ЕГЭ по физике – силы трения. Отличия трения покоя и скольжения.

Трение на ЕГЭ по физике — каким оно бывает? Разберемся в этой короткой статье. А ещё расскажу, как связаны скрипы дверей и игра на скрипке.

 

Привет! Меня зовут Егор Блинов. Я – репетитор к ЕГЭ по физике. А ещё – преподаватель в МФТИ и преподаватель онлайн-школы Grand Exam.  В этой статье мы разберемся с тем, что такое сила трения и какие виды силы трения существуют. А главное – как их различать между собой.

Если не хочется читать – можно посмотреть материал в видео:

Сколько сил трения в ЕГЭ по физике? Явление застоя и скрипка!

Смотрите это видео на YouTube

Начнем разговор с того, что есть полная сила реакции опоры R.

 

R – это сила, с которой поверхность реагирует на тело, которое до неё дотрагивается.  Для бруска и для стержня, опирающихся на поверхность, сила полной реакции опоры выглядит так, как показано на рисунке. Вы заметили, что очень неудобно работать с такой силой. Потому что мы точно не знаем – куда она направлена. Что же мы сделаем? Мы разложим её на две перпендикулярных составляющих.

 

 

Одна из них будет N  – сила нормальной реакции опоры. Эта сила будет перпендикулярна поверхности. Еще будет сила трения – как раз о которой мы сегодня говорим. Сила трения – это составляющая силы R, которая направлена вдоль поверхности. Далее мы посмотрим, как между собой сила трения и сила N связаны. 

Разберемся с первым видом силы трения – силой трения покоя – на самом простом примере. Брусочек покоится на поверхности. Мы расставили силы нормальной реакции опоры: силы тяжести, сила F, с который мы тянем этот брусок, и сила трения, которая нам мешает сдвинуть этот брусок с места. Пока брусок покоится относительно поверхности, до того, как он начал движение, на брусок действует сила трения покоя. Если мы нарисуем график силы трения от силы F, которую мы прикладываем (тянем за веревочку), то он будет выглядеть вот так:

 

График похож на график прямой пропорциональности y=x из математики. То есть у этого графика тангенс угла наклона равен единице. Потому что x и y равны между собой. Если я увеличиваю силу, с которой я тяну брусок, то сила трения покоя тоже увеличивается и компенсирует наше дополнительное усилие. Поэтому наш грузик остается в покое.

Следующий случай – сила трения скольжения – это значит, что брусок начал скользить по поверхности. Сила трения перестает расти и достигает своего максимального значения . – это некоторый коэффициент, о котором мы позже поговорим. N – это как раз сила нормальной реакции опоры. 

 

 

На графике видно, что до предела сила трения возрастала, а потом стала постоянной. Когда есть скольжение, и брусок движется относительно поверхности – сила трения скольжения, которая равна . Примерно с постоянной скоростью я тяну грузик, и примерно одинаковой получается сила трения скольжения.

Теперь разберемся, что такое . – это некоторый постоянный коэффициент, который будет характеризовать поверхности, которые трутся друг о друга. Например, для пары “металл-металл” он будет свой, для пары “металл-дерево” он будет уже другим. Он зависит только от материала и шероховатости трущихся поверхностей. В задачах ЕГЭ он не зависит ни от площади соприкосновения, ни от относительной скорости поверхностей.

В задачках находится в пределах от нуля до единицы. Если ноль, значит вообще нет трения, если единица –   трения очень большое. В реальной жизни может быть и больше единицы – может быть, тело просто прилипло к поверхности.

Чтобы получить конспект всего ролика или конспекты по другим темам физики – просто напиши моему чат-боту слово конспект, и он тебе все пришлет.

Давайте все сведем в одну табличку и подытожим.

У нас есть силы трения покоя и скольжения. Основной критерий, по которому мы будем различать их: поверхности тела движутся относительно друг друга или еще нет. Если не движутся – значит, эта сила трения покоя; если движется – значит, сила трения скольжения. Как мы будем находить в задачах эти силы?

Если сила трения покоя – мы записываем Второй закон Ньютона и полагаем, что ускорение тела равна нулю (ведь оно покоится), и из Второго закона Ньютона можем найти эту силу трения. В случает трения покоя нельзя писать , потому что формула  применяется, когда есть скольжение. Сила трения покоя ограничена величиной   – как вы помните из графика, сила трения покоя не может превышать этого значения. При этом направлена сила трения покоя будет против возможного движения тела. То есть против того направления, в котором двигалась бы тело, если бы силы трения не было.

Мы тянем грузик внешними силами F1 и F2  (это вид сверху), а сила трения препятствует. Так как это сила трения покоя, то грузик покоится, и из второго закона Ньютона сила трения равна сумме внешних сил. Но и поэтому она как раз и направлена противоположно тому направлению, в котором двигался этот грузик, если бы силы трения вообще не было бы.

А что по поводу силы трения скольжения – здесь уже имеет место движение. Модуль суммы сил F1 и F2  может быть больше, чем сила трения – тогда будет движение с ускорением.

Это основные моменты, которые мы должны знать, чтобы уметь различать эти силы.

Давайте пофантазируем, чем может быть полезно трение покоя и чем вредно. И то же самое для силы трения скольжения.

 

 

Например сила трения покоя полезна тем, что гвоздь не вылетает из отверстия, если мы его туда забили. Сила трения скольжения хороша тем, что можно на дороге затормозить “юзом” – если даже заблокировались колеса, все равно тормозим. Без силы трения скольжения было бы как-то страшно улететь в бесконечность.

Вредна сила трения покоя, потому что тяжело двигать мебель. А сила трения скольжения вредна тем, что происходит износ и нагрев подвижных деталей.

Напишите, пожалуйста, в комментарии, чем они полезны и чем вредны, и каким был бы наш мир, если бы не было никаких сил трения. Очень интересно узнать и дополнить свою презентацию вашими версиями.

А теперь давайте поговорим о явлении застоя. Обычно оно не учитывается в задачах ЕГЭ, и рассматривается “идеальный” график, хотя в реальности там может быть вот такой “клювик” – то есть превышение силы трения покоя над силой трения скольжения. Так мы определим явление застоя.

 

В видео мы можем обнаружить это явление экспериментально – пытаясь вывести грузик из состояния покоя, мы увеличиваем прикладываемую силу почти до 0.5 Н, но при движении, когда грузик срывается с места, устанавливается сила поменьше.  

Но самое необычное, что из-за этого явления у нас скрипит дверь,  и скрипка издаёт свой звук.
Наверное, вы замечали, что особенно сильно дверь скрипит, когда мы медленно её открываем. То есть сначала играет роль сила трения покоя, которая все больше увеличивается, а потом происходит “срыв” по клювику вниз, потом опять появляется какое-то движение, потом за счет силы трения это движение замедляется и прекращается, сила трения скольжения опять переходит в силу трения покоя, которая в свою очередь опять начинает нарастать.

И вот эти “срывы” заставляют дверь колебаться и издавать звук высокой частоты. Покой-движение-покой-движение – это чередование порождает звуковые колебания, которые нам обычно так противны. Но есть и плюс – благодаря этому явлению мы можем ходить на концерты классической
музыки со скрипкой.

Время экспериментов!

Поставим задачу: экспериментально определить коэффициент трения между кареткой (тележкой с грузиками) и деревянной поверхностью стола. Сначала найдем силу тяжести, которая действует на грузик:

 

 

Нарисовали рисунок, расставили силы, ввели оси координат, записали Второй закон Ньютона в проекции на обе оси. Если сила направлена вдоль оси – значит, учитываем её в уравнении с плюсом. Если против оси – значит, с минусом. Сила тяжести равна показаниям динамометра – 0,9Н.

Для случая, когда мы тащим грузик по поверхности, имеет место уже знакомая вам расстановка сил, мы рисовали её чуть раньше.

Запишем Второй закон Ньютона в проекциях на оси х и у.  Получаем, что сила F, которую мы прикладываем к грузу, равна силе трения, которая рассчитывается по формуле.

На видео видно, что я примерно с постоянной скоростью тяну грузик, и примерно одинаковой получается сила трения скольжения.

Отсюда выражаем  . Осталось подставить числа и подсчитать ответ:  .

До встречи на занятиях! Егор Блинов.

 

****************************************************

Ищу учеников на подготовку к ЕГЭ по физике. Индивидуальные дистанционные занятия и мини-группы. Подробная информация – в профиле.

А ещё на новогодних каникулах я буду проводить 6-дневный онлайн-интенсив по электродинамике на ЕГЭ. Длинные вебинары, домашка, доступ к консультациям до конца года. Цена при записи до НГ- 1490р. Записаться можно тут, а по промокоду КурсАгентЕгор можно получить скидку 200р.

****************************************************

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.: F_тр.

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: 3.67 (Голосов: 3)

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

Поиск по содержимому

График между приложенной силой и силой трения

• Часть OA кривой представляет статическое трение (F _s ). Его значение увеличивается линейно с приложенной силой
• В точке А трение покоя максимально. Это представляет собой предельное трение (F ₁ ).

• Видно, что за пределами A сила трения немного уменьшается. Часть BC кривой представляет собой кинетическое трение (F _к ).
• Поскольку часть BC кривой параллельна оси x, поэтому кинетическое трение не изменяется с приложенной силой, оно остается постоянным, какой бы ни была приложенная сила.

ТРЕНИЕ: ПРИЧИНА ДВИЖЕНИЯ

Это общее заблуждение, что трение всегда препятствует движению. Конечно, трение препятствует движению движущегося тела, но во многих случаях оно же и является причиной движения.

Трение позволяет нам ходить

(1) Во время движения человек или транспортное средство отталкивают землю назад (воздействие), а шероховатая поверхность земли реагирует и оказывает поступательное усилие из-за трения, которое вызывает движение. Если бы не было трения, было бы скольжение и не было бы движения.

В положении 1 трение действует на ногу при прямом направлении, которое является движущей силой при ходьбе.

В положении 2 на ногу не действует сила трения.

В положении 3 трение действует на ногу в обратном направлении, что является тормозящей силой для остановки.

(2) Во время езды на велосипеде заднее колесо движется под действием силы, сообщаемой ему вращением педалей, в то время как переднее колесо движется само по себе. Таким образом, при вращении велосипеда сила трения заднего колеса о землю заставляет силу трения действовать на него в прямом направлении (как при ходьбе). Переднее колесо, движущееся само по себе, испытывает силу трения в обратном направлении (подобно качению мяча). Однако, если крутить педали остановлено, оба колеса движутся сами по себе и, таким образом, испытывают силу трения в обратном направлении.

(3) Если тело поместить в разгоняющееся транспортное средство, то сила трения является причиной движения тела вместе с транспортным средством (т. е. тело будет оставаться в покое в разгоняющемся транспортном средстве до тех пор, пока ma < μ _с <мг). Если бы не было трения между телом и транспортным средством, то тело не будет двигаться вместе с транспортным средством.

Из этих примеров видно, что без трения движение не может быть начато, остановлено или передано от одного тела к другому.

Трение производит Тепло (трение поверхностей приводит к выделению тепла).

Трение жидкости и газов

Когда твердое тело движется в жидкости или газе, поверхность твердого тела испытывает трение. Сила трения, создаваемая жидкостями, также называется сопротивлением.

Установлено, что f _{твердое} >f _жидкое > f _{газообразное}

Форма тела, вокруг которой жидкость (жидкость или газ) может легко обтекаться с минимальным трением, называется обтекаемым течением.

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ТРЕНИЯ:

Обтекаемые кузова

Форма тела, вокруг которой жидкость (жидкость или газ) может легко обтекаться с минимальным трением, называется обтекаемой формой.

например Самолет, подводная лодка, ракета, рыба и т. д.

• Полировка – придание поверхности гладкости.
• Колеса – из-за трения качения очень мало.
• Смазки – делают поверхность гладкой.
• При правильном подборе материала.
• Шариковый подшипник – в нем есть катящиеся шарики, из-за которых возникает трение качения.

• Воздушная подушка — разделяя землю воздушной подушкой, судно на воздушной подушке может перемещаться по пересеченной местности, болоту или морю. Воздух обеспечивает наименьшее трение.

Также мы можем увеличить трение, бросив немного песка на скользкую поверхность. При производстве шин предпочтение отдается синтетическому каучуку, так как его коэффициент трения с дорогой больше.

ньютоновская механика — График приложенной силы и силы трения

спросил 2 года, 5 месяцев назад

Изменено 2 года, 5 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Теперь я понимаю концепцию трения.

Но я просто хотел внести ясность. Поскольку мы продолжаем увеличивать приложенную силу, статическое трение действует до своего максимального предела. После этого тело приходит в движение и начинает действовать кинетическое трение, которое меньше статического трения.

В предельной точке произойдет внезапный разрыв непрерывности графика или он просто будет непрерывно уменьшаться до кинетического трения.

Я прочитал несколько книг и статей, некоторые из них делают это, а некоторые нет.

Неужели на самом деле так и должно быть-

а для упрощения для старшеклассников рассказывают так-

• ньютоновская механика
• силы
• трение $\endgroup$

  2

  $\begingroup$

  В соответствии с упрощенной моделью статического и кинетического трения у вас может быть только тот или иной тип. Таким образом, как только достигается предел статического трения и объект начинает двигаться, согласно определению кинетического трения в соответствии с моделью, трение, которое присутствует, будет кинетическим трением прямо в этот момент.