rightarrow N=mg\cos{\alpha}\)

Исходя из понятия силы трения скольжения, запишем следующее уравнение:

\(F_{\text{тр}} = \mu N = \mu mg\cos{\alpha}\)

В результате получим, что:

\(mg\sin{\alpha} — \mu mg\cos{\alpha}=ma g(\sin{\alpha} — \mu \cos{\alpha})=a\)

Проанализируем условия, при которых шайба скользит, чтобы определить значение коэффициента трения. Заметим, что в начале движения ускорение обладает нулевым значением. {\circ}\). Коэффициент трения составляет \(\mu=0,4\). Нужно рассчитать силу трения \( F_{\text{тр}}.\)

Решение

В первую очередь необходимо определить, в каком состоянии находится предмет. Целесообразно при этом проанализировать момент времени равенства угла наклона критическому, то есть:

\(\alpha=\alpha_{\text{кр}}\)

Источник: physics.shkolkovo.net

Согласно второму закону Ньютона, получим:

\(\vec{F_{\text{тр}}} +m\vec{g} + \vec{N} = m\vec{a}\)

Запишем проекции уравнения на оси абсцисс и ординат:

\(Ox: F_{\text{тр}}- mg\sin{\alpha_{\text{кр}}}=0 \Rightarrow F_{\text{тр}}= mg\sin{\alpha_{\text{кр}}}\)

\(Oy: N-mg\cos{\alpha_{\text{кр}}} = 0\Rightarrow N=mg\cos{\alpha_{\text{кр}}}\)

Исходя из определения силы трения скольжения, составим следующее соотношение:

\(F_{\text{тр}} = \mu N = \mu mg\cos{\alpha_{\text{кр}}} mg\sin{\alpha_{\text{кр}}} = \mu mg\cos{\alpha_{\text{кр}}}\)

В результате:

\(\mu\cos{\alpha_{\text{кр}}} = \sin{\alpha_{\text{кр}}}\Rightarrow \mu = tg{\alpha_{\text{кр}}}\)

Так как \(\alpha_{\text{кр}}\) является углом, при котором  предмет смещается, \(tg{\alpha}\) обозначает функцию, которая возрастает на интервале \((0;\dfrac{\pi}{2})\), можно записать следующий вывод для \(\alpha < \alpha_{\text{кр}}\):

при \(\mu < tg{\alpha}\) предмет начинает скользить;

при \(\mu > tg{\alpha} \) тело находится в покое. 2$}\cdot\frac{\sqrt{3}}{2} F_{\text{тр}} \approx 34,6\text{ H }\)

Ответ: 34,6.

Насколько полезной была для вас статья?

У этой статьи пока нет оценок.

Всё о силе трения. Сила трения. Где и как можно использовать трение

Сила трения (Fтр.) — это сила, возникающая при контакте поверхностей двух тел и препятствующая их относительному перемещению. Она появляется за счёт электромагнитных сил, возникающих атомами и молекулами в месте контакта этих двух объектов.

Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в противоположную по отношению к направлению движения сторону. Например, если толкнуть книгу через стол, то она начнёт движение. Сила, с которой вы воздействовали на книгу, будет перемещать её. Книга скользит, затем замедляется и останавливается из-за влияния силы трения.

Особенности сил трения

Трение, о котором говорилось выше, проявляющееся при движении объектов называют внешним или сухим. Но оно может существовать и между частями или слоями одного объекта (жидкого или газообразного), такой вид называют внутренним.
Главной особенностью назовём зависимость трения от скорости относительного движения тел.
Существуют и другие характерные особенности:

  • возникновение при контакте двух движущихся тел поверхностями;
  • её действие параллельно области соприкосновения;
  • направлена противоположно вектору скорости тела;
  • зависит от качества поверхностей (гладкие или шероховатые), взаимодействующих объектов;
  • форма или размер объекта, движущегося в газе или жидкости, влияют на величину силы трения.

Виды трения

Выделяют несколько видов. Рассмотрим их различия. На книгу, скользящую по столу, действует трение скольжения.

Сила трения скольжения

Где N — сила реакции опоры.

Обратите внимание на некоторые ситуации:

Если человек едет на велосипеде, то трение, возникающее во время контакта колеса с дорогой — трение качения. Такой вид силы значительно меньше по величине силы трения скольжения.

Сила трения качения

Существенно меньшие значения величины такого вида силы используют люди, используя колесо, ролики и шариковые подшипники в различных движущихся частях устройств.

Шарль Огюстен Кулон в своей работе по теории трения предложил вычислять силу трения качения следующим образом:

,
μ — коэффициент трения.
Смазка, чаще всего в виде тонкого слоя жидкости, уменьшает трение.
Жидкости или газы — это особые среды, в которых тоже проявляется данный вид сил. В этих средах трение проявляется только во время перемещения объекта. Нельзя говорить о силе трения покоя в данных средах.

Сила трения в жидкостях и газах

Такой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления — она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
Сила сопротивления среды зависит от:

  • геометрических размеров и формы объекта;
  • вязкости жидкой или газообразной среды;
  • состояния поверхности объекта;
  • скорости объекта относительно той среды, в которой он находится.

«Физика — 10 класс»

Вспомните, что такое трение.
Какими факторами оно обусловлено?
Почему изменяется скорость движения по столу бруска после толчка?

Ещё один вид сил, с которыми имеют дело в механике, — это силы трения. Эти силы действуют вдоль поверхностей тел при их непосредственном соприкосновении.

Силы трения во всех случаях препятствуют относительному движению соприкасающихся тел. При некоторых условиях силы трения делают это движение невозможным. Однако они не только тормозят движение тел. В ряде практически важных случаев движение тела не могло бы возникнуть без действия сил трения.

Трение, возникающее при относительном перемещении соприкасающихся поверхностей твёрдых тел, называется сухим трением .

Различают три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение покоя.

Попробуйте сдвинуть пальцем лежащую на столе толстую книгу. Вы приложили к ней некоторую силу, направленную вдоль поверхности стола, а книга остаётся в покое. Следовательно, между книгой и поверхностью стола возникает сила, направленная против той силы, с которой вы действуете на книгу, и в точности равная ей по модулю. Это сила трения тp . Вы с большей силой толкаете книгу, но она по-прежнему остаётся на месте. Значит, и сила трения тp настолько же возрастает.

Силу трения, действующую между двумя телами, неподвижными относительно друг друга, называют силой трения покоя .

Если на тело действует сила , параллельная поверхности, на которой оно находится, и тело при этом остаётся неподвижным, то это означает, что на него действует сила трения покоя тp , равная по модулю и направленная в противоположную сторону силе (рис. 3.22). Следовательно, сила трения покоя определяется действующей на него силой:

Если действующая на покоящееся тело сила хотя бы немного превысит максимальную силу трения покоя, то тело начнёт скользить.

Наибольшее значение силы трения, при котором скольжение ещё не наступает, называется максимальной силой трения покоя .

Для определения максимальной силы трения покоя существует весьма простой, но не очень точный количественный закон. Пусть на столе находится брусок с прикреплённым к нему динамометром. Проведём первый опыт. Потянем за кольцо динамометра и определим максимальную силу трения покоя. На брусок действуют сила тяжести m, сила нормальной реакции опоры 1 , сила натяжения 1 , пружины динамометра и максимальная сила трения покоя тр1 (рис. 3.23).

Положим на брусок ещё один такой же брусок. Сила давления брусков на стол увеличится в 2 раза. Согласно третьему закону Ньютона сила нормальной реакции опоры 2 также увеличится в 2 раза. Если мы снова измерим максимальную силу трения покоя, то увидим, что она увеличилась во столько раз, во сколько раз увеличилась сила 2 , т. е. в 2 раза.

Продолжая увеличивать число брусков и измеряя каждый раз максимальную силу трения покоя, мы убедимся в том, что

>максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры.

Если обозначить модуль максимальной силы трения покоя через F тр. mах, то можно записать:

F тр. mах = μN (3.11)

где μ — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Коэффициент трения характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.

Эту зависимость впервые установил французский физик Ш. Кулон.

Если положить брусок на меньшую грань, то F тр. mах не изменится.

Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел.

Сила трения покоя изменяется в пределах от нуля до максимального значения, равного μN. За счёт чего может происходить изменение силы трения?

Дело здесь вот в чём. При действии на тело некоторой силы оно слегка (незаметно для глаза) смещается, и это смещение продолжается до тех пор, пока микроскопические шероховатости поверхностей не расположатся относительно друг друга так, что, зацепляясь одна за другую, они приведут к появлению силы, уравновешивающей силу . При увеличении силы тело опять чуть-чуть сдвинется так, что мельчайшие неровности поверхностей по-иному будут цепляться друг за друга, и сила трения возрастёт.

И лишь при > F тр. mах ни при каком взаимном расположении шероховатостей поверхности сила трения не в состоянии уравновесить силу , и начнётся скольжение.

Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля действующей силы показана на рисунке 3.24.

При ходьбе и беге на подошвы ног действует сила трения покоя, если только ноги не скользят. Такая же сила действует на ведущие колёса автомобиля. На ведомые колёса также действует сила трения покоя, но уже тормозящая движение, причём эта сила значительно меньше силы, действующей на ведущие колёса (иначе автомобиль не смог бы тронуться с места).

В давнее время сомневались, что паровоз сможет ехать по гладким рельсам. Думали, что трение, тормозящее ведомые колёса, будет равно силе трения, действующей на ведущие колёса. Предлагали даже делать ведущие колёса зубчатыми и прокладывать для них специальные зубчатые рельсы.

Трение скольжения.


При скольжении сила трения зависит не только от состояния трущихся поверхностей, но и от относительной скорости движения тел, причём эта зависимость от скорости является довольно сложной. Опыт показывает, что часто (хотя и не всегда) в самом начале скольжения, когда относительная скорость ещё мала, сила трения становится несколько меньше максимальной силы трения покоя. Лишь затем, по мере увеличения скорости, она растёт и начинает превосходить F тр. mах.

Вы, вероятно, замечали, что тяжёлый предмет, например ящик, трудно сдвинуть с места, а потом двигать его становится легче. Это как раз и объясняется уменьшением силы трения при появлении скольжения с малой скоростью (см. рис. 3.24).

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Поэтому приближённо можно считать её постоянной и равной максимальной силе трения покоя:

F тр ≈ F тр. mах = μN.

Силу трения скольжения можно уменьшить во много раз с помощью смазки — чаще всего тонкого слоя жидкости (обычно того или иного сорта минерального масла) — между трущимися поверхностями.

Ни одна современная машина, например двигатель автомобиля или трактора, не может работать без смазки. Специальная система смазки предусматривается при конструировании всех машин.

Трение между слоями жидкости, прилегающими к твёрдым поверхностям, значительно меньше, чем между сухими поверхностями.

Трение качения.

Сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения, поэтому гораздо легче перекатывать тяжёлый предмет, чем двигать его.

Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом её главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

Силы сопротивления при движении твёрдых тел в жидкостях и газах.

При движении твёрдого тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при наличии относительного движения тела и окружающей среды.
Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует.

Это приводит к тому что усилием рук можно сдвинуть тяжёлое тело, например плавающую лодку, в то время как сдвинуть с места, скажем, поезд усилием рук просто невозможно.

Модуль силы сопротивления F c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды (жидкости или газа), в которой тело движется, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела показан на рисунке 3.25. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (F c = 0). С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растёт медленно, а затем всё быстрее и быстрее. При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

F c = k 1 υ, (3.12)

где k 1 — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — её вязкости. Вычислить коэффициент k 1 теоретически для тел сколько-нибудь сложной формы не представляется возможным, его определяют опытным путём.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

F c = k 2 υ 2 , υ, (3.13)

где k 2 — коэффициент сопротивления, отличный от k 1 .

Какую из формул — (3 12) или (3.13) — можно использовать в конкретном случае, определяется опытным путём. Например, для легкового автомобиля первую формулу желательно применять приблизительно при 60-80 км/ч, при больших скоростях следует использовать вторую формулу.

Выделяют три вида сил трения: трение скольжения, трение качения и трение покоя.

Сила трения скольжения возникает, когда одно тело перемещается по поверхности другого. Чем больше вес тела, и чем больше коэффициент трения между данными поверхностями (коэффициент зависит от материала, из которого сделаны поверхности), тем больше сила трения скольжения.

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. При движении брусок, лежащий на своей большой по площади грани, будет иметь такую же силу трения скольжения, как если его положить на самую маленькую грань.

Основная причина возникновения силы трения скольжения — мельчайшие неровности поверхностей двух тел. Ими тела цепляются друг за друга при движении. Если бы не было силы трения скольжения, то тело, приведенное в движение кратковременным действием на него силы, продолжало бы двигаться равномерно. Однако, поскольку сила трения скольжения существует, и она направлена против движения тела, то тело постепенно останавливается.

Вторая причина возникновения силы трения скольжения — межмолекулярные взаимодействия на соприкасающихся поверхностях двух тел. Данное взаимодействие может возникнуть только на очень гладких, хорошо отполированных поверхностях. Молекулы разных тел оказываются очень близко друг к другу и притягиваются. Из-за этого движение тела тормозится.

Сила трения качения возникает, когда по поверхности одного тела, перекатывается другое, обычно круглой формы. Например, катятся колеса транспортных средств на дороге, перевернутая на бок бочка с пригорка, шарик по полу.

Сила трения качения намного меньше силы трения скольжения. Вспомните, большую сумку легче вести на колесиках, чем волоком тащить по земле. Причина кроется в разном способе контакта между движущимся телом и поверхностью. При качении колесо как бы вдавливает, подминает под себя поверхность, отталкивается от нее. Катящемуся колесу не приходится цеплять множество мелких неровностей поверхности, как при скольжении тел.

Чем тверже поверхность, тем меньше сила трения качения. Например, по песку ехать на велосипеде труднее, чем по асфальту, так как на песке приходится преодолевать бо льшую силу трения качения. Это связано с тем, что отталкиваться от твердых поверхностей легче, они не сильно вдавливаются. Можно сказать, что сила, которая действует со стороны колеса на твердую поверхность, не расходуется на деформацию, а почти вся возвращается в виде силы нормальной реакции опоры.

Сила трения покоя окружает нас повсеместно. Все предметы, которые лежат на других телах, удерживаются силой трения покоя. Силы трения покоя даже хватает, чтобы удерживать предметы на наклоненных поверхностях. Например, человек может стоять на склоне холма, брусок неподвижно лежать на слегка наклоненной линейке. Кроме того, благодаря силе трения покоя возможны такие формы движения, как ходьба и езда. В этих случаях происходит «сцепление» с поверхностью за счет силы трения покоя, в результате появляется возможность отталкиваться от поверхности.

Причины силы трения покоя такие же, как у силы трения скольжения.

Сила трения покоя возникает, когда пытаются сдвинуть стоящее тело. Пока сила, пытающаяся двигать тело, меньше силы трения покоя, тело будет оставаться на месте. Как только эта сила превысит определенную максимальную силу трения покоя для данных двух тел, одно тело начнет двигаться относительно другого, и на него уже будет действовать сила трения скольжения или качения.

В большинстве случаев максимальная сила трения покоя немного превосходит силу трения скольжения. Так, чтобы начать двигать шкаф, надо сначала приложить чуть больше усилий, чем прикладывать их, когда шкаф уже двигается. Часто разницей между силами трения покоя и скольжения пренебрегают, считая их равными.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Из второго уравнения:

Сила трения:

Подставив выражение для силы трения в первое уравнение, получим:

При торможении до полной остановки скорость автобуса падает от значения до нуля, поэтому автобуса:

Приравнивая правые части соотношений для ускорения автобуса при аварийном торможении, получим:

откуда время до полной остановки автобуса:

Ускорение свободного падения м/с

Подставив в формулу численные значения физических величин, вычислим:

ПРИМЕР 2

ОтветАвтобус остановится через c.
ЗаданиеНебольшое тело положили на наклонную плоскость, составляющую угол с горизонтом, и отпустили. Какое расстояние пройдет тело за 3 с, если коэффициент трения между ним и поверхностью 0,2?
РешениеВыполним рисунок и укажем все силы, действующие на тело.

На тело действуют сила тяжести , сила реакции опоры и сила трения

Выберем систему координат, как показано на рисунке, и спроектируем это векторное равенство на оси координат:

Из второго уравнения:

Определение 1

Сила трения представляет силу, появляющуюся в момент соприкосновения двух тел и препятствующую их относительному движению.

Главная причина, провоцирующая трение, кроется в шероховатости трущихся поверхностей и молекулярном взаимодействии указанных поверхностей. Сила трения зависима от материала соприкасающихся поверхностей и от силы их взаимного прижатия.

Понятие силы трения

Исходя из простых моделей трения (на основании закона Кулона), сила трения будет считаться прямо пропорциональной степени нормальной реакции соприкасающихся и трущихся поверхностей. Если рассматривать в целом, то процессы силы трения невозможно описать только лишь простыми моделями классической механики, что объясняется сложностью реакций в зоне взаимодействия трущихся тел.

Силы трения, подобно силам упругости, обладают электромагнитной природой. Их возникновение становится возможным, благодаря взаимодействию между молекулами и атомами тел, которые соприкасаются.

Замечание 1

Силы трения отличны от сил упругости и гравитационных фактом зависимости не только от конфигурации тел (от их взаимного расположения), но и от относительных скоростей их взаимодействия.

Разновидности силы трения

При условии наличия относительного движения двух контактирующих между собой тел, возникающие в таком процессе силы трения подразделяются на такие виды:

  1. Трение скольжения (представляет силу, возникающую как следствие поступательного перемещения одного из взаимодействующих тел относительно второго и воздействующая на данное тело в направлении, которое будет противоположным направлению скольжения).
  2. Трение качения (представляет момент сил, способный возникать в условиях процесса качения одного из двух контактирующих с другим тел).
  3. Трение покоя (считается силой, возникающей между двумя взаимодействующими телами, при этом она становится серьезным препятствием для возникновения относительного движения. Такая сила преодолевается с целью приведения данных контактирующих тел в движение относительно друг друга. Такой вид трения появляется при микроперемещениях (к примеру, при деформации) контактирующих тел. При возрастании усилий начнется повышение и силы трения.
  4. Трение верчения (является моментом силы, возникающим между контактирующими телами в условиях вращения одного из них в отношении другого и направленным против вращения). Определяется формулой: $M=pN$, где $N$ — нормальное давление, $p$- коэффициент трения верчения, имеющий размерность длины.

Экспериментальным образом была установлена независимость силы трения от площади поверхности, вдоль которой наблюдается соприкосновение тел, и пропорциональность силе нормального давления, с которой одно тело будет действовать на второе.

Определение 2

Постоянная величина представляет коэффициент трения, при этом зависимый от природы и состояния трущихся поверхностей.

В определенных ситуациях трение оказывается полезным. Можно привести примеры с невозможностью хождения человека (при отсутствии трения) и движением автотранспорта. Наряду с тем, трение может оказывать и вредный эффект. Так, оно провоцирует износ соприкасающихся деталей механизмов, дополнительный расход топлива для транспортных средств. Средством противостояния этому служат различные смазки (воздушные или жидкостные подушки). Еще одним эффективным способом считается замена скольжения качением.

Основные расчетные формулы для определения силы трения

Расчетная формула силы трения при скольжении будет выглядеть так:

  • $m$-коэффициент пропорциональности (трения скольжения),
  • $Р$ – сила вертикального (нормального) давления.

Сила трения скольжения представляет одну из управляющих движением сил, а ее формулу записывают с применением силы реакции опоры. На основе действия третьего закона Ньютона, силы нормального давления, а также реакции опоры оказываются равными по величине и противоположными по направлению:

Перед определением силы трения, формула которой будет записываться таким образом: $F=mN$, определяется сила реакции.

Замечание 2

Коэффициент сопротивления при процессе скольжения вводят экспериментально для трущихся поверхностей, при этом он будет зависимым от материала и качества обработки.

Максимальная сила трения покоя определяется подобно силе трения скольжения. Это играет важное значение для решения задач по определению силы движущего сопротивления. Можно привести пример с книгой, передвигаемой прижатой к ней рукой. Так, скольжение этой книги будет осуществляться под воздействием силы сопротивления покоя между книгой и рукой. При этом величина сопротивления будет зависеть от показателя силы вертикального давления на книгу.

Интересным будет факт пропорциональности силы трения квадрату соответствующей скорости, а ее формула станет видоизменяться, в зависимости от скорости перемещения взаимодействующих тел. К такой силе можно отнести силу вязкого сопротивления в жидкости.

В зависимости от скорости перемещения, силу сопротивления будет определять скорость движения, форма перемещающегося тела или вязкость жидкости. Движение в масле и воде одного и того же тела сопровождает различное по величине сопротивление. Для незначительных скоростей оно выглядит так:

  • $k$ – коэффициент пропорциональности, зависящий от линейных размеров тела и свойств среды,
  • $v$ – скорость тела.

Трение, его виды. Трение скольжения и трение качения. Сила и коэффициент трения. Борьба с износом трущихся деталей

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Трение (фрикционное взаимодействие) — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется трибология (механика фрикционного взаимодействия).

Трение принято разделять на:

  • сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями / смазками (в том числе и твёрдыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай; характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
  • граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;
  • жидкостное (вязкое), возникающее при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
  • смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
  • эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Сила трения – это сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному движению.

Причины возникновения силы трения:

  • шероховатость соприкасающихся поверхностей;
  • взаимное притяжение молекул этих поверхностей.

Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих / взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих / взаимодействующих тел относительно другого.

Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга.

Сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции, то есть зависит от того, насколько сильно тела прижаты друг к другу и от их материала, поэтому основной характеристикой трения является коэффициент трения, который определяется материалами, из которых изготовлены поверхности взаимодействующих тел. [1]

Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. [2]

Работа любой машины неизбежно сопровождается трением при относительном движении её частей, поэтому полностью устранить износ невозможно. Величина износа при непосредственном контакте поверхностей прямо пропорциональна работе сил трения.

Абразивный износ частично вызывается действием пыли и грязи, поэтому очень важно содержать оборудование в чистоте, особенно её трущиеся части.

Для борьбы с износом и трением заменяют одни металлы другими, более устойчивыми, применяют термическую и химическую обработку трущихся поверхностей, точную механическую обработку, а также заменяют металлы различными заменителями, изменяют конструкцию, улучшают смазку (изменяют вид, вводят присадки) и т. д.

В машинах стремятся не допускать непосредственного трения скольжения твёрдых поверхностей, для чего или разделяют их слоем смазки (жидкостное трение), или же вводят между ними добавочные элементы качения (шариковые и роликовые подшипники).

Основное правило конструирования трущихся деталей машин состоит в том, что более дорогой и трудно заменяемый элемент трущейся пары (вал) изготовляют из более твёрдого и более износоустойчивого материала (твёрдая сталь), а более простые, дешёвые и легко заменяемые части (вкладыши подшипников) изготовляют из сравнительно мягкого материала с небольшим коэффициентом трения (бронза, баббит).

Большинство деталей машин выходят из строя именно вследствие износа, поэтому уменьшение трения и износа даже на 5-10% даёт огромную экономию, что имеет исключительное значение. [3]

Перечень ссылок

  1. Трение // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Трение.
  2. Износ (техника) // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Износ_(техника).
  3. Трение в машинах, трение и износ в машиностроении // Проект-Технарь. Прогрессивные авто-технологии. — http://www.studiplom.ru/Technology/Trenie.html.

Вопросы для контроля

  1. Что такое трение?
  2. Какие существуют разновидности трения?
  3. Что приводит к возникновению силы трения?
  4. Как классифицируют трение в зависимости от действующих сил?
  5. Что такое износ и как с ним борются?

5 2 голоса

Рейтинг статьи

Определение силы трения — DewWool

Человек идет по поверхности с низким коэффициентом трения (масляной поверхности).

Вы когда-нибудь задумывались, почему цикл останавливается, если мы не торгуем вразнос? Должно быть что-то воздействующее на него……. Это что-то на самом деле является силой. Она называется силой трения. Мы можем определить трение в физике как противодействующую силу между двумя телами, находящимися в относительном движении.

Трение позволяет нам ходить, карабкаться и т. д., но оно также заставляет нас тратить много энергии в этом процессе, и от этого мы устаем. Трение — необходимое зло. В этой статье мы попытаемся дать определение трению, рассмотрим причины трения, формулу трения, виды трения и некоторые примеры трения из реальной жизни.

Определение силы трения

1. Трение – это сила, противодействующая относительному движению двух соприкасающихся тел.
2. Действует в направлении, противоположном приложенной силе, параллельно поверхности.
3. Сила трения зависит от типа скользящих материалов.
4. Может возникать из-за шероховатости поверхностей или даже притяжения между молекулами двух поверхностей скольжения.

Катящийся шар останавливается без какой-либо видимой силы, останавливающей его. Что это за невидимая сила, которая не дает мячу бесконечно катиться?

Согласно первому закону движения Ньютона: тело находится в равномерном прямолинейном движении, оставаясь при этом в движении до тех пор, пока на него не подействует внешняя противодействующая сила.

Значит, есть внешняя сила, которая останавливает мяч. Эта сила кажется невидимой. Это сила трения .

В чем причина трения? Трение в микроскопическом масштабе

Сила трения возникает из-за шероховатости поверхностей. На микроскопическом уровне мы находим множество неровностей на обеих поверхностях. Изображение выше объясняет, как сила трения возникает на микроскопическом уровне. Идеально гладкие поверхности найти очень сложно. Подробнее о факторах, влияющих на трение, можно прочитать здесь.

Как измерить трение в реальной жизни?

Трение определяется по общей формуле F  =  мкН , где мкН – коэффициент трения. Если вы знаете коэффициент трения поверхности, вы можете легко найти значение трения. Как правило, нормальная сила — это вес объекта, выраженный в мг. Где m — масса объекта, а g — ускорение свободного падения.

В большинстве случаев коэффициент трения точно неизвестен. Затем нам потребуются устройства для измерения коэффициента трения. Его также можно измерить, используя некоторые простые принципы физики, такие как пружинный баланс или метод маятника.

Викторина

Изображение Александра Пирогова с Pixabay

Куда направлена ​​сила трения?

Сила трения всегда действует в направлении , противоположном движению скользящего объекта и параллельно скользящему интерфейсу. На изображении ниже показано, как движущийся мяч останавливается из-за силы трения.

Направление силы трения

Примеры трения в нашей повседневной жизни

Когда мы ходим по мокрой поверхности, мы склонны поскользнуться и упасть. Вы задавались вопросом, почему? Это происходит потому, что жидкости, такие как вода, уменьшают трение поверхности , и, следовательно, мы теряем сцепление с поверхностью и падаем.

Человек идет по мокрой поверхности

Очень трудно найти идеально гладкую поверхность . Но в идеальном случае гладкой поверхности трения не будет. Анимация ниже демонстрирует, как будет вести себя поверхность без трения.

Человек идет по идеально гладкой поверхности

Сила трения проявляется только тогда, когда две поверхности скользят друг по другу. Анимация ниже показывает случай действия-противодействия, когда мяч ударяется о стену, но не сильно скользит. Этот  – не  – идеальный пример трения.

Действие-реакция на удар мяча о стену

Почему зимой мы потираем руки? Когда мы потираем руки, трение между нашими висами выделяет определенное количество тепла, которого достаточно, чтобы согреться в зимнее время.

Когда две поверхности скользят друг по другу, всегда присутствует сила трения. Эта сила трения вызывает выделение небольшого количества тепла. Моделирование здесь объясняет процесс тепловыделения с представлением атомов на границе скольжения. Идите вперед и сдвиньте синюю поверхность по зеленой и посмотрите, что произойдет.

Трения неизбежны в нашей повседневной жизни. Это забавное видео показывает, какой была бы жизнь без трений. Вы можете прочитать наш блог о 50 примерах трения в нашей повседневной жизни, чтобы узнать больше. Ниже мы перечислили 5 наиболее распространенных примеров трения.

  • Ходьба по дороге
  • Зажигание спички
  • Лестница у стены
  • Держание за предметы
  • Тормоза, останавливающие автомобиль

Нагревание при скольжении двух поверхностей

связанный с ним тепловой эффект. Теперь это необходимое зло. Поскольку мы можем использовать этот нагревательный эффект трения для создания огня в полезных целях, таких как зажигание спички. Но, с другой стороны, трение также может вызвать нежелательные пожары, такие как лесные пожары.

Это комическое видео в забавной форме объясняет трение как необходимое зло. Вы также можете узнать больше в этой интерактивной симуляции, объясняющей нагревательный эффект трения.

Формула трения

f = μ*N, где N — нормальная сила, а μ — коэффициент трения.

Как рассчитать нормальную силу?

Для объекта, движущегося по оси x, результирующая нормальная сила равна нулю. Вес объекта mg действует в нормальном направлении, а нормальная сила — в направлении вверх. Таким образом, N = mg является общим случаем, если только на него не действует какая-либо внешняя сила по оси y или если объект находится под наклоном.

Какие бывают виды трения?

Трение можно классифицировать на основе движения объекта, состояния вещества и установленного режима контакта. Подробнее о видах трения можно прочитать здесь.

  • Трение качения
  • Трение скольжения
  • Кинетическое трение
  • Статическое трение
  • Сухое трение
  • Жидкое трение
  • Сопротивление воздуху
  • Трубное трение 80940085

Что такое трибология?

Изучение трения и связанных с ним явлений обычно называют трибологией. Трение было впервые обнаружено Леонардо да Винчи, и он является первым известным трибологом.

Викторина

Исследование трения

Сплав AZ91 — это материал с превосходной прочностью, коррозионной стойкостью и хорошей литейной способностью. Он используется во многих проектах литья под давлением. В данной статье авторы изучили фрикционные свойства материала, а также способы снижения трения. Влияние добавок, таких как добавление (празеодима) Pr и термической обработки, на характеристики износа при скольжении в сухом состоянии для AZ9Исследуется 1 сплав. Авторы использовали трибометр типа «штифт на диске» для измерения скорости износа и коэффициента трения. [Ссылка: https://doi.org/10.3390/cryst8060256]

Композиты LDPE [полиэтилен низкой плотности] со стеклянными частицами широко используются для приложений с низким коэффициентом трения. Прочитайте эту статью, чтобы узнать, как авторы использовали этот композит LDPE для приложений с низким коэффициентом трения с использованием 3D-печати. [ссылка: https://doi.org/10.3390/ma12162520]

Для систем активного управления торможением автомобиля, таких как ABS, ASR или ESP, очень важна информация о трении на дороге. Из-за нелинейной системы, неопределенностей параметров и шумов сигналов очень сложно точно оценить силы и коэффициент трения шины о дорогу. Прочтите эту статью о том, как авторы работали над разработкой и проверкой алгоритма оценки сцепления шины с дорогой для антиблокировочной тормозной системы. [Ссылка: https://doi.org/10.1155/2014/786492]

См. также
  • Факторы, влияющие на трение
  • Трение – необходимое зло
  • Каково применение трения в нашей повседневной жизни?
  • Как увеличить трение? Как это сделать?
  • Как уменьшить трение? Как это сделать?
  • Тест по трению
  • Что такое трение качения?
  • Что такое жидкостное трение?
  • Что такое трение покоя?
  • 50 Примеры трения в нашей повседневной жизни
Поиск
Видео дня
Поддержите нас

Мы хотим сделать науку интересной и в то же время бесплатной! Ваш вклад в эту страницу поможет нам донести качественный контент до детей, которые больше всего в нем нуждаются. Если вам нравится, что мы делаем, и вы хотите поддержать нас, вы можете посетить нашу страницу пожертвований ko-fi на www.ko-fi.com/dewwool.

Категории
  • Анимация
  • Биология
  • Блог
  • Химия
    • Органическая химия
  • Математика
  • Физика
    • Оптика и акустика
  • Викторина
  • Без категории
  • Рабочие листы
Комикс дня
Архивы
Архивы Выбрать месяц Август 2022 Июль 2022 Июнь 2022 Май 2022 Апрель 2022 Март 2022 Январь 2022 Декабрь 2021 Ноябрь 2021 Октябрь 2021 Сентябрь 2021 Август 2021 Июль 2021 Июнь 2021 Май 2021 Апрель 2021 Март 2021 Февраль 2021 Январь 2021 2 Сентябрь 2021 Декабрь 2020 Октябрь 2020 Ноябрь 2020 июль 2020 г. июнь 2020 г. май 2020 г. март 2020 г.

Последние сообщения

Рабочие листы по умножению для 2-го класса

админ — 0

В этой статье мы представляем простое умножение однозначных и однозначных чисел методом столбцов, подходящее для учащихся 2 класса. Ответы на приведенный выше рабочий лист умножения: 1) 10,…

Рабочие листы на вычитание 1-й класс

админ — 0

Рабочий лист «Живое вычитание» 1-й класс: Ответы на приведенный выше рабочий лист вычитания на основе изображений: 1) 2, 2) 4, 3) 2, 4) 0. Ответы на приведенные выше вычитания на основе изображений…

Рабочие листы по формам энергии

админ — 0

В этой статье мы представляем рабочие листы по формам энергии. Смотрите также Лист свойств металла Лист Окружающая среда Листы живых и неживых объектов Гравитация Листы Лист подсчета атомов

САМЫЕ ПОПУЛЯРНЫЕ

Загрузить еще

Трение Определение и значение | Dictionary.com

  • Верхние определения
  • Синонимы
  • Викторина
  • Связанный контент
  • Примеры
  • British
  • Medical
  • Sharkific
  • 03599

    . Sharkific

    • 399

    .

    [frik-shuhn]

    / ˈfrɪk ʃən /

    Сохрани это слово!

    См. синонимы для: Friction / Frictionless на Thesaurus.com

    Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

    сущ.

    поверхностное сопротивление относительному движению тела при скольжении или качении.

    трение поверхности одного тела о поверхность другого.

    разногласия или конфликты между людьми, нациями и т. д. из-за различных идей, желаний и т. д.

    ДРУГИЕ СЛОВА, ОБОЗНАЧАЮЩИЕ трения

    3 разлад, разногласие, столкновение, антагонизм, раздор, спор.

    См. синонимы слова «трение» на Thesaurus.com

    ВИКТОРИНА

    Сыграем ли мы «ДОЛЖЕН» ПРОТИВ. «ДОЛЖЕН» ВЫЗОВ?

    Следует ли вам пройти этот тест на «должен» или «должен»? Это должно оказаться быстрым вызовом!

    Вопрос 1 из 6

    Какая форма используется для указания обязательства или обязанности кого-либо?

    Происхождение трения

    1575–85; <Латинский frictiōn- (основа слова frictiō) трение, эквивалентное frict(us) (причастие прошедшего времени от fricāre) + -iōn--ion

    ДРУГИЕ СЛОВА ОТ трения

    трение менее, прилагательное трение менее лы, наречие тер трение, существительное не трение, существительное

    самотрение, существительное

    Слова рядом с трением

    frication, frication, Frick, fricking, FRICS, трение, трение, фрикционная почва, фрикционная безработица, фрикционная муфта, фрикционная передача

    Dictionary. com Unabridged На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc., 2022

    Слова, относящиеся к трению

    возбуждение, эрозия, раздражение, сопротивление, враждебность, антагонизм, неприязнь, ссора, конфликт, недовольство, раздор, дисгармония, спор, раздор, ссора, ненависть, вражда, ссора, обида, соперничество

    Как пользоваться трением в предложение

    • Преимущества для рекламодателей, которые уменьшают трения на пути потребителя, многочисленны, и они включают следующие результаты.

      Гонка за беспрепятственными потребительскими поездками выходит за рамки торговых площадок|acuityads|10 сентября 2020 г.|Digiday

    • Правительства также уменьшают трения, сборы и сборы, которые тормозят систему.

      Интеллектуальный стимул: деньги в виде кода|Клэр Битти|9 сентября 2020 г.|MIT Technology Review

    • Давление и трение есть только на поверхности крыла — также на остальной части самолета, но в целях думая о планировании, достаточно рассмотреть только крыло.

      Наука о том, как самолет скользит|Питер Гаррисон/Flying Mag|3 сентября 2020 г.|Popular-Science

    • Используя компьютерную модель, команда рассчитала трение, которое каждый узор будет создавать на льду, виниле или паркетных полах.

      Вырезы, изменяющие форму, улучшают сцепление обуви|Кэролин Уилке|14 июля 2020 г.|Новости науки для студентов

    • Это уменьшает трение и позволяет молекулам легче скользить друг относительно друга.

      Астронавты смогут делать цемент из собственной мочи|Лиза Гроссман|16 июня 2020 г.|Новости науки для студентов

    • Более высокие транспортные расходы означают дополнительные трения для компаний, работающих на нефтеносных песках Канады.

      Почему трубопровод Keystone XL не может быть построен|Роберт Брайс|19 ноября 2014 г.|DAILY BEAST

    • Но по мере того, как популярность Гарфилда на телевидении становилась все больше, связь с Арахисом стала источником трений.

      Телевидение Гарфилда: Кот, который спас мультфильмы в прайм-тайм|Рич Гольдштейн|5 ноября 2014|DAILY BEAST

    • Трения между израильтянами и палестинцами насчитываются более 60 лет, и в центре их внимания находится ООН.

      Словесная война между Израилем и ООН продолжается|Бетси Писик|10 августа 2014|DAILY BEAST

    • Из-за серьезных разногласий с продюсерами проект провалился.

      Создатель «Стражей Галактики» Джеймс Ганн о своей славной космической опере и восхождении на вершину|Марлоу Стерн|3 августа 2014 г.|DAILY BEAST

    • СМИ захотят устроить скачки, и это собирается создать трения между базой и ее записью.

      Может ли этот злобный социалист испортить коронацию Клинтона?|Дэвид Фридлендер|2 июля 2014 г.|DAILY BEAST

    • Из-за того, что управляющие лидеры вышли из строя, машина работала не ровно: не было ничего, кроме трения и напряжения.

      Маршалы Наполеона|Р. P. Dunn-Pattison

    • Обычно между ключом и поддоном было шесть соединений или источников трения.

      Недавняя революция в органостроении|George Laing Miller

    • Это, конечно, увеличило трение и потребовало использования еще более сильной пружины.

      Недавняя революция в органостроении|Джордж Лэнг Миллер

    • Это само по себе, без трения или водяной нагрузки, гораздо больше, чем когда-либо прежде выполнял двигатель.

      Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик

    • Тем временем между генералом и его новым главнокомандующим возникли большие трения.

      Маршалы Наполеона|Р. P. Dunn-Pattison

    Определения трения в Британском словаре

    трение

    / (ˈfrɪkʃən) /

    сущ.

    сопротивление, возникающее при движении одного тела относительно другого тела, с которым оно находится в контакте

    действие, эффект или случай трения одного объекта о другой

    разногласия или конфликты; диссонанс

    фонетика шипящий элемент звука речи, такой как фрикативный звук

    ароматизированный спирт, используемый для стимуляции кожи головы

    Производные формы трения

    фрикционный, прилагательноеfrictionless, прилагательное

    Происхождение слова для трения

    C16: от французского, от латинского frictiō трение, от fricāre тереть, тереть; связанные с латинским friāre to crushle

    Английский словарь Коллинза — полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

    Медицинские определения трения

    трения

    [ frĭk′shən ]

    сущ.

    Трение одного предмета или поверхности о другой.

    Физическая сила, противодействующая относительному движению или стремлению к такому движению двух соприкасающихся тел.

    Медицинский словарь Стедмана The American Heritage® Copyright © 2002, 2001, 1995, компания Houghton Mifflin. Опубликовано компанией Houghton Mifflin.

    Научное определение трения

    трение

    [ frĭk′shən ]

    Сила, действующая на объекты или вещества, соприкасающиеся друг с другом, которая сопротивляется движению объектов или веществ относительно друг друга. ♦ Статическое трение возникает между двумя объектами, которые не находятся в движении относительно друг друга, как, например, между цементным блоком. и деревянный пол. Она увеличивается, чтобы уравновесить силы, которые будут двигать объекты, до определенного максимального уровня силы, после которого объекты начнут двигаться. Она измеряется как максимальная сила, которую тела будут воспринимать до того, как произойдет движение. ♦ Кинетическое трение возникает между телами, которые находятся в движении относительно друг друга, как, например, сила, которая препятствует скольжению цементного блока по деревянному полу. Между двумя твердыми поверхностями кинетическое трение обычно несколько ниже, чем статическое трение, а это означает, что для приведения объектов в движение требуется больше силы, чем для поддержания их в движении. См. также перетаскивание.

    Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

    Культурные определения трения

    Трение

    Сопротивление объекта среде, через которую или по которой он движется, такой как воздух, вода или твердый пол.

    Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторское право © 2005 г., издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

    Трение: определение, коэффициент, уравнение (с диаграммами и примерами)

    В реальном мире трение окружает нас повсюду. Когда две поверхности каким-то образом взаимодействуют или толкают друг друга, некоторая механическая энергия преобразуется в другие формы, уменьшая количество энергии, остающееся для движения.

    В то время как гладкие поверхности, как правило, испытывают меньшее трение, чем шероховатые поверхности, только в вакууме, где это не имеет значения, действительно отсутствует трение, хотя школьные учебники физики часто ссылаются на такие ситуации для упрощения расчетов.

    Трение обычно препятствует движению. Представьте поезд, катящийся по рельсам, или блок, скользящий по полу. В мире без трения эти объекты продолжали бы свое движение бесконечно. Трение заставляет их замедляться и в конечном итоге останавливаться в отсутствие каких-либо других приложенных сил.

    Спутники в космосе способны поддерживать свои орбиты с небольшим добавлением энергии благодаря почти идеальному космическому вакууму. Однако низкоорбитальные спутники часто сталкиваются с силами трения в виде сопротивления воздуха и требуют периодической перезагрузки для сохранения курса.

    Определение трения

    На микроскопическом уровне трение возникает, когда молекулы одной поверхности взаимодействуют с молекулами другой поверхности, когда эти поверхности соприкасаются и толкают друг друга. Это приводит к сопротивлению, когда один такой объект пытается двигаться, сохраняя контакт с другим объектом. Мы называем это сопротивление силой трения. Как и другие силы, это векторная величина, измеряемая в ньютонах.

    Поскольку сила трения возникает в результате взаимодействия двух объектов, для определения направления, в котором она будет действовать на данный объект — и, следовательно, направления для его рисования на диаграмме свободного тела — требуется понимание этого взаимодействия. Третий закон Ньютона говорит нам, что если объект A прикладывает силу к объекту B, то объект B прикладывает к объекту A силу, равную по величине, но в противоположном направлении.0003

    Итак, если объект A давит на объект B в том же направлении, что и объект A, сила трения будет действовать в направлении, противоположном направлению движения объекта A. (Обычно это имеет место при трении скольжения, обсуждаемом в следующем разделе.) Если, с другой стороны, объект A давит на объект B в направлении, противоположном направлению его движения, то сила трения в конечном итоге окажется равной в том же направлении, что и движение объекта А. (Это часто имеет место при трении покоя, которое также обсуждается в следующем разделе.)

    Величина силы трения часто прямо пропорциональна нормальной силе или силе, прижимающей две поверхности друг к другу. Константа пропорциональности меняется в зависимости от соприкасающихся поверхностей. Например, вы можете ожидать меньшего трения, когда соприкасаются две «гладкие» поверхности, такие как глыба льда на замерзшем озере, и большее трение, когда соприкасаются две «шероховатые» поверхности.

    Сила трения, как правило, не зависит от площади контакта между объектами и относительных скоростей двух поверхностей (за исключением случая сопротивления воздуха, который не рассматривается в этой статье)

    Типы трения

    Существует два основных типа трения: кинетическое трение и статическое трение. Возможно, вы также слышали о чем-то, называемом трением качения, но, как будет сказано далее в этом разделе, на самом деле это другое явление.

    ​ Сила кинетического трения ​, также известная как трение скольжения, представляет собой сопротивление, вызванное взаимодействием поверхностей, когда один объект скользит по другому, например, когда коробку толкают по полу. Кинетическое трение действует против направления движения. Это связано с тем, что скользящий объект давит на поверхность в том же направлении, в котором он скользит, поэтому поверхность прикладывает силу трения обратно к объекту в противоположном направлении.

    ​ Статическое трение ​ это сила трения между двумя поверхностями, которые толкают друг друга, но не скользят друг относительно друга. В случае, когда коробку толкают по полу, прежде чем коробка начнет скользить, человек должен толкать ее с возрастающей силой, в конечном итоге толкая достаточно сильно, чтобы она двинулась. В то время как толкающая сила увеличивается от 0, сила статического трения также увеличивается, противодействуя толкающей силе, пока человек не приложит достаточно большую силу, чтобы преодолеть максимальную силу статического трения. В этот момент коробка начинает скользить, и начинает действовать кинетическое трение.

    Однако статические силы трения также допускают определенные типы движения. Подумайте, что происходит, когда вы идете по полу. Когда вы делаете шаг, вы отталкиваетесь ногой от пола, а пол, в свою очередь, толкает вас вперед. Это происходит из-за статического трения между вашей ногой и полом, и в этом случае сила статического трения направлена ​​в сторону вашего движения. Без статического трения, когда вы отталкиваетесь от пола, ваша нога просто скользила бы, и вы бы шли на месте!

    ​ Сопротивление качению ​ иногда называют трением качения, хотя это неправильное название, поскольку это потеря энергии из-за деформации контактирующих поверхностей при качении объекта, а не в результате попыток поверхностей скользить друг относительно друга . Это похоже на потерю энергии при отскоке мяча. Сопротивление качению обычно очень мало по сравнению со статическим и кинетическим трением. На самом деле, она вообще редко упоминается в учебниках по физике для колледжей и старших классов.

    Сопротивление качению не следует путать со статическим и кинетическим воздействием трения на катящийся объект. Шина, например, может испытывать трение скольжения об ось при повороте, а также трение покоя, удерживающее шину от проскальзывания при качении (трение покоя в этом случае, как и у идущего человека, заканчивается действует вверх в направлении движения. )

    Уравнение трения

    Как упоминалось ранее, величина силы трения прямо пропорциональна величине нормальной силы, а константа пропорциональности зависит от рассматриваемых поверхностей . Напомним, что нормальная сила — это сила, перпендикулярная поверхности, которая противодействует любым другим силам, приложенным в этом направлении.

    Константа пропорциональности представляет собой безразмерную величину, называемую коэффициентом трения ​, который зависит от шероховатости рассматриваемых поверхностей и обычно обозначается греческой буквой μ ​.

    F_f = \mu F_N

    • Это уравнение связывает только величину трения и нормальных сил. Они не указывают в том же направлении!

    Обратите внимание, что μ не одно и то же для статического и кинетического трения. Коэффициент часто включает нижний индекс с ​ μ k ​ относится к коэффициенту кинетического трения и ​ μ s ​ относится к коэффициенту статического трения. Значения этих коэффициентов для различных материалов можно посмотреть в справочной таблице. Коэффициенты трения для некоторых распространенных поверхностей перечислены в следующей таблице.

    03629

    0619 Обувь на льду0003
      Коэффициенты трения  
    Система Статическое трение (мкс​)   Кинетическое трение (мкК)  

      Rubber on dry concrete  

    1

    0.7

      Rubber on wet concrete  

    0.7

    0.5

      Wood on wood

    0,5

    0,3

    Вощеная древесина на мокром снегу

    0. 1

      Metal on wood  

    0.5

    0.3

      Steel on steel (dry)    

    0.6

    0.3

    Сталь по стали (промасленная)   

    0,05

    0,03

    2 0 9 906 906 Тефлон на стали 0 3 

    02 0.04

    0.04

      Bone lubricated by synovial fluid    

    0.016

    0. 015

      Shoes on wood    

    0.9

    0.7

    0.1

    0.03

      Steel on ice   

    0.04

    0.02

    https://openstax.org/books/college-physics/pages /5-1-friction

    Значения μ для сопротивления качению часто меньше 0,01, и это значительно меньше, поэтому вы можете видеть, что по сравнению с сопротивлением качению часто можно пренебречь.

    При работе с трением покоя формулу силы часто записывают следующим образом:

    F_f \leq \mu_s F_N

    С неравенством, представляющим тот факт, что сила трения покоя никогда не может быть больше сил, противодействующих ей. Например, если вы пытаетесь толкнуть стул по полу, прежде чем стул начнет скользить, будет действовать статическое трение. Но его стоимость будет разной. Если вы приложите к стулу 0,5 Н, то стул будет испытывать 0,5 Н статического трения, чтобы противодействовать этому. Если вы нажимаете с силой 1,0 Н, то статическое трение становится равным 1,0 Н, и так далее, пока вы не нажмете с силой статического трения, превышающей максимальное значение, и стул не начнет скользить.

    Примеры трения

    ​ Пример 1: ​ Какая сила должна быть приложена к металлическому бруску массой 50 кг, чтобы толкнуть его по деревянному полу с постоянной скоростью?

    ​ Решение: ​ Сначала мы рисуем диаграмму свободного тела, чтобы определить все силы, действующие на блок. У нас есть сила тяжести, действующая прямо вниз, нормальная сила, действующая вверх, толкающая сила, действующая вправо, и сила трения, действующая влево. Поскольку предполагается, что блок движется с постоянной скоростью, мы знаем, что сумма всех сил должна составлять 0,9.0003

    Уравнения результирующей силы для этой установки следующие:

    F_{netx} = F_{толчок} — F_f = 0\\ F_{nety} = F_N — F_g = 0 получаем:

    F_N = F_g = mg = 50\times 9.8 = 490 \text{ N}

    Используя этот результат в первом уравнении и решая неизвестную толкающую силу, мы получаем:

    F_{push} = F_f = \mu_kF_N = 0,3\times 490 = 147\text{ N}

    ​ Пример 2: ​ Какой максимальный угол наклона пандуса может быть до того, как лежащий на нем 10-килограммовый ящик начнет скользить? С каким ускорением он будет скользить под этим углом? Предположим μ s ​ равно 0,3 и ​ μ k ​ равно 0,2.

    ​ Решение: ​ Опять же, мы начинаем с диаграммы свободного тела. Сила тяжести действует прямо вниз, нормальная сила действует перпендикулярно наклону, а сила трения действует вверх по пандусу.

    ••• Дана Чен | Наука

    Для первой части задачи мы знаем, что результирующая сила должна быть равна 0, а максимальная сила трения покоя равна ​ µ с F N ​.

    Выберите систему координат, совмещенную с рампой, так, чтобы вниз по рампе была положительная ось x. Затем разбейте каждую силу на x- и y -компоненты и запишите суммарные уравнения силы:

    F_{netx} = F_g\sin(\theta) — F_f = 0\\ F_{ nety} = F_N — F_g\cos(\theta) = 0

    Затем подставьте μ s F N вместо трения и найдите F N второе уравнение: 9{-1}(\mu_s)

    Подстановка значения 0,3 для μ s дает результат θ = 16,7 градуса.

    Во второй части вопроса теперь используется кинетическое трение. Наша диаграмма свободного тела по существу такая же. Единственное отличие состоит в том, что теперь мы знаем угол наклона, а результирующая сила не равна 0 в направлении x . Таким образом, наши суммарные уравнения сил принимают вид:

    F_{netx} = F_g\sin(\theta) — F_f = ma\\ F_{nety} = F_N — F_g\cos(\theta) = 0

    Мы можем найти нормальную силу во втором уравнении, как и раньше, и подставить его в первое уравнение. Делая это, а затем находя a , мы получаем:

    F_g\sin(\theta) — \mu_kF_g\cos(\theta) = ma\\ = \cancel{m}g\sin(\theta) — \ mu_k \cancel{m}g\cos(\theta) = \cancel{m}a\\ \implies a = g\sin(\theta) — \mu_kg\cos(\theta)

    Теперь это просто вопрос вставка цифр. Окончательный результат:

    a = g\sin(\theta) — \mu_kg\cos(\theta) = 9,8\sin(16,7) — 0,2\times 92

    Сила трения: определение, формулы – простое объяснение

    Содержание:

  • Определение
  • Виды силы

  • Типы трения

  • Расчет

  • Формула

  • Ссылки и дополнительная литература

  • Видео

    • Сила трения возникает при контакте поверхностей двух физических тел. Теория трения волновала умы человечества с древнейших времен. Древние инженеры: строители египетских пирамид, Стоунхенджа в Англии или загадочных каменных идолов на острове Пасхи, все они (как и их современные коллеги) занимались проблемой трения и его минимизацией. Трудно перемещать тяжелые грузы из-за силы трения. Наши далекие предки изобрели такое полезное изобретение, как колесо и множество других важных открытий для решения этой проблемы. В нашей статье мы рассмотрим силу трения в физическом аспекте.

    Определение

    Что такое сила трения в физике? Классическое определение таково: сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении двух тел при движении и препятствующая самому этому движению. Чем больше сила трения между телами, тем труднее сдвинуть их относительно друг друга. Что вызывает силу трения? В физическом смысле трение возникает в результате взаимодействия атомов и молекул тел, находящихся в контакте друг с другом.

    Третий закон Ньютона действует на тела при трении: сила трения, действующая на первое тело (тело А), равна силе трения, действующей на второе тело (тело В). Только эти силы имеют противоположное направление по абсолютной величине.

    Посмотрите на эту картинку. Сила трения, действующая на холодильник, равна силе трения, действующей на пол. Но эти силы направлены в противоположные стороны.

    Типы силы

    Существуют такие виды сил трения, как:

    • Статический. Сила трения покоя возникает при соприкосновении двух тел, которые, однако, не движутся друг относительно друга. Сила трения покоя имеет нулевое значение.
    • Скользящий. Сила трения скольжения является наиболее классической иллюстрацией действия трения, возникающего при скольжении тел относительно друг друга. На его величину влияет масса тела (чем она больше, тем больше сила трения), характер поверхности (конечно, при скольжении по льду сила трения будет в несколько раз меньше, чем при скольжении по земле).
    • Прокатка. Сила трения качения возникает при качении одного тела по поверхности другого, например, при езде на велосипеде или автомобиле. Сила трения при качении значительно меньше, чем при скольжении.
    • Повороты. Сила трения вращения проявляется при вращении одного тела на поверхности другого.

    Типы трения

    • Сухой – проявляется при контакте с твердыми поверхностями.
    • Вязкое, также подобное трение называют жидким трением, возникает при соприкосновении твердого тела с жидкостью или газом. Например, вязкое (жидкостное) трение действует на корабль, плывущий по воде, а также на поверхность воды. Сила вязкого трения обычно намного меньше силы сухого трения.
    • Смешанный, появляется при наличии слоя смазки между соприкасающимися поверхностями.

    Интересный факт: во время осады Константинополя в 1453 году турки тянули свои корабли по суше, чтобы обойти специальную цепь, преграждавшую путь турецким кораблям к Золотому Рогу. Для уменьшения силы трения при движении больших тяжелых боевых кораблей делали настил из деревянных реек, который обильно смазывали салом. Турки успешно реализовали свой замысел, приведя защитников Константинополя в неподдельное замешательство.

    Султан Мехмед II наблюдает за транспортировкой своих кораблей.

    Как видите, знание законов физики и механики не раз и не два находили свое практическое воплощение в реальной жизни.

    Вернемся от истории снова к физике. Трение может быть внешним и внутренним. Внешнее трение характерно для взаимодействия исключительно твердых тел. Внутреннее трение характеризуется вязкостью и возникает при взаимодействии жидкостей или газов. Такое взаимодействие может происходить внутри условно единого тела. Например, есть разные течения, с более холодной или более теплой водой в водах Мирового океана, когда эти течения взаимодействуют друг с другом, возникает внутреннее трение.

    Расчет

    Для расчета силы трения необходимо знать коэффициент трения k (или µ), который зависит от характера поверхности. Коэффициент трения является постоянной величиной. Коэффициент трения можно посмотреть в специальной таблице.

    Помимо коэффициента трения необходимо знать силу реакции поверхности N, которая, по существу, равна силе тяжести в зависимости от массы тела (m) и ускорения сила тяжести. Его формула будет следующей:

    Н = м*г

    Где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения, это постоянная величина 9,8 м/с 2 .

    Формула

    Сила трения рассчитывается путем умножения реакции поверхности N на коэффициент трения k. Формула силы трения будет иметь следующий вид:

    Ф фр = к * Н.

    В некоторых формулах коэффициент трения k обозначается символом µ.

    Приведенные выше расчеты справедливы в простейшем случае, когда тело лежит на строго горизонтальной поверхности.

    Если фрикционное движение происходит по наклонной плоскости, то расчеты силы трения несколько усложняются. На тело действует сила тяжести и реакция сопротивления поверхности, но не в одном направлении.

    Значит формула силы трения для тела, движущегося по наклонной поверхности, будет иметь следующий вид:

    F fr = k * m * g * cosα.

    Где k — коэффициент трения, m — масса тела, g — гравитационная постоянная (напомним, что она равна 9,8 м/с 2 ), cosα — отношение катета, примыкающего к углу, к гипотенузе треугольника (косинуса).

    Связь физики и геометрии ярко проявляется при расчете силы трения на наклонных поверхностях.

    Ссылки и дополнительная литература

    • Пиво, Фердинанд П.; Джонстон, Э. Рассел-младший (1996). Векторная механика для инженеров (Шестое изд.). Макгроу-Хилл. п. 397. ISBN 978-0-07-297688-5.
    • Перейти обратно: а б Мериам, Дж. Л.; Крайге, LG (2002). Инженерная механика (пятое изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 328. ISBN 978-0-471-60293-4.
    • Руина, Энди; Пратап, Рудра (2002). Введение в статику и динамику (PDF) . Издательство Оксфордского университета. п. 713.
    • Хиббелер, Р. К. (2007). Инженерная механика (одиннадцатое изд.). Пирсон, Прентис Холл. п. 393. ISBN 978-0-13-127146-3.
    • Сутас-Литтл, Роберт В.; Инман, Балинт (2008). Инженерная механика. Томсон. п. 329. ISBN 978-0-495-29610-2.

    Видео

    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала «Познавайка

    ».

    При написании этой статьи я старался сделать ее максимально интересной и полезной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Вы также можете написать свое пожелание/вопрос/предложение на мою почту [email protected] или в Facebook.

    Страница об авторе

    Трение (сила трения): определение, формула и примеры

    Что такое трение

    Трение или сила трения определяется как сила, которая сопротивляется движению объекта по поверхности. Объект может быть как неподвижным, так и движущимся относительно поверхности. Трение возникает там, где предмет соприкасается с поверхностью. Другими словами, она возникает между двумя поверхностями и, следовательно, является контактной силой.

    Поверхности не идеально гладкие. Они состоят из бугров и неровностей. Когда две поверхности соприкасаются, эти выпуклости прилипают и блокируются, что затрудняет перемещение поверхностей. Из-за этого сопротивления движению трение рассматривается как сила.

    Сила трения не является консервативной. Когда объект перемещается из одного положения в другое, преодолевая трение, энергия не сохраняется, так как часть ее теряется в виде тепла.

    Трение

    Виды трения

    Существует два основных типа трения.

    1. Статическое трение

    Статическое трение возникает, когда объект неподвижен относительно поверхности. Если сила пытается сместить его, трение достаточно велико, чтобы удерживать объект на месте. Трение покоя увеличивается с приложенной силой, пока не достигнет максимального значения. Как только приложенная сила превышает это значение, объект начинает двигаться, и статическое трение прекращается.

    Примеры

    Примеры статического трения включают силу сопротивления

    • человека от скольжения при ходьбе и беге.
    • тяжелый предмет от перемещения во время толкания или вытягивания.

    2. Кинетическое трение

    Кинетическое трение возникает при движении объекта относительно поверхности после того, как приложенная сила преодолевает трение покоя. Кинетическое трение может быть двух видов. Если объект скользит по поверхности, то он испытывает трения скольжения . Если предмет катится по поверхности, то это называется трение качения .

    Примеры

    Примеры кинетического трения включают силу, которая отвечает за

    • занос автомобиля
    • остановку лыжника
    Типы трения Статическое и кинетическое Примеры трения

    трение.

    3. Жидкостное трение

    Жидкостное трение возникает, когда объект движется в жидкости. Это также может происходить между двумя слоями жидкости, которые движутся друг относительно друга. Текучей средой может быть газ (например, воздух) или жидкость (например, вода). В некоторых жидкостях, таких как масло и вода, трение зависит от вязкости жидкости.

    Примеры

    Примеры жидкостного трения включают силу, с которой сталкивается

    • пловец во время плавания в бассейне
    • корабль, плывущий по океану

    Характеристики силы трения

    Вот некоторые факты и свойства силы трения сила.

    • Препятствует относительному движению между объектом и поверхностью
    • Уменьшает скорость объекта и вызывает его остановку
    • Выполняет отрицательную работу
    • Генерирует тепло в точке контакта
    • Низкий для гладких поверхностей и высокий для шероховатых поверхностей (Влияние шероховатости поверхности изучалось многими исследователями на протяжении многих лет)

    Законы трения

    Сила трения подчиняется нескольким законы.

    • Пропорционально нормальной нагрузке или нормальной силе
    • Не зависит от площади контакта между поверхностями
    • Зависит от характера контактирующих поверхностей
    • Кинетическое трение не зависит от скорости движущегося объекта

    Как найти силу трения

    Силу трения можно найти, применяя законы трения и законы движения Ньютона.

    Уравнение силы трения

    В соответствии с законами трения сила трения F пропорциональна нормальной силе или нормальной нагрузке F Н . Действие нормальной силы таково, что вместе с ней увеличивается трение. Этот закон можно представить в виде уравнения.

    F ∝ F N

    Or, F = μ F N

    Symbol

    Unit of frictional force: Newton or N

    Dimensions силы трения: MLT -2

    Это уравнение дает величину силы трения. Его направление противоположно приложенной силе. Константа пропорциональности μ называется коэффициентом трения или коэффициентом трения (КОФ). В отличие от других констант пропорциональности, она принимает постоянное значение и не имеет единиц измерения. Его значение зависит от двух контактирующих поверхностей.

    Сила трения о горизонтальную поверхность

    Предположим, что на столе лежит брусок массой м . К блоку приложена сила, которая пытается его сместить. Однако из-за трения блок остается неподвижным. Согласно третьему закону движения Ньютона сила, приложенная блоком к столу, равна силе, приложенной столом к ​​блоку, которая представляет собой силу трения покоя F S .

    F S = мк S F N

    Где

    μ S называется коэффициентом трения покоя.

    Опять же, используя третий закон Ньютона, нормальная сила, действующая на блок со стороны стола, равна весу блока. Вес определяется как произведение массы м на ускорение свободного падения г .

    F N = мг

    Следовательно,

    F S = μ S mg

    Теперь предположим, что приложенная сила F A достаточно велика, чтобы сместить объект, который движется с ускорением a . Согласно второму закону Ньютона чистая сила, с которой он движется, равна

    мА = F A – F K

    Где F K – кинетическая сила трения, которая, согласно трению законы, дается,

    F K = μ K F N

    Or, F K = μ K mg

    Where,

    μ K называется коэффициентом кинетического трения, который меньше коэффициента статического трения.

    Сила на блоке,

    мА = F А – мк К мг

    Следовательно, ускорение бруска равно

    a = F A /м – μ K g

    9000 Работа, совершаемая силой трения водоизмещение d .

    W = F K d

    Сила трения на наклонной плоскости

    Предположим, что брусок неподвижен на наклонной плоскости, составляющей угол θ с горизонтом. Его вес мг можно разделить на два компонента: один параллельно поверхности, а другой перпендикулярно поверхности.

    Перпендикулярный компонент: мг COS θ

    из третьего закона Ньютона,

    F N = Mg COS θ

    Из законов о тренрея,

    F S = Z S = Z S = Z S = Z S = Z S = Z S = Z S = Z . cos θ

    Параллельная составляющая: mg sin θ

    Предположим угол наклона увеличился, и блок начинает двигаться с ускорением и вниз по клину.

    Again, from laws of friction,

    F K = μ K mg cos θ

    And, according to Newton’s second law of motion,

    ma = mg sin θ – F K

    Or, ma = mg sin θ – μ K mg cos θ

    Or, μ K = (g sin θ – a)/g cos θ

    Если ускорение равно нулю, то

    μ с = sin θ / cos θ = tan θ

    Приведенное выше уравнение можно использовать для расчета коэффициента трения.

    Сила трения на наклонной плоскости

    Факторы, влияющие на силу трения

    Вот факторы, влияющие на силу трения.

    • Характер поверхности: Гладкие поверхности имеют низкое трение, тогда как шероховатые поверхности имеют высокое трение. Шероховатую поверхность можно сделать гладкой путем полировки, чтобы уменьшить трение.
    • Вес предмета: Из законов трения совершенно ясно, что чем массивнее предмет, тем выше сила трения.

    Преимущества и недостатки силы трения

    Преимущества

    • Делает возможным движение по поверхности (например, ходьба, бег, вождение автомобиля, катание на коньках и письмо)
    • Предотвращает скольжение и скольжение (например, лестница может остаться на стену, и предметы могут скапливаться друг на друге)
    • Позволяет транспортным средствам останавливаться с помощью тормозов
    • Согревает руки зимой при трении друг о друга
    • Сжигает астероиды, когда они входят в атмосферу Земли толкать и тянуть тяжелые предметы
    • Способствует легкому износу предметов (например, ластик изнашивается из-за трения, а детали машин изнашиваются из-за регулярного использования)
    • Выделяет ненужное тепло (например, тормоза автомобиля нагреваются из-за непрерывной прокачки педали тормоза, а колеса нагреваются и дымят при вращении на снегу без движения автомобиля вперед)

    Gravity vs.

    Friction

    Property Gravitational Force Frictional Force
    Due to Two objects with masses or between the Earth and an object Две поверхности в относительном движении
    Направление Вдоль линии, соединяющей два тела Против направления движения 9 Может увеличиваться или уменьшаться Чем больше масса, тем выше сила.
    Зависимость от веса По определению, сила земного притяжения равна весу Да. Чем выше вес, тем выше сила.
    Contact or non-contact Non-contact Contact
    Strength Weak Generally strong
    Equation F = GM 1 M 2 /D 2 F = μ MG COS θ
    Продозициональность 9068
    . 0999 м 3 кг -1 с -2 μ, значение зависит от контактирующих поверхностей

    Часто задаваемые вопросы

    Q.

    900 Какой прибор используется для измерения силы трения?

    Ответ. Прибор, используемый для измерения силы трения, называется трибометром.

    • Ссылки

    Последний раз статья рецензировалась в субботу, 5 декабря 2020 г.

    Что такое сила трения? Определение, уравнение, формула, типы, примеры

    Что такое сила трения? Есть идеи! В этой статье мы изучим основы трения, определения, уравнения или формулы, типы, а также примеры.

    Давайте исследовать!

    Что такое сила трения?

    Концепция силы трения

    Когда вы оглянетесь вокруг, вы увидите множество сил, которые выполняют свою работу в соответствующих областях.

    Возьмем, к примеру, водителя грузовика, управляющего грузовиком, когда к вам приближается тормоз, чтобы услышать громкие звуки. и грузовик имеет тенденцию останавливаться, когда он нажимает на тормоз.

    • Так как же небольшой компонент весом не более килограмма может остановить такой тяжелый грузовик от движения на высокой скорости?
    Что такое формула формулы определения силы трения

    Это вам должно быть интересно. Итак, сила трения действует противоположно обычному движению и тормозит движение движущегося объекта.

    Сила трения Примеры

    Возьмем в качестве примера велосипед, где небольшой дисковый тормоз помогает вам остановить его, и там также применяется аналогичная сила. Это примеры, когда сила торможения была приложена, а как быть с местами, где она не приложена, а движение объекта все равно останавливается.

    • Все мы знаем, что поверхности тел никогда не бывают идеально гладкими.
    • Когда часть поверхности исследуется под микроскопом, мы можем видеть, что она имеет шероховатости и дефекты по всей поверхности, независимо от степени полировки этой поверхности, которые не могут быть обнаружены невооруженным глазом.
    • Если какой-либо блок материала помещается на другой, он может быть из того же или другого материала, тогда эти блоки будут блокироваться из-за неровностей поверхности.

    Это не связано с силой трения, но как только они перемещаются по касательной друг к другу, действует сила трения, и ее блокирующее свойство препятствует движению и препятствует движению.

    Определение силы трения

    Эта противодействующая сила, действующая в направлении, противоположном движению верхнего блока, известна как сила трения или просто трение.

    Сила трения определяется как сила, создаваемая двумя поверхностями, которые соприкасаются и скользят друг относительно друга.

    В результате в каждом соединении машины трение вызывается относительным движением двух компонентов, и поэтому на преодоление трения затрачивается некоторая энергия.

    Хотя трение считается нежелательным, оно играет значительную роль как в природе, так и в технике, например,

    • ходьба по дороге,
    • движение локомотива по рельсам,
    • передача мощности через ремни, шестерни и т. д. .

    Чтобы автомобиль двигался вперед, необходимо трение между колесами и дорогой.

    Сила трения Уравнение или формула

    Сила трения Уравнение или формула

    Сила трения может быть легко рассчитана из определения

  • μ = Коэффициент, известный как коэффициент трения
  • Н = Нормальная сила, действующая перпендикулярно поверхности, на которую действует сила.
Уравнение силы трения или формула

Отсюда, Нормальная сила, Н,

  • Н = сила, действующая на поверхность
  • Н = сила, действующая от веса
  • Н = мг

Где,

  • м = масса объекта
  • г = ускорение свободного падения
    • , отсюда этого веса, формула силы трения может быть записана как,

    F= μ мг

    Теперь, если поверхность наклонена и если она составляет угол θ, то

    Формула уравнения силы трения угол Примеры
    • Весовая составляющая = мг cosθ
    • N = Массовая составляющая = мг cosθ

    Следовательно, учитывая этот угол, формула силы трения может быть записана как является одним из видов силы, единица силы трения будет такой же, как сила.

    • S.I Единица силы трения: Ньютон (Н)
    • СГС Единица силы трения: Дина (Dyn)
    • FPS Единица силы трения: фунт-сила

    Коэффициент трения

    Определяется как отношение предельного трения (F) между двумя телами к их нормальной реакции (N). Обычно обозначается μ.

    Математически коэффициент трения

    μ = F/N

    Его значение различно для разных материалов. Поскольку коэффициент трения представляет собой отношение двух различных сил, он будет безразмерным. Для металла от 0,15 до 0,60, а для камня от 0,40 до 0,70.

    Как рассчитать силу трения?

    Этапы расчета

    У нас есть основное уравнение для силы трения. Это F= µ Rn. Следовательно, зная Rn и µ, легко будет найти силу трения!

    Давайте посмотрим, как рассчитать силу трения простыми шагами?

    Шаг-1: Рассчитать Нормальная сила

    Когда объект удерживается на поверхности, вес объекта действует вертикально вниз.

    В нашем примере объект стабилен, а поверхность горизонтальна. Следовательно, нормальная сила будет действовать на поверхность вертикально вверх, чтобы уравновесить вес, действующий вертикально вниз.

    Следовательно, нормальная сила, Н,

    • Н = мг

    Теперь, если поверхность наклонена и образует угол θ, то

    • Весовая составляющая = мг cosθ cosθ

    Шаг 2: Нахождение значения коэффициента Трение

    Коэффициент трения зависит от типа материалов, шероховатости поверхности и т.д. Поверхность кадмия и хрома: μ = 0,41

  • Поверхность меди и чугуна: μ = 1,05

Таким образом, мы получим значение μ.

Шаг 3: Расчет силы трения

Итак, мы получили значение N и μ.

Теперь, чтобы получить силу трения, F

  • F = нормальная сила x коэффициент трения
  • F = мкН.

Примеры расчета

Давайте рассмотрим простой пример, чтобы понять силу трения.

Медный блок массой 5 ​​кг на горизонтальной чугунной поверхности. Медный блок находится в состоянии покоя, и коэффициент трения между медным блоком и чугунной поверхностью равен 1,05.

Определите силу трения.

Приведенные данные,

  • м = масса медного блока = 5 кг
  • г = ускорение свободного падения = 9,8 м/с 2
  • Н = нормальная сила = вес = мг = 5 x 9,8 = 49 Н = Коэффициент трения = 1,05

Следовательно, сила трения, F

  • F = μ x n
  • F = 1,05 x 49
  • F = 51,45 N

Типы Frict0008

Это трение, которое испытывает тело, когда оно находится в состоянии покоя.

Динамическое трение

Сила трения, испытываемая движущимся телом. Динамическое трение также известно под названием кинетическое трение и всегда меньше, чем у статического трения.

Существует три типа

  • Трение скольжения – это трение, которое испытывает тело, скользя по другому телу.
  • Трение качения – это трение между поверхностями, между которыми находятся шарики или ролики.
  • Осевое трение – это трение, ощущаемое телом в результате его вращательного движения, как в случае с подножками.

Трение можно дополнительно классифицировать как:

  • Трение между несмазанными поверхностями
  • Трение между смазанными поверхностями.

Без смазки Поверхности
  • Сухое или твердое трение — это трение, возникающее при контакте двух сухих и несмазанных поверхностей. Это связано с шероховатостью поверхности материалов. Обычно встречается в обуви или однодисковом сцеплении.

Смазанные Поверхности

Граничное трение (также известное как жирное трение или невязкое трение)

  • Это слой трения, возникающий между двумя постоянно трющимися очень тонкими поверхностями смазки между ними.
  • Толщина этого тонкого слоя имеет молекулярный размер. В этом типе трения этот тонкий слой действует как связующий материал между двумя поверхностями.
  • Смазка впитывается и образует тонкий слой на поверхностях. Эта тонкая пленка пытается уменьшить износ и уменьшает трение. Граничное трение обычно подчиняется законам твердого трения.

Жидкостное трение (также известное как пленочное трение или вязкое трение)

  • Это трение между трущимися поверхностями, когда поверхности имеют толстый слой смазки между сопрягаемыми поверхностями.
  • В этом случае поверхности, на которые он наносится, не позволяют им соприкасаться и, следовательно, не трутся друг о друга. Из этого следует, что жидкостное трение вызвано вязкостью и маслянистостью смазки, а не контактирующими поверхностями.

Сила трения с вязкостью и маслянистостью

Что такое вязкость?

  • Вязкость смазочного материала является мерой сопротивления, которое оно оказывает, когда один слой смазки перемещается по другому. Сила, необходимая для перемещения пластины единичной площади с единичной скоростью относительно параллельной пластины, разделенной слоем смазки единичной толщины, определяется как абсолютная вязкость смазки.

Что такое жирность?

  • Сравнивая два смазочных материала с сопоставимой вязкостью и температурой, можно легко распознать характеристику маслянистости смазочного материала. Когда эти смазки распределяются по двум различным поверхностям, обнаруживается, что сила трения с одной смазкой отличается от силы трения с другой.
  • Это изменение вызвано маслянистостью смазочного материала. Говорят, что смазка, дающая меньшую силу трения, обладает большей маслянистостью.
  • Вязкость жидкой смазки определяет ее эффективность: слишком густая будет создавать трение и препятствовать скольжению, а слишком жидкая будет растекаться слишком быстро.

Предельное трение
  • Рассмотрим одно тело A весом W, которое находится в равновесии благодаря своему весу. Оно лежит на поверхности тела B. Нормальная реакция силы N состоит в том, что на тело A действует тело B, равное A. Теперь, если малая величина силы P приложена к телу, проходящему через его центр тяжести , то он должен сдвинуться со своего места.
  • Но он не движется, потому что на него действует сила трения, которая препятствует его движению, поскольку действует в противоположном направлении. Это показывает, что сила P точно уравновешена силой F, которая является силой трения. Пусть будет 2 условия до F > P тогда тело продолжит находиться в состоянии покоя.
  • Если мы увеличим силу P, то на столько же увеличится и сила трения. Таким образом, здесь видно P2 = F2 . Таким образом, каждый раз, когда усилие, прикладываемое для перемещения тела, будет увеличиваться, сила трения также будет возрастать и станет в точности равной силе Р.
  • Всегда есть предел такому сценарию, за которым сила трения не может возрастать. После этого любое увеличение приложенного усилия не приведет к дальнейшему увеличению силы трения.
  • Таким образом, это тело А будет двигаться в направлении приложенной силы Р. Предельная сила трения или предельное трение – это максимальное значение силы трения, вступающее в действие, когда тело начинает скользить по другой поверхности тела.
  • Факт остается фактом: когда приложенная сила меньше предельной силы трения, тогда такое трение называется трением покоя. А когда тело А будет продолжать скользить по телу, преодолевая сопротивление тела Б, это называется динамическим трением.

Законы трения

Законы статического трения

1. Сила трения всегда действует в направлении, прямо противоположном направлению приложенной силы.

2. Величина силы трения в точности равна приложенной силе, заставляющей тело двигаться.

3. Величина предельного трения (F) образует постоянное отношение к нормальной реакции (N) между двумя поверхностями.

Математически

F/N = константа

4. Сила трения не зависит от площади контакта между двумя поверхностями.

5. Сила трения зависит от шероховатости промежуточных поверхностей.

Законы кинетического или динамического трения

1. Сила трения всегда действует в направлении, прямо противоположном направлению приложенной силы.

2. Величина кинетического трения пропорциональна нормальной реакции между двумя поверхностями. Однако это отношение несколько ниже, чем в случае ограниченного трения.

3. Сила трения остается постоянной при умеренных скоростях. Тем не менее, он продолжает несколько падать по мере увеличения скорости.

Законы трения твердого тела

1. Сила трения пропорциональна нормальной нагрузке между поверхностями.

2. При заданной нормальной нагрузке сила трения не зависит от площади контактной поверхности.

3. Сила трения определяется материалом контактных поверхностей.

4. Сила трения не зависит от скорости скольжения одного тела относительно другого.

Законы жидкостного трения

1. Сила трения практически полностью не зависит от нагрузки.

2. Сила трения уменьшается по мере повышения температуры смазки.

3. На силу трения не влияют материалы поверхностей подшипника.

4. Сила трения зависит от смазочного материала.

Предельный угол трения

Рассмотрим тело A на поверхности тела B. К нему приложена сила P, а сила F — это сила трения, которая сопротивляется его движению, когда оно действует в противоположном направлении.

  • Тело начнет двигаться, как только P>F.
  • Сила трения F= мкН.

Где Rn — нормальная реакция. Под действием трех сил тело будет находиться в равновесии.

  • Вес тела A равен W
  • Приложенная сила P
  • Реакция N между обоими телами.

В результате реакция R должна быть равна и противоположна произведению W и P, а также наклонена под углом к ​​нормальной реакции N. Этот угол известен как угол фрикционного ограничения.

Определяется как угол, образованный результирующей реакцией R с нормальной реакцией N.

tan φ = F/N = µ N/ N = µ быть минимальным, если его наклон с горизонталью равен углу трения.

Применение Сила трения

Сцепление

Основная функция сцепления — передача мощности от первичного двигателя к валу. Он размещается между валом и первичным двигателем и необходим, поскольку машины должны запускаться и останавливаться во время погрузки и разгрузки.

Нагрузка также постоянно меняется. Таким образом, вместо постоянного включения или выключения используется муфта первичного двигателя.

В то время как в автомобилях для плавного переключения передач без рывков возникает необходимость отключения силового привода. Это устройство постепенно набирает скорость.

Принцип его работы – когда два вращающихся диска высокой шероховатости при соприкосновении друг с другом передают мощность, а при их отсутствии передача прекращается.

В зависимости от назначения муфты бывают разных типов:

  • Дисковая или пластинчатая муфта
  • Конусная муфта
  • Центробежная муфта

Тормоз

Это устройство, которое используется для остановки автомобиля или его замедления после повышенного ускорения. По сути, это снижает скорость, это делается за счет силы трения, которую тормозные колодки прикладывают к вращающемуся колесу.

Принцип его конструкции прост.

Очень грубый и абразивный материал используется в качестве тормозной колодки, которая трется о колесный барабан или тормозной диск.

В зависимости от конструкции бывает 2 видов.

  • Барабанные тормоза
  • Дисковые тормоза

Аэродинамика

Это отрасль техники, которая занимается проектированием форм таким образом, чтобы уменьшить трение о тело.

Даже воздух оказывает сопротивление движущемуся телу, когда он движется с высокой скоростью, поэтому для уменьшения этого трения транспортному средству придается аэродинамическая форма.

Конструкция высокоскоростных поездов, спортивных автомобилей и самолетов является распространенным примером, в котором важна конструкция корпуса с уменьшенной силой трения.

Подшипники

Для обеспечения минимального трения при передаче мощности путем поддержания точечного или линейного контакта.

Подшипник скольжения состоит из постоянной неподвижной опорной поверхности, такой как обработанный металл или запрессованная втулка, которая служит опорной поверхностью с низким коэффициентом трения для вращающихся или скользящих поверхностей.

Смазочное масло часто используется в подшипниках скольжения для отделения подвижного компонента от сопряженной неподвижной поверхности подшипника.

Желаемое трение Нежелательное трение
Это приводит к потере энергии, но это конечная цель. Взрывозащищенное транспортное средство Это приводит к потере энергии, но это не конечная цель. Ex двигательные установки самолетов, ракет.
Это приводит к износу объекта, но здесь делается для удаления материала. Ex шлифовальный станок Приводит к износу объекта. Бывшие машины шестерни
Принцип проектирования конкретных гаджетов. Ex сцепление, тормоз Этого можно избежать, используя другое вещество. Взрывозащищенная смазка, консистентная смазка

Пример расчета силы трения

Вопрос

Металлический предмет массой 50 кг на горизонтальном столе толкается горизонтальной силой
в 246 Н. Коэффициент трения равен 0,5.

Определить, будет ли металлический предмет двигаться или нет.

Примеры расчета формулы уравнения силы трения

Решение

Полученные данные

Из вопроса мы можем записать данные,

  • m = Масса металлического предмета = 50 кг
  • Н = Нормальная сила = мг = 50 x 9,8 Н
  • Fh= Горизонтальная сила = 246 Н
  • μ = коэффициент трения = 0,5.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *