Site Loader

Содержание

Трение покоя и трение скольжения. Природа явления и его суть.

Трение — основные понятия, законы и зависимости



Понятие трения

Как известно, в природе не существует абсолютно гладких и абсолютно твердых тел, поэтому при перемещении одного тела по поверхности другого возникает сопротивление, которое называется трением.

Трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкасания поверхностей по касательной к ним.

Трение – явление чрезвычайно распространенное в природе и имеющее большое значение. При этом оно может выполнять и полезные, и вредные функции. На трении основана работа фрикционных и ременных передач, муфт, наклонных транспортеров, прокатных станов, тормозных устройств и т. п.
Трение обеспечивает сцепление тел с земной поверхностью и, следовательно, работу машин, тракторов и другой транспортной самоходной техники. При отсутствии трения мы не могли бы ходить по земле, поскольку наши ноги скользили бы и разъезжались в разные стороны, как у неумелого конькобежца на гладком льду.

Наряду с полезными свойствами, трение является во многих устройствах и механизмах вредным сопротивлением, которое отнимает львиную долю мощности и энергии у машин. Для уменьшения трения в механизмах конструкторам приходится применять различные приемы и способы, чтобы снизить непродуктивные потери энергии.

Трение классифицируют по характеру движения, в результате которого оно возникает. Различают трение покоя, трение скольжения, трение качения и трение качения с проскальзыванием. Очевидно, что последний из перечисленных видов трения является комбинацией трения скольжения и трения качения.

Трением покоя называется трение двух тел при начальном (бесконечно малом) относительном перемещении в момент перехода от состояния покоя к состоянию относительного движения. Это явление можно объяснить шероховатостью поверхностей соприкасающихся тел, а также их деформацией, вызванной взаимным давлением друг на друга.

Кроме того, при таком взаимном давлении (контакте) между телами, на их поверхностях возникают силы молекулярного сцепления. Для того, чтобы начать взаимное перемещение тел, необходимо преодолеть все эти факторы, обуславливающие трение покоя.

Трением движения называется трение двух тел, находящихся в относительном движении. Рассмотрим основные виды трения в зависимости от характера относительного движения тел.

***

Трение скольжения

Трением скольжения называется трение движения, при котором скорости тел в точке касания различны по значению и (или) направлению.

Трение скольжения, как и трение покоя, обусловлено, прежде всего, шероховатостью и деформацией поверхностей, а также наличием молекулярного сцепления прижатых друг к другу тел. Трение скольжения сопровождается изнашиванием, т. е. отделением или остаточной деформацией материала, а также нагревом трущихся поверхностей тел (остаточной называется деформация, не исчезающая после прекращения действия внешних сил).
Трение характеризуется силой трения.
Сила трения есть сила сопротивления относительному перемещению двух тел при трении.

Рассмотрим тело, лежащее на горизонтальной шероховатой плоскости (см. рисунок 1).

Сила тяжести G уравновешивается нормальной реакцией плоской поверхности N. Если к телу приложить небольшую движущую силу P, то оно не придет в движение, так как эта сила будет уравновешиваться силой трения Fтр, которая является, таким образом, составляющей реакции опорной плоскости, направленной вдоль плоскости в противоположную перемещению сторону.

Если постепенно увеличивать сдвигающую силу P, то до определенного ее значения тело будет оставаться в покое, а затем придет в движение.
Очевидно, что сила трения в состоянии покоя может изменяться в зависимости от степени микросмещения может изменяться от нуля до какого-то максимального значения F

maxтр, причем в промежутке между нулем и максимальным значением сила трения Fтр по модулю всегда равна сдвигающей силе P.
Максимальное значение сила трения покоя имеет в момент начала относительного движения. Это значение называется наибольшей силой трения покоя или просто силой трения покоя.

Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную направлению относительного движения тела.

В XVIII веке французские ученые Гийом Атонтон (1663-1705), а затем Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) провели фундаментальные исследования в области трения, и на основе их сформулировали три основных закона трения скольжения, которые обычно называют законами Кулона.

***

1-й закон Кулона

Cила трения не зависит от величины площади трущихся поверхностей.

Первый закон можно объяснить с помощью следующих умозаключений. Если площадь трущихся поверхностей увеличится, то увеличится и количество сцепляющихся неровностей, но уменьшится давление на опорную поверхность, которое обратно пропорционально площади контакта тел. Поэтому сопротивление относительному перемещению останется прежним.

***

2-й закон Кулона

Максимальная сила трения прямо пропорциональна нормальной составляющей внешних сил, действующих на поверхности тела.

Второй закон Кулона говорит о том, что если увеличится нормальная составляющая внешних сил, действующих на поверхности тела (иначе говоря, увеличится сила нормального давления или реакции), то во столько же раз возрастет максимальная сила трения.

Поскольку зависимость эта прямо пропорциональная, можно выделить коэффициент, характеризующий ее пропорциональность. Этот коэффициент называется коэффициентом трения скольжения, и определяется он, как отношение силы трения Fтр к нормальной составляющей N внешних сил, действующих на поверхности тела. Обозначается коэффициент трения скольжения f.
При наибольшей силе трения покоя коэффициент трения называют коэффициентом сцепления.

Таким образом,

f = Fтр/N    или    F

тр = fN.

В результате второй закон трения скольжения можно сформулировать так: сила трения равна коэффициенту трения скольжения, умноженному на силу нормального давления или реакции.

Очевидно, что коэффициент трения скольжения – величина безразмерная.

Нормальная реакция N опорной поверхности и сила трения Fтр дают равнодействующую R, которая называется полной реакцией опорной поверхности (см. рисунок 2).

R = N + Fтр.

Полная реакция R составляет с нормалью к опорной поверхности некоторый угол. Максимальное значение этого угла (достигает в момент начала относительного движения) называется углом трения и обозначается φ.

Из рисунка 2 очевидно, что

f = tgφ,

т. е. коэффициент трения скольжения равен тангенсу угла трения.

Если коэффициент трения скольжения одинаков для всех направлений движения, то множество (геометрическое место) полных реакций образует круговой конус, который называется конусом трения (см. рисунок 2).
Если для разных направлений движения коэффициент трения неодинаков (например, при скольжении по дереву вдоль волокон и поперек волокон), то конус трения будет некруговым (несимметричным).

Свойство конуса трения заключается в том, что для равновесия тела, лежащего на шероховатой поверхности, равнодействующая приложенных к нему активных сил должна проходить внутри конуса трения.

Действительно, если равнодействующую P активных сил, приложенных к телу, разложить на составляющие P2 (движущая сила) и P2 (сила нормального давления), то

P1 = P2 tgα.

По второму закону трения скольжения

Fтр = fP2 = P2 tgφ.

Следовательно, при α < φ будет P1 < Fтр и движение окажется невозможным.

***



3-й закон Кулона

Сила трения зависит от материала тел, состояния трущихся поверхностей и рода смазки.

Согласно третьему закону трения скольжения, коэффициент трения скольжения зависит от материалов трущихся тел, качества обработки их поверхности (степени шероховатости), рода и температуры смазки. В зависимости от наличия между сопрягаемыми поверхностями слоя смазки трение подразделяется на два вида: трение без смазочного материала (сухое трение) и трение в условиях смазки.

Коэффициент трения скольжения определяют опытным путем; значения его для различных условий приведены в справочниках. Примеры коэффициентов трения для некоторых материалов приведены ниже.

  • Металл по металлу без смазки ……. 0,15…0,30
  • То же, со смазкой ………………………0,10…0,18
  • Дерево по дереву без смазки …….. 0,40…0,60
  • Кожа по чугуну без смазки ………… 0,30…0,50
  • То же, со смазкой ………………………… 0,15
  • Сталь по льду ……………………………… 0,02

Коэффициент трения скольжения при движении обычно меньше, чем при покое, и в первом приближении не зависит от скорости относительного перемещения тел.

Методы решения задач статики при наличии трения остаются такими же, как и при отсутствии его, причем в уравнения равновесия обычно вводят максимальные значения сил трения.

***

Трение на наклонной поверхности

Рассмотрим тело, лежащее на шероховатой наклонной плоскости, составляющей угол α с горизонтальной плоскостью (см. рисунок 3).

Разложим силу тяжести тела G на составляющие G1 и G2, параллельную и перпендикулярную наклонной плоскости. Модули этих составляющих определим, используя тригонометрические зависимости:

G1 = G sinα;    G2 = G cosα.

Составляющая G1 стремится сдвинуть тело вдоль наклонной плоскости. Полностью или частично эта составляющая уравновешивается силой трения; согласно второму закону трения скольжения, ее максимальное значение равно:

Fтр = fN = fG cosα,     где f – коэффициент трения скольжения тела по наклонной плоскости.

Для того, чтобы тело, лежащее на наклонной плоскости, находилось в равновесии, движущая сила G1 должна быть по модулю равна силе трения Fтр ,т. е.

G sinα = fG cosα    или     tgα = f = tgφ, откуда следует, что α = φ.

Если угол, который наклонная плоскость составляет с горизонтом, будет равен углу трения, то тело, лежащее на наклонной плоскости ,будет под действием собственной силы тяжести либо равномерно скользить вниз, либо находиться в состоянии покоя (что, собственно, одно и то же).

Для того, чтобы тело, лежащее на наклонной плоскости, заведомо не скользило вниз под действием собственной силы тяжести, должно быть соблюдено условие α < φ.

Наклонной плоскостью с переменным углом наклона к горизонту пользуются для экспериментального определения угла трения φ и коэффициента трения f (см. рисунок 4а).

Определим модуль силы Р, параллельной наклонной плоскости, в случае равномерного перемещения тела вверх по шероховатой наклонной плоскости (см. рисунок 4б). Спроецируем силы, действующие на тело, на ось x. Составим уравнение равновесия:

ΣX = 0;    P – G sinα – Fтр = 0.

Так как Fтр = fG cosα, то P = G sinα + fG cosα или после преобразований: P = G (tgα + f).

Определим модуль горизонтальной силы Р, которую надо приложить к телу для равномерного перемещения его вверх по шероховатой наклонной плоскости (см. рисунок 5).

Применим геометрическое условие равновесия плоской системы сил (размерами тела пренебрегаем) и построим замкнутый силовой многоугольник, соответствующий уравнению равновесия:

G + P + N + Fтр = 0.

Из треугольника abc имеем: P = Gtg(α + φ).

Этот случай движения имеет место при взаимном перемещении винта и гайки с прямоугольной резьбой, так как резьбу винта можно рассматривать как наклонную плоскость, угол наклона которой равен углу подъема винтовой линии.

Трение в резьбе, имеющей треугольный или трапецеидальный профиль, подобно трению в клинчатом ползуне. Поэтому рассмотрим клинчатый ползун с углом заострения 2β, нагруженный вертикальной силой Q (см. рисунок 6). Определим силу P, необходимую для равномерного перемещения ползуна вдоль горизонтальных направляющих, если коэффициент трения скольжения равен f.

Составим два уравнения равновесия ползуна:

ΣX = 0;    P – 2Fтр = 0;
ΣY = 0;    2Nsinβ – Q = 0,

где Fтр– сила трения на каждой грани ползуна; N – нормальная реакция направляющей.

Решая эту систему уравнений и учитывая, что Fтр = fN, получим:

P = (f/sinβ)Q = f’Q,

где f’ = f/sinβ – приведенный коэффициент трения.

Соответствующий этому приведенному коэффициенту угол трения обозначим φ’ и назовем приведенным углом трения, тогда:

f’ = tgφ’.

Очевидно, что f’> f, следовательно, при прочих равных условиях трение в клинчатом ползуне больше трения на плоскости.

Понятие приведенного коэффициента трения условно, так как он изменяется в зависимости от угла заострения клинчатого ползуна.

По аналогии с движением тела вверх по наклонной плоскости под действием горизонтальной силы для равномерного перемещения клинчатого ползуна по направляющим, наклоненным к горизонту под углом α, нужно приложить горизонтальную силу равную

P = Q tg(α + φ’).

Трение в крепежной метрической резьбе подобно трению клинчатого ползуна с углом заострения 2β = 120˚, для трапецеидальной резьбы угол 2β = 150˚.

С трением связано понятие угла естественного откоса — наибольшим углом между наклонной плоскостью и горизонтом, при котором сыпучее тело удерживает свои частицы на поверхности, без их движения (осыпания) вниз. Угол естественного откоса сыпучего тела равен углу трения между его частицами. Этот угол приходится принимать во внимание, например, при различных земляных работах на уклонах и скатах.

***

Трение качения


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Силы трения покоя и скольжения

Каждому известно, как трудно передвигать тяжёлые предметы по какой-либо поверхности. Это связано с тем, что поверхность твёрдого тела не является идеально гладкой и содержит множество зазубрин (они имеют различные размеры, которые уменьшаются при шлифовке). При соприкосновении двух тел происходит сцепление зазубрин. Пусть к одному из тел приложена небольшая сила (F), направленная по касательной к соприкасающимся поверхностям. Под действием этой силы зазубрины будут деформироваться (изгибаться). Поэтому появится сила упругости, направленная вдоль соприкасающихся поверхностей. Сила упругости, действующая на тело, к которому приложена сила F, компенсирует её и тело останется в покое.

Сила трения покоясила, возникающая на границе соприкасающихся тел при отсутствии их относительного движения.

Сила трения покоя направлена по касательной к поверхности соприкасающихся тел (рис. 10) в сторону, противоположную силе F, и равна ей по величине: Fтр = — F.

При увеличении модуля силы F изгиб зацепившихся зазубрин будет возрастать и, в конце концов, они начнут ломаться и тело придёт в движение.

Сила трения скольженияэто сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при их относительном движении.

Вектор силы трения скольжения направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно поверхности, по которой оно скользит.

Тело, скользящее по твёрдой поверхности, прижимается к ней силой тяжести Р, направленной по нормали. В результате этого поверхность прогибается и появляется сила упругости N (сила нормального давления или реакция опоры), которая компенсирует прижимающую силу Р (N = — P).

Чем больше сила N, тем глубже сцепление зазубрин и тем труднее их сломать. Опыт показывает, что модуль силы трения скольжения пропорционален силе нормального давления:

Fск = μ • N.

Безразмерный коэффициент μ называется коэффициентом трения скольжения. Он зависит от материалов соприкасающихся поверхностей и степени их шлифовки. Например, при передвижении на лыжах коэффициент трения зависит от качества смазки (современные дорогостоящие смазки), поверхности лыжни (мягкая, сыпучая, уплотнённая, оледенелая) тем или иным состоянием снега в зависимости от температуры и влажности воздуха и др. Большое количество переменных факторов делает сам коэффициент непостоянным. Если коэффициент трения лежит в пределах 0,045 – 0, 055 скольжение считается хорошим.

В таблице приведены значения коэффициента трения скольжения для различных соприкасающихся тел.

Коэффициенты трения скольжения для различных случаев

Условия скольжения μ
Лыжи по снегу 0,045 – 0,055
Сталь по льду (коньки) 0,015
Шина по сухому асфальту 0,50 – 0,70
Шина по мокрому асфальту 0,35 – 0,45
Шина по гладкому льду 0,15 – 0,20

Роль силы трения во многих случаях позитивна. Именно благодаря этой силе возможно передвижение человека, животных и наземного транспорта. Так, при ходьбе человек, напрягая мышцы опорной ноги, отталкивается от земли, стараясь сдвинуть подошву назад. Этому препятствует сила трения покоя направленная в обратную сторону – вперёд (рис. 11).

Знание коэффициентов трения покоя и трения скольжения очень важно при проектировании поверхностей спортивных сооружений, спортивной обуви и спортивного инвентаря.

Сила трения снижает спортивные результаты в конькобежном, лыжном спорте и других видах спорта, поэтому ведутся непрерывные исследования по её уменьшению.

Сила трения покоя. Виды сил сухого трения

Сила трения. Виды сил сухого трения

Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) носит название внутреннего трения.

Силу трения, возникающую при движении твердого тела относительно жидкой или газообразной среды, следует отнести к категории сил внутреннего трения, поскольку в этом случае слои среды, непосредственно соприкасающиеся с телом, вовлекаются им в движение с той же скоростью, какую имеет тело, и на движение тела оказывает влияние трение между этими внешними по отношению к ним слоями среды.

Определение 1

Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой, а также между слоями такой среды называется вязким (или жидким). Применительно к сухому трению различают трение скольжения, трение качения и трение покоя.

Сила трения скольжения

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.

Причины 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.

  • 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.

Готовые работы на аналогичную тему

Вектор силы трения скольжения $\overline{F}_{mp} $всегда направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним тела. Поэтому действие силы трения скольжения всегда приводит к уменьшению модуля относительной скорости тел.

Сила трения качения

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.

Замечание 1

Чем тверже поверхность, тем меньше сила трения качения. Например, по песку ехать на велосипеде труднее, чем по асфальту, так как на песке приходится преодолевать большую 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

Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.

Сила трения покоя $\overline{F}_{mp} $равна по модулю внешней силе $\overline{F}$, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению:

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.

Замечание 2

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.

В простейшей модели сухого трения выполняются следующие законы. Они являются обобщением опытных фактов и носят приближённый характер:

  • максимальная величина силы трения покоя равна силе трения скольжения;

  • абсолютная величина силы трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры: $\overline{F}_{mp} =\mu N$, а коэффициент пропорциональности $\mu $ называется коэффициентом трения;

  • коэффициент трения не зависит от скорости движения тела по шероховатой поверхности;

  • коэффициент трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Пример 1

Ученики установили магнит массой $30$ г к школьной доске. Магнит прижимается к доске с силой $6 H$. Какую силу нужно приложить для скольжения магнита вниз и перемещения его вертикально вверх, если коэффициент трения равен $0,3$?

Дано: $m=30$г, $N=6 H$, $\mu =0,3$.

Найти: $F_{1} $, $F_{2} $-?

Решение:

Рисунок 1.

Для того чтобы сдвинуть магнит вниз, сумма силы тяжести $mg$ и дополнительно приложенной силы $F_{1} $ должна быть равной силе трения $F_{[email protected]} $ (или быть больше):

$mg+F=F_{mp} $ (1).

Из формулы (1) и из общей формулы для силы трения

находим искомую силу, необходимую для скольжения магнита вниз:

$F_{mp} =\mu N$($N$- сила с которой магнит прижимается к доске):

$F_{1} =\mu N-mg=1,5 H$.

Для силы, направленной вверх, уравнение (1) примет вид:

\[F_{2} -mg=F_{mp} \]

$F_{2} =\mu N+mg=2,1 H$

Ответ: $F_{1} =1,5 H$, $F_{2} =2,1 H$.

Виды сил трения

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 большую 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.

Сила трения. Трение скольжения. Трение покоя

Образовательная цель: достичь усвоения учащимися следующих знаний:

  • сила трения,
  • причины возникновения силы трения,
  • трение скольжения, трение качения,
  • зависимость силы трения от веса тела,
  • сравнение сил трения скольжения и трения качения.

Развивающая цель: научить учащихся следующим видам деятельности:

  • собирать установки для эксперимента по описанию и проводить наблюдения изучаемых явлений;
  • измерять силу трения скольжения.

Воспитательная цель:

  • Формировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащихся
  • Создание благоприятной обстановки на уроке через учёт психофизиологических особенностей учащихся

Демонстрации

  • Силы трения покоя, скольжения, трения покоя;
  • Измерение силы трения скольжения при движении бруска по деревянной доске;
  • Сравнение силы трения скольжения с силой трения качения ;
  • Зависимость силы трения от веса тела, от шероховатости поверхности;
  • Презентация «Сила трения»  (Приложение 1)

Ход урока

1. Организация класса

2. Разминка

Работа с карточками «Обозначения и единицы измерения физических величин»

3. Изучение нового материала

I. Контрольные вопросы:

1. Какую силу называют силой трения?

2. Что является причиной силой трения?

3. Какие виды трения существуют?

II. Вступительное слово учителя:

Ребята, мы с вами много раз говорили, что изучение какой либо науки  имеет смысл тогда, когда  полученные знания можно применить на практике. В жизни всё время возникают проблемы, которые человеку нужно решать. Как он это делает? Например, есть проблема — как использовать два часа свободного времени? Принимаем вариант «Игра  на свежем воздухе».

Какие этапы нужно пройти для решения этой проблемы? Сначала появилась идея поиграть на свежем воздухе. Что дальше? Начинаются рассуждения, расчеты: какую игру выбрать, хватит ли на это времени,  кто будет играть и так далее. Наконец, мы претворяем в жизнь, то есть осуществляем на практике, эту идею: идем на стадион, делимся на команды  и прочее. Какая цепочка действий по решению проблемы у нас получилась?

А вот какая:  проблема — идея — расчеты — практика

Запомним эти ступени. Человек всегда проходит по ним, решая задачи, возникающие перед ним в жизни и на работе.

Итак, сегодня мы познакомимся с новой силой – силой трения,  ее видами, выясним причины возникновения силы трения, выясним зависимость силы трения от веса тела, сравним силы трения скольжения и трения качения.

Класс разбивается на  группы  по 3—4 человека.

Каждая команда имеет оборудование и карточку-задание.

III. Повторение, подготовка к изучению темы

Фронтальный опрос:

1) Как в природе можно обнаружить действие силы?

2) В чём проявляется действие силы?

3) Приведите примеры взаимодействия тел друг с другом, в результате которого изменяется направление скорости движущихся тел.

4) Приведите примеры взаимодействия тел друг с другом, в результате которого изменяется значение скорости.

5) Каковы основные свойства сил?

6) Каким прибором измеряется сила?

7) Назовите единицы силы.

8) Дайте определение равнодействующей сил.

IV. Постановка проблемы

Демонстрация опытов:

1. Колебания математического маятника;

2. Скатывание с наклонной плоскости легкоподвижной тележки.

Тележка катится до конца демонстрационного стола, не изменяя заметным образом своего движения. Отмечаем ее положение флажком. На поверхности демонстрационного стола расстилаем линолеум. Тележка скатывается с наклонной плоскости и останавливается, не доезжая до конца демонстрационного стола. Отмечаем флажком новое положение. На поверхность демонстрационного стола насыпаем песок. Движение тележки после скатывания быстро замедляется, и она останавливается недалеко от наклонной плоскости. Отмечаем третье положение тележки.

Вопросы к учащимся:

Как объяснить эти явления?

Почему маятник, приведенный в движение, останавливается?

Почему тележка в трех случаях проезжает разные дистанции?

Ответ учащихся: «Потому, что на тело действует тормозящая сила».

V. Идея

Учитель: Выясняем происхождение этой силы.

Работа в группах:

Выполнить  задание  по обнаружению «тормозящей силы»:

1. Соорудите наклонную плоскость из фанерной доски и бруска.

2. Положите на наклонную плоскость цилиндр боковой поверхностью и отпустите.

3. На ту же наклонную плоскость положите цилиндр торцом и отпустите.

Ответить на вопросы:

1. Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте?

(Сила тяжести.)

2. Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте?

(Возникновение силы, компенсирующей силу тяжести.)

3. Что явилось причиной изменения скорости маятника и тележки на столе учителя?

(Изменение скорости произошло вследствие взаимодействия маятника и воздуха, тележки и поверхности, по которой она двигалась.)

Сделать вывод.

Вывод: обнаружили новую силу.

Учитель: Даем определение новой силы

(учащимся предлагается дать определение силы трения):

Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную движению, называется силой трения. (Запись в тетради)

VI. Расчеты

Учитель: чем характеризуется любая сила?

Ответы учащихся: Модулем или числовым значением; направлением;  точкой приложения.

Учитель: обозначается сила трения — (Запись в тетради)

Учитель: Как можно измерить силу трения?

Работа в группах:

Выполнить задание:

1. На фанерную плоскость положить деревянный брусок с грузами.

2. Зацепить динамометром  и равномерно перемещать по плоскости.

3. Отметить показания динамометра.

Ответить на вопросы:

1. Какое значение силы показывает динамометр?

2. На тело действует сила, но скорость движения не изменяется.

Значит, существует компенсирующая сила, равная силе динамометра. Куда направлена сила, равная движущей силе?

(Сила направлена против движения бруска.)

3. Где находится точка приложения этой силы?

(В месте контакта двух поверхностей.)

Сделать вывод.

Вывод: измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы находим силу трения.

Учитель: Каковы причины возникновения силы трения?

Работа в группах:

Выполнить  задание  по выяснению зависимости силы трения от шероховатости поверхности:

1.Сравнить движение металлического шарика по стеклу, столу и наждачной бумаге.

Сделать вывод.

Вывод:  причиной трения является шероховатость поверхности соприкасающихся тел.

Учитель: Самые гладкие на вид поверхности имеют неровности, которые препятствуют движению одного тела по поверхности другого. Но оказывается, уменьшение неровностей снижает силу трения только вначале. Дальнейшее уменьшение шероховатости приводит к увеличению силы трения.

Вторая причина возникновения силы трения — молекулярное взаимодействие, которое приводит как бы к прилипанию соприкасающихся поверхностей.

Итак, есть две причины возникновения силы трения: неровности поверхности и наличие сил притяжения между молекулами соприкасающихся поверхностей, при шероховатых поверхностях трение обусловлено главным образом первой причиной, а при очень гладких поверхностях сказывается молекулярная природа трения.

Если при движении соприкасаются твердые поверхности тел, трение называют сухим.

VII. Практика

Учитель: От чего зависит сила трения?

Работа в группах

Выполнить  задание  по выяснению зависимости силы трения

от веса тела (первая группа)

1. На фанерную плоскость положить деревянный брусок с 1 грузом.

2. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

3. Отметить показания динамометра.

4. На фанерную плоскость положить деревянный брусок с 2 грузами.

5. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

6. Отметить показания динамометра.

7. На фанерную плоскость положить деревянный брусок с 3 грузами.

8. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

9. Отметить показания динамометра.

Сделать вывод.

Выполнить  задание  по выяснению зависимости силы трения  от материала соприкасающихся тел (вторая группа)

1. На фанерную плоскость положить деревянный брусок .

2. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

3. Отметить показания динамометра.

4. На стеклянную плоскость положить деревянный брусок .

5. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

6. Отметить показания динамометра.

7. На  плоскость, покрытую наждачной бумагой, положить деревянный брусок .

8. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

9. Отметить показания динамометра.

Сделать вывод.

Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения

1. На фанерную плоскость положить деревянный брусок .

2. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

3. Отметить показания динамометра.

4. На фанерную плоскость положить деревянный брусок  и под брусок положить два карандаша без граней.

5. Зацепить брусок динамометром и равномерно перемещать по плоскости.

6. Отметить показания динамометра.

Сделать вывод.

Вывод: сила трения зависит от материала соприкасающихся тел, от нагрузки, от шероховатости и не зависит от площади контакта тел.

Учитель: Как же можно уменьшить силу трения?

Ответы учащихся:  Уменьшить силу трения можно, повлияв на причины, обусловливающие значение силы трения (шероховатость, материал, нагрузка).

Учитель: Но в жизни часто бывает так, что эти причины не устранимы. Единственный способ — заменить один вид трения на другой.

Высказанное предположение подтверждаем опытами.

Демонстрация: 1. На перевернутую вверх колесами тележку помещаем груз. Тележку равномерно перемещаем по поверхности. Отмечаем показание динамометра. Затем тележку ставим на колеса и помещаем тот же груз.

При равномерном перемещении динамометр отмечает меньшее значение силы. При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

2. Наклонную плоскость устанавливаем под таким углом, что легкоподвижная тележка свободно въезжает вверх по наклонной плоскости. Поверхность наклонной плоскости смазываем вазелиновым маслом. Теперь тележка не может въехать вверх, ее колеса скользят.

При равных условиях вязкое (жидкостное) трение всегда меньше сухого трения.

3. Смазанный машинным маслом подшипник качения.

Для уменьшения трения применяют сразу два способа.

Фронтальная беседа

1. Почему шины автомобилей делают с рифленой поверхностью?

2. Почему некоторые детали механизмов требуют смазки?

3. Почему масло легче разрезать проволокой, чем ножом?

4. О какой опасности предупреждает дорожный знак с надписью «Осторожно, листопад!»?

5. Опрятней модного паркета

Блистает речка, льдом одета.

Мальчишек радостный народ

Коньками звучно режет лед…

(А.С.Пушкин, «Евгений Онегин»)

Почему коньки хорошо скользят по льду?

4.Физкультминутка

5. Учитель: Сегодня, в ходе урока, вы прошли цепочку проблема — идея — расчеты — практика , которая соответствует ходу научного исследования. Таким образом,  вы познакомились к тому,  как происходят открытия в науке, как появляются новые знания. Вашим открытием стало знание о  силе трения.

Задание:

Пользуясь планом ответа о силе,  дайте описание силы трения.

Отвечает один учащийся от группы.

6. Контроль усвоения темы

Тестовое задание

1. Сила — причина …

A. … только изменения скорости тела.

Б. … только деформации тела.

B. … изменения скорости и деформации тела.

Г. … движения тела.

2. Если тело покоится или движется равномерно, значит …

A. … все силы направлены в одну сторону.

Б. … на него не действуют силы.

B. … силы, действующие на тело, скомпенсированы.

Г. … на него не действуют силы или их равнодействующая равна нулю.

3. Силой трения называют силу …

A. … с которой Земля притягивает к себе тела.

Б. … действующую на тело со стороны деформированной опоры и направленную против деформирующей силы.

B. … с которой тело вследствие земного притяжения действует на опору или подвес.

Г. … возникающую при движении одного тела по поверхности другого и направленную в сторону, противоположную движению.

4. Точка приложения силы трения расположена …

А. … в центре тела.

Б. … в точке контакта двух тел.

В. … в точке действия внешней силы.

Г. … в любом месте тела.

5. Сила трения всегда направлена …

A. … противоположно движению тела.

Б. … противоположно деформирующей силе.

B. … вертикально вниз.

Г. … влево или вправо.

6. Сила трения зависит от …

A. … нагрузки.

Б. … шероховатости поверхностей.

B. … вида материала контактирующих поверхностей.

Г. … всех вышеперечисленных факторов.

7. Силу трения можно уменьшить …

А. … заменяя один вид трения другим.

Б. … заменяя скольжение качением.

В. … смазывая трущиеся поверхности.

Г. … увеличивая скорость тела.

8. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?

A. 350 Н.

Б. 700 Н.

B. 70 Н.

Г. Среди ответов А — В нет правильного.

Семь выполненных заданий — отметка «4» (7 баллов),

8 выполненных заданий — отметка «5» (8 баллов).

7. Подведение итогов урока

8. Домашнее задание

§ 30,31,32

виды (покоя, скольжения, качения), причины, польза и вред

 

Если вы попробуете сдвинуть тяжелый шкаф, полный вещей, то как-то сразу станет понятно, что не так все просто, и что-то явно мешает благому делу наведения порядка.

  • И мешать движению будет не что иное, как работа силы трения, которую изучают в курсе физики седьмого класса.

С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. В прямом смысле этого слова. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем, так как именно силы трения удерживают наши ноги на поверхности.

Любой из нас знает, что такое ходить по очень скользкой поверхности – по льду, если этот процесс вообще можно назвать ходьбой. То есть, мы сразу видим очевидные плюсы силы трения. Однако, прежде чем говорить о пользе или вреде сил трения, рассмотрим для, начала, что такое сила трения в физике.

Сила трения в физике и ее виды

Взаимодействие, которое возникает в месте соприкосновения двух тел и препятствует их относительному движению, называют трением. А силу, которая характеризует это взаимодействие, называют силой трения.

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

Трение покоя

В нашем случае, когда мы пытались сдвинуть шкаф с места, мы пыхтели, толкали, краснели, но не сдвинули шкаф ни на дюйм. Что удерживает шкаф на месте? Сила трения покоя. Теперь другой пример: если мы положим руку на тетрадь и будем двигать ее по столу, то тетрадь будет двигаться вместе с нашей рукой, удерживаемая все той же силой трения покоя.

Трение покоя удерживает вбитые в стену гвозди, мешает самопроизвольно развязываться шнуркам, а также держит на месте наш шкаф, чтобы мы, случайно опершись на него плечом, не задавили любимого кота, который вдруг улегся подремать в тишине и покое между шкафом и стеной.

Трение скольжения

Вернемся к нашему пресловутому шкафу. Мы, наконец, сообразили, что сдвинуть его в одиночку нам не удастся и позвали на помощь соседа. В конце концов, исцарапав весь пол, вспотев, напугав кота, но, так и не выгрузив вещи из шкафа, мы передвинули его в другой угол.

Что мы обнаружили, кроме клубов пыли и не обклеенного обоями куска стены? Что, когда мы приложили силу, превышающую силу трения покоя, шкаф не просто сдвинулся с места, но и (с нашей помощью, естественно) продолжил двигаться дальше, до нужного нам места. И усилия, которые приходилось затрачивать на его передвижение, были примерно одинаковы на всем протяжении пути.

  • В данном случае нам мешала сила трения скольжения. Сила трения скольжения, как и сила трения покоя, направлена в сторону, противоположную приложенному воздействию.

Трение качения

В случае, когда тело не скользит по поверхности, а катится, то, возникающее в месте контакта трение, называют трением качения. Катящееся колесо немного вдавливается в дорогу, и перед ним образуется небольшой бугорок, который приходится преодолевать. Именно этим и обусловлено трение качения.

Чем тверже дорога, тем меньше трение качения. Именно поэтому ехать по шоссе намного легче, чем по песку. Трение качения в подавляющем большинстве случаев ощутимо меньше трения скольжения. Именно поэтому повсеместно применяют колеса, подшипники и так далее.

Причины возникновения сил трения

Первая – это шероховатость поверхности. Это хорошо понятно на примере досок пола или поверхности Земли. В случае же более гладких поверхностей, например, льда или покрытой металлическими листами крыши, шероховатости почти не видны, но это не значит, что их нет. Эти шероховатости и неровности цепляются друг за друга и мешают движению.

Вторая причина – это межмолекулярное притяжение, которое действует в местах контакта трущихся тел. Однако, вторая причина проявляется, в основном, лишь в случае очень хорошо отполированных тел. В основном же, мы имеем дело с первой причиной возникновения сил трения. И в таком случае, чтобы уменьшить силу трения, часто применяют смазку.

  • Слой смазки, чаще всего жидкий, разъединяет трущиеся поверхности, и трутся между собой слои жидкости, сила трения в которых в разы меньше.

Сочинение на тему «Сила трения»

В курсе физики седьмого класса школьникам дают задание написать сочинение на тему «Сила трения». Примером сочинения на эту тему может служить примерно такая фантазия:

«Допустим, решили мы на каникулах съездить к бабушке в гости на поезде. И не в курсе того, что как раз в это время вдруг, ни с того ни с сего, пропала сила трения. Проснулись, встаем с кровати и падаем, так как силы трения между полом и ногами нет.

Начинаем обуваться, и не можем завязать шнурки, которые не держатся из-за отсутствия силы трения. С лестницей вообще туго, лифт не работает – он уже давно лежит в подвале. Пересчитав копчиком абсолютно все ступени и доползя как-то до остановки, обнаруживаем новую беду: ни один автобус не остановился на остановке.

Чудом сели в поезд, думаем, какая красота – тут хорошо, топлива уходит меньше, так как потери на трение сведены к нулю, быстрее доедем. Но вот в чём беда: силы трения между колёсами и рельсами нету, а, значит, и оттолкнуться поезду не от чего! Так что, в общем, как-то и не судьба съездить к бабушке без силы трения.»

Польза и вред силы трения

Конечно же, это фантазия, и она полна лирических упрощений. В жизни все немного по-другому. Но, по сути, несмотря на то, что есть очевидные минусы силы трения, которые создают для нас ряд сложностей в жизни, очевидно, что без существования сил трения, проблем было бы куда как побольше. Так что нужно говорить, как о вреде сил трения, так и о пользе все тех же сил трения.

Примерами полезных сторон сил трения можно назвать то, что мы можем ходить по земле, что наша одежда не разваливается, так как нитки в ткани удерживаются благодаря все тем же силам трения, что насыпав на обледеневшую дорогу песок, мы улучшаем сцепление с дорогой, дабы избежать аварии.

Ну а вредом силы трения является проблема перемещения больших грузов, проблема изнашивания трущихся поверхностей, а также невозможность создания вечного двигателя, так как из-за трения любое движение рано или поздно останавливается, требуя постоянного стороннего воздействия.

Люди научились приспосабливаться и уменьшать, либо увеличивать силы трения, в зависимости от необходимости. Это и колеса, и смазка, и заточка, и многое другое. Примеров масса, и очевидно, что нельзя однозначно сказать: трение – это хорошо или плохо. Но оно есть, и наша задача – научиться использовать его на пользу человека.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Связь между силой тяжести и массой тела: динамометр.
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspТрение в природе, быту и технике: еще больше ПРИМЕРОВ

Силы трения, все виды (покоя, скольжения, качения)

Силы трения всегда направлены вдоль соприкасающихся поверхностей противоположно движению тела. При изменении направления скорости изменяется направление сил трения.

Силы трения, как и силы упругости, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.

Силы трения отличаются от гравитационных сил и сил упругости тем, что эти силы зависят не только от конфигурации тел, т. е. от их взаимного расположения, но также еще от относительных скоростей взаимодействующих тел.

Виды трения

Если силы трения действуют между различными соприкасающимися телами (например, между телом и плоскостью, по которой оно движется или находится в покое), то такое трение называется внешним. Чисто внешнее трение является сухим трением, оно возникает в том случае, если между телами отсутствует слой смазки.

Силы сухого трения существенно зависят от степени обработки соприкасаемых поверхностей, их чистоты и относительной скорости. Силы сухого трения возникают не только при скольжении одного тела по поверхности другого, но и при попытке вызвать такое скольжение. Сила трения, которая существует между телами, которые соприкасаются, но не движутся под действием приложенной силы, носит название силы трения покоя.

В общем случае выделяют три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Экспериментально установлено, что сила трения не зависит от площади поверхности, вдоль которой тела соприкасаются, и пропорциональна силе нормального давления, с которой одно тело действует на другое:

   

Постоянная называется коэффициентом трения и зависит от природы и состояния трущихся поверхностей.

В некоторых ситуациях трение является полезным. Например, при отсутствии трения невозможными были бы ходьба человека по земле, движение автотранспортных средств. Однако, в некоторых случаях трение вредно. Оно приводит к износу трущихся деталей механизмов, дополнительному расходу горючего на транспорте. В подобных случаях с трением борются путем применения различных смазок (так называемых жидкостных или воздушных подушек) или замены скольжения качением, поскольку трение качения характеризуется значительно меньшими силами по сравнению с трением скольжения.

Примеры решения задач

Статическое и кинетическое трение

Статическое и кинетическое трение

Статическое и кинетическое трение

Трение — ключевая концепция, когда вы пытаетесь разбираться в автомобильных авариях. Сила трения — это сила, сопротивляющаяся движению когда два объекта соприкасаются. Если вы посмотрите на поверхности всех предметов, есть крошечные шишки и гребни. Эти микроскопические пики и впадины улавливают один в другой, когда два объекта движутся мимо друг друга.

Это объяснение немного упрощено.Существуют и другие процессы, в том числе химическая связь и электрическая связь. взаимодействия.

Уровень трения различных материалов Экспонат измеряется коэффициентом трения. Формула µ = f / N, где µ — коэффициент трения, f — величина силы сопротивляется движению, а N — нормальная сила. Нормальная сила — это сила при какая одна поверхность проталкивается в другую. Если камень весом 50 ньютонов лежит на земле, тогда нормальная сила равна 50 ньютонам силы.В чем больше µ, тем больше сила сопротивляется движению, если два объекта скользят мимо друг друга.

Есть две формы трения, кинетическая. и статический. Если вы попытаетесь сдвинуть два объекта друг за друга, небольшое количество силы не приведет к движению. Сила трения больше, чем приложенная сила. Это статическое трение. Если приложить немного больше силы, объект «вырывается на свободу» и скользит, хотя вам все равно нужно нанести сила, чтобы объект скользил.Это кинетическое трение. Вы не должны приложить столько силы, чтобы удерживать предмет скольжения, сколько вам нужно изначально освобождаются от статического трения.

Некоторые общепринятые значения коэффициентов кинетической и статическое трение:

Поверхности

µ (статика)

µ (кинетическая)

Сталь на стали

0.74

0,57

Стекло на стекле

0,94

0,40

Металл по металлу (со смазкой)

0,15

0,06

Лед на льду

0.10

0,03

Тефлон на тефлоне

0,04

0,04

Шина по бетону

1,00

0,80

Шина на мокрой дороге

0.60

0,40

Шина на снегу

0,30

0,20

Эти значения являются приблизительными.

Теперь, наконец, как все это относятся к автомобилям?

В некоторых местах, особенно на Аляске в зимой, вы должны постоянно держать в уме трение, когда едете, чтобы чтобы избежать аварии.2)
V = начальная скорость транспортного средства (м / сек)
µ = коэффициент трения между шинами и проезжей частью

Обратите внимание, что начальная скорость возведена в квадрат; это означает, что если вы путешествуете вдвое быстрее, ваш тормозной путь возводится в квадрат, не удвоился. Вот почему правило двух секунд («двигайтесь со скоростью, чтобы две секунды проходят между моментом, когда машина перед вами проезжает ориентир и момент проезда того же ориентира ») не действует для высоких скоростей; ваш тормозной путь увеличивается экспоненциально по мере того, как вы едете быстрее.

Чем выше коэффициент трения, тем меньше уменьшается ваш тормозной путь. Поэтому лучше, чтобы ваша шина использовала статический трение, а не кинетическое трение. Если шина катится так, что поверхность, касающаяся земли, никогда не скользит, тогда действует статическое трение чтобы замедлить машину. Если колеса заблокированы и скользят, то кинетическое трение действует, чтобы замедлить машину. Чтобы использовать статическое трение, когда вам нужно Чтобы быстро остановиться, есть несколько вариантов.Вы можете попытаться применить достаточно тормоз, чтобы оставаться в статическом диапазоне трения и не слишком сильно, чтобы заблокировать шины. Это лучший вариант с точки зрения максимально быстрой остановки, но он может быть трудно быть настолько точным с тормозом. Это может быть особенно сложно если вы собираетесь ударить лося. Другой вариант — прокачка тормоза, которая имеет эффект чередования использования кинетического и статического трения в качестве блокировка и разблокировка колес. Это не так эффективно, но проще сделать в чрезвычайная ситуация.Последний вариант — поручить вашему автомобилю позаботиться о торможении в течение вы, с помощью антиблокировочной системы тормозов или более сложных средств компьютерного управления. Антиблокировочная система тормозов делает то же самое, что и вы; прокачать тормоза. Лучшее решение это, конечно, медленнее ехать.

Путешествие по кривой заставляет вас испытать немного другой набор сил, так как вы должны иметь дело с тенденцией к машина хочет ехать прямо. Это объясняется 1-м законом Ньютона: объект не изменит скорость без силы, действующей на него.В этом случае, вы заставляете машину изменять поперечную скорость и двигаться в сторону, применяя сила трения от шин. Если у шин нет коэффициента трения достаточно большой, чтобы обеспечить силу, необходимую для бокового движения автомобиля, тогда вы скользить прямо вперед и съехать с дороги.

Обычно шины должны сохранять статическое трение для того, чтобы повернуть машину. Это ограничивает максимальную скорость до которые не скользят по шинам. Уравнение, моделирующее эту ситуацию:

Vmax = квадратный корень из ( µ (статический) г г)

Где:
Vmax = максимальная скорость
g = ускорение свободного падения (9.2 * 10,0 м) = 5,4 м / сек, что составляет около 12,1 миль в час.

назад

Статическое и кинетическое трение — GeeksforGeeks

Трение — это сила, препятствующая относительному движению, и она возникает на границе раздела между телами, но также и внутри тел, как в случае жидкостей. Понятие коэффициента трения впервые было сформулировано Леонардо да Винчи. Величина коэффициента трения определяется свойствами поверхностей, окружающей среды, особенностями поверхности, наличием смазки и т. Д.

Законы трения

Существует пять законов трения:

• Трение движущегося объекта пропорционально и перпендикулярно нормальной силе.

• Трение, испытываемое объектом, зависит от характера поверхности, с которой он контактирует.

• Трение не зависит от области контакта, пока существует область контакта.


• Кинетическое трение не зависит от скорости.

• Коэффициент трения покоя больше, чем коэффициент кинетического трения.

Когда мы видим любой объект, мы можем видеть гладкую поверхность, но когда тот же объект рассматривается под микроскопом, можно видеть, что даже гладкий объект имеет неровные края. Крошечные холмы и бороздки можно увидеть в микроскоп, и они известны как неровности поверхности. Таким образом, когда один объект перемещается по другому, эти неровности на поверхности запутываются, вызывая трение. Чем больше шероховатость, тем больше неровностей и больше будет приложенное усилие.

Статическое трение

Существует несколько теорий относительно причин статического трения, и, как и большинство концепций, связанных с трением, каждая из них оказывается верной при одних условиях, но не работает при других обстоятельствах. Для реальных приложений (особенно связанных с промышленным оборудованием и движением). Две наиболее широко распространенные теории статического трения связаны с микроскопической шероховатостью поверхностей.

Независимо от того, насколько «идеально» поверхность обработана, обработана и очищена, на ней неизбежно будут неровности — по сути, «шероховатости», состоящие из пиков и впадин, как на горном хребте.(Технически «пики» — это неровности.) Когда две поверхности соприкасаются, может показаться, что у них есть большая, четко определенная область контакта, но на самом деле контакт происходит только в определенных местах, то есть там, где мешают неровности обеих поверхностей.

Сумма этих небольших площадей контакта между неровностями называется «реальной» или «эффективной» площадью контакта. Поскольку эти отдельные области контакта очень малы, давление (давление = сила ÷ площадь) между поверхностями в этих точках очень велико.Это экстремальное давление обеспечивает адгезию между поверхностями посредством процесса, известного как холодная сварка, который происходит на молекулярном уровне. Прежде чем поверхности смогут двигаться относительно друг друга, связи, вызывающие это сцепление, должны быть разорваны.

Кроме того, шероховатость поверхностей означает, что в некоторых местах неровности одной поверхности переходят в углубления другой поверхности — другими словами, поверхности будут сцепляться.


Эти взаимосвязанные области должны быть сломаны или пластически деформированы, прежде чем поверхности смогут двигаться.Другими словами, должно произойти истирание. Таким образом, в большинстве случаев статическое трение вызывается как адгезией, так и истиранием контактирующих поверхностей.

Законы статического трения

Есть два закона статического трения:

  1. Первый закон: Максимальная сила статического трения не зависит от площади контакта.
  2. Второй закон: Максимальная сила статического трения сравнима с нормальной силой, то есть, если нормальная сила увеличивается, максимальная внешняя сила, которую объект может выдержать без движения, также увеличивается.

Вывод формулы статического трения

Рассмотрим блок массой mg, лежащий на горизонтальной поверхности, как показано на рисунке. Когда тело прижимается к поверхности, поверхность деформируется, даже если кажется жесткой. Деформированная поверхность толкает тело с нормальной силой R, перпендикулярной поверхности. Это называется нормальной силой реакции. Он уравновешивает мг, что составляет

R = мг

Теперь давайте рассмотрим, что сила P приложена к блоку.Очевидно, что тело остается в покое, потому что в горизонтальном направлении действует некоторая другая сила F, которая противодействует приложенной силе P, что приводит к нулевой результирующей силе на теле. Эта сила F, действующая вдоль поверхности тела, контактирующей с поверхностью стола, называется силой трения.

Итак, пока тело не движется F = P. Это означает, что если мы увеличиваем P, трение F также увеличивается, всегда оставаясь равным P.

Эта сила трения, которая действует до начала фактического движения, называется статическим трением.

Коэффициент статического трения

Статическое трение — это трение, которое возникает, когда объект помещается на поверхность. Кинетическое трение возникает из-за движения объекта по поверхности. Трение хорошо характеризуется коэффициентом трения и объясняется как отношение силы трения к нормальной силе. Это помогает объекту лечь на поверхность. Коэффициент статического трения является скалярной величиной и обозначается как μ s .

Формула для коэффициента трения покоя выражается как



Где

μ с = коэффициент трения покоя

F = сила трения покоя

Н = нормальная сила

Кинетическое трение

Кинетическое трение определяется как сила, действующая между движущимися поверхностями.Тело, движущееся по поверхности, испытывает силу, противоположную его движению. Величина силы будет зависеть от коэффициента кинетического трения между двумя материалами.

Трение легко определить как силу, сдерживающую скользящий объект. Кинетическое трение является частью всего и препятствует движению двух или более объектов. Сила действует в направлении, противоположном тому, как объект хочет скользить.

Если автомобиль должен остановиться, мы включаем тормоза, и именно здесь вступает в игру трение.Когда во время ходьбы хочется внезапно остановиться, трение снова должно поблагодарить. Но когда нам нужно остановиться посреди лужи, все становится сложнее, потому что трение меньше и не может так сильно помочь.


Преодоление статического трения между двумя поверхностями по существу устраняет как молекулярные препятствия (холодная сварка между неровностями), так и, в некоторой степени, механические препятствия (мешающие неровности и впадины поверхностей) движению.После начала движения некоторое истирание продолжает происходить, но на гораздо более низком уровне, чем при статическом трении, а относительная скорость между поверхностями обеспечивает недостаточное время для дополнительной холодной сварки (за исключением случая чрезвычайно низкой скорости).

Поскольку большая часть адгезии и истирания преодолевается, чтобы вызвать движение, сопротивление движению между поверхностями снижается, и теперь поверхности движутся под действием кинетического трения, которое намного ниже, чем трение покоя.

Законы кинетического трения

Существует четыре закона кинетического трения:

  1. Первый закон: Сила кинетического трения (F k ) прямо пропорциональна нормальной реакции (Н) между двумя контактирующими поверхностями. . Где, μ k = константа, называемая коэффициентом кинетического трения.
  2. Второй закон: Сила кинетического трения не зависит от формы и видимой площади соприкасающихся поверхностей.
  3. Третий закон: Зависит от природы и материала контактирующей поверхности.
  4. Четвертый закон: Он не зависит от скорости соприкасающегося объекта при условии, что относительная скорость между объектом и поверхностью не слишком велика.

Формула кинетического трения

Коэффициент кинетического трения обозначается греческой буквой «мю» ( μ ) с нижним индексом «k». Сила кинетического трения в μ k раз больше нормальной силы, действующей на тело.Выражается в Ньютонах (Н).

Уравнение кинетического трения можно записать как:

Сила кинетического трения = (коэффициент кинетического трения) (нормальная сила)

F k = μ k η

Где,

F k = сила кинетического трения


μ k коэффициент кинетического трения

η = нормальная сила (греческая буква «эта»)

Вывод кинетической формулы Трение

Рассмотрим блок массой мг , лежащий на горизонтальной поверхности, как показано на рисунке.Когда тело прижимается к поверхности, поверхность деформируется, даже если кажется жесткой. Деформированная поверхность толкает тело с нормальной силой R , перпендикулярной поверхности. Это называется нормальной силой реакции. Он уравновешивает мг, то есть R = мг.

Теперь давайте рассмотрим, что сила P приложена к блоку, как показано. Очевидно, что тело остается в состоянии покоя, потому что некоторая другая сила F вступает в игру в горизонтальном направлении и противодействует приложенной силе P , что приводит к нулевой результирующей силе на теле.Эта сила F, действующая вдоль поверхности тела, контактирующей с поверхностью стола, называется силой трения .

Пока тело не двигается F = P . Это означает, что если мы увеличиваем P, трение F также увеличивается, всегда оставаясь равным P.

Когда мы немного увеличиваем прилагаемую силу сверх предельного трения, начинается фактическое движение. Это не значит, что трение исчезло. Это означает лишь то, что сила преодолела предельное трение.Эта сила трения на этом этапе известна как кинетическое трение или динамическое трение.

Кинетическое трение или динамическое трение — это противодействующая сила, которая вступает в игру, когда одно тело фактически движется по поверхности другого тела.

Применение статического и кинетического трения

Применение статического трения

Ниже приведены некоторые реальные примеры статического трения:

  • Бумага на столе
  • Полотенце, висящее на вешалке
  • Закладка в книге
  • Автомобиль, припаркованный на холме

Применение кинетического трения

Ниже приведены некоторые примеры кинетического трения из реальной жизни.

  • Трение также играет огромную роль в повседневных ситуациях, например, когда происходит трение двух предметов. Возникающее движение преобразуется в тепло, что в некоторых случаях приводит к пожару.
  • Оно также отвечает за износ, поэтому нам необходимо масло для смазки деталей машин, так как оно снижает трение.
  • Когда два предмета трутся друг о друга, сила трения преобразуется в тепловую энергию, в некоторых случаях вызывая возгорание
  • Кинетическое трение является причиной износа деталей машины, поэтому важно смазывать машину детали с маслом.

Разница между статическим и кинетическим трением

Статическое трение Кинетическое трение
Статическое трение — это трение между двумя или более объектами, которые не движутся относительно друг друга Кинетический трение — это трение между двумя или более объектами, которые движутся относительно друг друга.
Величина статического трения больше из-за большего значения его коэффициента. Величина кинетического трения сравнительно меньше из-за низкого значения его коэффициента.

Уравнение, представляющее статическое трение, задается как

F s = μ s η

Уравнение, представляющее кинетическое трение, определяется как

F k = μ k η

Примеры задач, основанных на статическом и кинетическом трении

Вопрос 1: Человек толкает большой картон массой 75.Коробка 0 кг поперек пола.

Решение:

Коэффициент кинетического трения μ k = 0,520

Рабочий прикладывает вперед силу 400,0 Н.

Какова величина силы трения?


Ответ: На плоской поверхности нормальную силу объекта можно определить по формуле

η = mg

Подставив значение η в уравнение F k = μ k η , получаем

F k = (0.520) (75,0 кг) (9,80 м / с 2 ) = 382,2 Н

Вопрос 2: В приведенном выше вопросе рассчитайте чистую силу, перемещающую коробку?

Решение:

Чистая сила, действующая на тело, представляет собой сумму всех сил, действующих на тело.

В этом случае силы, действующие на тело, — это сила, действующая со стороны человека, и кинетическое трение, действующее в противоположном направлении.

Если поступательное движение считается положительным, то чистая сила рассчитывается следующим образом:

F net = F рабочий — F k

Подставляя значения в приведенное выше уравнение, мы получаем

F. нетто = 400 Н — 382.2 N = 17,8 N

Вопрос 3: Почему при качении возникает трение?

Ответ:

Теоретически мяч точечно контактирует с поверхностью.

Но на самом деле мяч (и / или поверхность) деформируется из-за нагрузки, и площадь контакта становится эллиптической.

Теоретически поверхности качения, такие как поверхности большинства подшипников вращения и линейного перемещения (кроме подшипников скольжения), не должны испытывать сил трения.

Но в реальных приложениях трение на поверхностях качения вызывают три фактора:

1.Микроскальзывание между поверхностями (поверхности скользят относительно друг друга)

2. Неупругие свойства (т.е. деформация) материалов

3. Шероховатость поверхностей

Вопрос 4: Объект массой 10 кг кладется на гладкую поверхность. Статическое трение между этими двумя поверхностями равно 15 Н. Найти коэффициент статического трения?

Решение:

Учитывая

m = 10 кг

F = 30 Н

μ с =?

Мы знаем, что,

Нормальная сила, N = мг

Итак, N = 10 × 9.81 = 98,1 Н

Формула для коэффициента статического трения:

μ с = F / N

μ с = 30 / 98,1

μ с = 0,305

Вопрос 5: Нормальная сила и сила статического трения объекта составляют 50 Н и 80 Н соответственно. Найти коэффициент трения покоя?

Решение:

Учитывая

N = 50 Н

F = 80 Н и μ с =?

Формула для коэффициента статического трения:

μ с = F / N

μ с = 80/50

μ с = 1.6

Вопрос 6. Какая связь между статическим и кинетическим трением?

Ответ:

Сила статического трения удерживает неподвижный объект в покое. Как только сила статического трения преодолевается, именно сила кинетического трения замедляет движущийся объект.

Вопрос 7: Холодильник весит 1619 Н, а коэффициент статического трения составляет 0,50. Какая наименьшая сила используется для перемещения холодильника?

Решение:

Приведенные данные:

Вес холодильника, W = 1619 Н


W = 1619 Н

Коэффициент трения покоя, μ с = 0.50

Минимальное усилие, необходимое для перемещения холодильника, может быть задано как,

F = μ с Вт

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 Н.

Внимание, читатель! Не прекращайте учиться сейчас. Присоединяйтесь к курсу First-Step-to-DSA для учащихся 9-12 классов , , специально разработанного для ознакомления со структурами данных и алгоритмами учащимся 9-12 классов


Friction

Сопротивление статическому трению будет соответствовать приложенной силе до порога движения.Тогда кинетическое сопротивление трения остается примерно постоянным. Этот график иллюстрирует стандартную модель трения.

Приведенный выше график, хотя и представляет упрощенное представление о трении, довольно хорошо согласуется с результатами простых экспериментов с деревянными блоками на деревянных склонах. Экспериментальная процедура, описанная ниже, приравнивает компонент вектора веса вниз по склону к коэффициенту трения, умноженному на нормальную силу, создаваемую грузом на уклоне.

Проведя этот эксперимент с большим количеством студентов, я могу сообщить, что полученный коэффициент статического трения почти всегда больше, чем коэффициент кинетического трения.Типичные результаты для древесины, которую я использовал, — 0,4 для статического коэффициента и 0,3 для кинетического коэффициента.

Когда для измерения коэффициентов трения используются тщательно стандартизированные поверхности, разница между статическими и кинетическими коэффициентами имеет тенденцию исчезать, указывая на то, что разница может быть связана с неровностями поверхностей, примесями или другими факторами, которые могут быть крайне невоспроизводимыми. Процитируем счетчик просмотров для указанной выше модели трения:
«Многие люди считают, что трение, которое необходимо преодолеть, чтобы что-то запустить (трение покоя), превышает силу, необходимую для поддержания скольжения (трение скольжения), но с сухими металлами очень трудно показать какую-либо разницу.Такое мнение, вероятно, возникает из опыта, когда присутствуют небольшие кусочки масла или смазки, или где блоки, например, поддерживаются пружинами или другими гибкими опорами так, что кажется, что они сцепляются ». Р.П. Фейнман, Р.П. Лейтон и М. Сэндс, Лекции Фейнмана по физике, том I, стр. 12-5, Addison-Wesley, 1964.

Индекс

Концепции трения

Ссылка
Jones & Childers, 2-е изд.
Sec 4.8

Почему статическое трение больше кинетического?

Твердые поверхности подвержены двум типам трения: статическому и кинетическому.Статическое трение действует, когда поверхности неподвижны — представьте коробку на полу. Статическое трение — это то, что удерживает ящик от движения без толчка, и его необходимо преодолеть с помощью достаточной силы сопротивления, прежде чем ящик сдвинется. Кинетическое трение (также называемое динамическим трением) — это сила, которая сопротивляется относительному перемещению поверхностей , когда они находятся в движении .

Статическое трение между двумя поверхностями всегда выше, чем кинетическое трение (по крайней мере, в практических, реальных приложениях).Но почему это? Чтобы выяснить это, давайте посмотрим на причины каждого типа трения.


Статическое трение

Существует несколько теорий относительно причин статического трения, и, как и большинство концепций, связанных с трением, каждая из них оказывается верной при одних условиях, но не работает при других обстоятельствах. Для реальных приложений (особенно связанных с промышленным оборудованием и управлением движением) две наиболее широко распространенные теории статического трения связаны с микроскопической шероховатостью поверхностей.

Статическое трение удерживает коробку от движения до тех пор, пока приложенная сила (F) не превысит силу статического трения (f s ).

Независимо от того, насколько «идеально» поверхность обработана, обработана и очищена, на ней неизбежно будут неровности — по сути, «шероховатости», состоящие из пиков и впадин, как в горном хребте. (Технически «пики» — это неровности.) Когда две поверхности соприкасаются, может показаться, что у них есть большая, четко определенная область контакта, но на самом деле контакт происходит только в определенных местах, то есть там, где мешают неровности обеих поверхностей.Сумма этих небольших площадей контакта между неровностями называется «реальной» или «эффективной» площадью контакта.

Поскольку эти отдельные области контакта очень малы, давление (давление = сила ÷ площадь) между поверхностями в этих точках очень велико. Это экстремальное давление обеспечивает адгезию между поверхностями посредством процесса, известного как холодная сварка, который происходит на молекулярном уровне. Прежде чем поверхности смогут двигаться относительно друг друга, связи, вызывающие это сцепление, должны быть разорваны.

Поскольку поверхности микроскопически шероховатые, с неровностями и впадинами, реальная площадь контакта между ними намного меньше видимой площади контакта.

Кроме того, шероховатость поверхностей означает, что в некоторых местах неровности одной поверхности переходят в углубления другой поверхности — другими словами, поверхности будут сцепляться. Эти взаимосвязанные области должны быть разрушены или пластически деформированы, прежде чем поверхности смогут двигаться. Другими словами, должно произойти истирание.

Итак, в большинстве случаев статическое трение вызывается как адгезией, так и истиранием контактирующих поверхностей.


Кинетическое трение

Преодоление статического трения между двумя поверхностями по существу устраняет как молекулярные препятствия (холодная сварка между неровностями), так и, в некоторой степени, механические препятствия (интерференция между неровностями и впадинами поверхностей) движению. После начала движения некоторое истирание продолжает происходить, но на гораздо более низком уровне, чем при статическом трении.А относительная скорость между поверхностями обеспечивает недостаточное время для дополнительной холодной сварки (за исключением случая очень низкой скорости).

Как только статическое трение будет преодолено, коробка переместится. Теперь движение встречного трения намного меньше и называется кинетическим трением (F k ).

Поскольку большая часть адгезии и истирания преодолевается, чтобы вызвать движение, сопротивление движению между поверхностями снижается, и теперь поверхности движутся под действием кинетического трения, которое намного ниже, чем трение покоя.


Допущения относительно трения

Трение — это невероятно сложная сила, которая по-разному проявляется в разных условиях, что затрудняет выражение в терминах физических законов и математических уравнений. Однако есть три предположения относительно трения, которые применимы в большинстве реальных ситуаций:

  1. Сила трения пропорциональна нормальной силе.
  2. Сила трения не зависит от видимой области контакта.
  3. Сила трения не зависит от относительной скорости.

Вы могли заметить, что предположение № 2 (трение не зависит от площади контакта), кажется, противоречит представленной ранее идее о том, что, поскольку точки контакта между неровностями очень малы, давление между поверхностями велико и адгезия (посредством холодной сварки ), что увеличивает трение. Но обратите внимание, что предположение № 2 определяет «видимую» область контакта.

Используя пример коробки сверху: Предположим, вы перемещаете содержимое коробки в другую коробку с большей площадью основания.Масса (и, следовательно, нормальная сила) не изменилась, но видимая площадь контакта увеличилась. Несмотря на большую видимую площадь контакта, сила трения остается той же, что и прогнозируется в предположении №2.


Почему при качении возникает трение?
Теоретически мяч имеет точечный контакт с поверхностью. Но на самом деле мяч (и / или поверхность) деформируется из-за нагрузки, и площадь контакта становится эллиптической.
Изображение предоставлено: SKF

Обратите внимание, что приведенное выше обсуждение относится к несмазываемым поверхностям скольжения.Теоретически поверхности качения, такие как те, которые встречаются в большинстве подшипников вращения и линейного перемещения (кроме подшипников скольжения), не должны испытывать сил трения. Но в реальных приложениях трение на поверхностях качения вызывают три фактора:

  1. Микроскальзывание между поверхностями (поверхности скользят относительно друг друга)
  2. Неупругие свойства (т.е. деформация) материалов
  3. Шероховатость поверхностей

Статическое и кинетическое трение — в чем именно разница?

При установке или обслуживании конвейерной ленты часто возникают проблемы из-за трения.Предлагаем вам напомнить о разнице между статическим и кинетическим трением и о влиянии, которое они оказывают на правильную работу ремня.

Разница между прилипанием и скольжением

Трение между двумя телами никогда не бывает одинаковым в состоянии покоя и при движении. Сила, необходимая для начала скольжения тела, превышает силу, необходимую для его скольжения. В результате мы различаем статическое трение и кинетическое трение (также называемое трением скольжения).

Статическое трение

Статическое трение возникает, когда два тела не движутся относительно друг друга (например, конвейерная лента на поверхности ведущего шкива).

Коэффициент статического трения обычно обозначается как µ s (иногда просто µ или µ o или µ A ):

мкс = статическое трение [-]

FF = фрикционный [Н]

FN = нормальная сила [Н]

Кинетическое трение

Кинетическое трение возникает, когда два тела движутся относительно друг друга (как конвейерная лента на станине ползуна).Объект начинает движение, если сила тяги (FA) больше силы трения (FF).

Коэффициент кинетического трения обычно обозначается как μ k (иногда ):

μ k = кинетическое трение [-]

FA = тяговое усилие [Н]

FN = нормальная сила [Н]

Попробуйте этот эксперимент

Медленно потяните объект, используя пружинную шкалу, и определите силу тяги (FA):

Сила тяги сначала увеличится без движения объекта.Внезапно объект начнет двигаться, и сила тяги уменьшится.

  • Максимальная сила тяги незадолго до начала движения объекта представляет собой статическое трение ( µ s ).
  • Среднее значение тягового усилия при движении объекта представляет кинетическое трение ( μ k ).

Почему статическое трение важно для передачи энергии

Статическое трение играет решающую роль в неположительных приводах.Этот вид трансмиссии имеет место в двух- и многоступенчатых приводах с плоскими ремнями, клиновыми ремнями и поликлиновыми ремнями, а также на ведущем шкиве ленточных конвейеров и приводных роликовых конвейерах.

Коэффициент статического трения необходим для формулы Эйлера-Эйтельвейна.

Коэффициент трения очень чувствителен, с ним связана большая неопределенность, чем со всеми другими факторами, влияющими на способность ремня передавать мощность. Иногда его можно сильно уменьшить из-за едва заметных внешних воздействий, таких как грязь или масляный туман.Это может привести к тому, что ремень полностью проскальзывает на шкивах, так что он больше не передает требуемую мощность. В таких случаях необходимо очистить и ремень, и шкивы.

Ремень будет иметь совершенно разные коэффициенты трения относительно одного и того же шкива в зависимости от того, гладкая ли поверхность ремня, как зеркало, или текстурированная, как ткань. Зеркальная поверхность будет намного больше прилипать к шкиву, но практически потеряет всю адгезию, как только влага или пыль попадут между ней и шкивом.Текстура, напоминающая ткань, немного меньше прилипает, но также гораздо меньше подвержена влиянию влажности и пыли.

То же требование, а именно, что поверхность не должна быть ни слишком гладкой, ни слишком шероховатой, распространяется и на шкивы. Вот почему Habasit указывает шероховатость поверхности шкива для шкивов трансмиссии (макс .: CLA = 1,6 ㎛ или Ra = AA 63 мкдюймов).

Очень часто поверхность ведущего шкива в установках с конвейерной лентой покрывается клеящим материалом (например, резиной), чтобы увеличить коэффициент статического трения между шкивом и лентой, тем самым увеличивая грузоподъемность конвейера или уменьшая нагрузка на вал.

Значение кинетического трения в конвейерных установках

Кинетическое трение имеет решающее значение для достижения силы, необходимой для протягивания конвейерной ленты по станине ползуна. Поэтому коэффициент кинетического трения незаменим при расчете конвейерных лент, движущихся по кареткам.

Масло или липкие вещества, а иногда и просто вода между конвейерной лентой и слоем ползуна могут вызывать сцепление ленты (иногда называемое эффектом всасывания), таким образом увеличивая трение и, как следствие, потребление энергии.В худшем случае это может полностью остановить конвейерную ленту.

Хотите узнать больше по этой теме, или у вас есть вопросы о наших конвейерных лентах или ремнях силовой передачи? Пожалуйста свяжитесь с нами. Вы также можете найти множество других статей о наших продуктах и ​​решениях в блоге Habasit Expert.

Возможно, вас также заинтересует:

Рене Гревенгоэд (René Grevengoed) — инженер по приложениям, работает в Habasit в Нидерландах с 1996 года.Он говорит на нидерландском языке, а также свободно говорит по-английски. Grevengoed специализируется на общей транспортировке, включая тканевые конвейеры и приводные ремни. Его опыт применим в нескольких отраслях промышленности, включая пищевую, погрузочно-разгрузочную, а также в полиграфии и бумажной промышленности. Опыт Гревенгоэда начался с мастерских и оборудования на месте, где он смог приобрести необходимые специальные навыки, чтобы продвинуться туда, где он находится сегодня.

Статическое и кинетическое трение — Vernier

Видео: Статическое и кинетическое трение

Введение

Если вы попытаетесь сдвинуть тяжелый ящик, лежащий на полу, вам может быть трудно сдвинуть ящик с места. Статическое трение — это сила, которая противодействует вашей силе, действующей на коробку. Если вы примените легкий горизонтальный толчок, который не перемещает коробку, сила статического трения также мала и прямо противоположна вашему толчку. Если вы нажимаете сильнее, сила трения увеличивается в соответствии с величиной вашего толчка. Существует ограничение на величину статического трения, поэтому в конечном итоге вы сможете приложить силу, превышающую максимальную статическую силу, и ящик будет двигаться. Максимальная сила статического трения иногда обозначается как , пусковое трение .Мы моделируем статическое трение, F static , с неравенством F static ≤ µ s N , где µ s — коэффициент статического трения, а N — нормальная сила . оказываемое поверхностью на объект. Нормальная сила определяется как перпендикулярная составляющая силы, действующей на поверхность. В этом случае нормальная сила равна весу объекта.

Как только ящик начнет скользить, вы должны продолжать прилагать силу, чтобы удерживать объект в движении, иначе трение замедлит его до остановки.Трение, действующее на коробку во время ее движения, называется кинетическим трением . Чтобы ящик двигался с постоянной скоростью, необходимо приложить силу, эквивалентную силе кинетического трения. Кинетическое трение иногда называют трением скольжения . Как статическое, так и кинетическое трение зависят от поверхностей коробки и пола, а также от того, насколько сильно коробка и пол прижимаются друг к другу. Мы моделируем кинетическое трение с помощью F kinetic = µ k N , где µ k — коэффициент кинетического трения.

В этом эксперименте вы будете использовать двухдиапазонный датчик силы для изучения статического и кинетического трения на деревянном блоке. Детектор движения также будет использоваться для анализа кинетического трения, действующего на скользящий блок.

Объективы

  • Используйте двухдиапазонный датчик силы для измерения силы статического и кинетического трения.
  • Определите взаимосвязь между силой статического трения и весом объекта.
  • Измерьте коэффициенты статического и кинетического трения для конкретного блока и гусеницы.
  • Используйте детектор движения, чтобы независимо измерить коэффициент кинетического трения и сравнить его с ранее измеренным значением.
  • Определите, зависит ли коэффициент кинетического трения от веса.

Датчики и оборудование

В этом эксперименте используются следующие датчики и оборудование. Может потребоваться дополнительное оборудование.

Разница между статическим и кинетическим трением (со сравнительной таблицей)

Статическое и кинетическое — это две категории, по которым классифицируется трение.Существенная разница между статическим и динамическим трением состоит в том, что статическое трение — это сила трения, действующая на покоящееся тело. В отличие от кинетического трения — это сила трения, действующая на тело, находящееся в относительном движении.

Таким образом, мы можем сказать, что эти два типа трения в основном различаются в зависимости от того, действует ли сила трения на тело в состоянии покоя или в движении.

Что такое трение?

Сопротивление, испытываемое объектом при инициировании движения или во время движения относительно поверхности, известно как трение.В отличие от гравитации или электромагнетизма сила трения не имеет фундаментального характера. Он действует противоположно направлению, в котором объект или тело пытается двигаться или двигаться.

Содержание: статическое трение и кинетическое трение

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Статическое трение Кинетическое трение
Базовый Он связан с телом в состоянии покоя. Связано с движением объекта.
Магнитуда Больше Сравнительно меньше
Обозначается как F s F k
Выражение μ s F N μ k F N
Величина силы Зависимая Независимая
Природа Это противостояние началу движения. Это противодействие движению тела.
Значение Может быть нулевым. Никогда не может быть нулем.
Поведение Показывает линейное увеличение до максимального значения. Обладает неизменным характером и остается неизменным.
Когда действует При отсутствии относительного движения. При наличии относительного движения.
Пример Ручка на столе. Перемещение ручки по столешнице.

Определение статического трения

Сила трения, заставляющая покоящиеся тела находиться в состоянии покоя, известна как трение покоя. Проще говоря, из-за статического трения тела остаются в покое. В основном он действует между двумя покоящимися поверхностями.

Величина силы статического трения может быть равна нулю и может находиться в диапазоне от 0 до минимального значения силы, которая может вызвать движение. Из-за статического трения тело испытывает сопротивление, и это не позволяет телу опускаться на уклонах.

Статическое трение рассматривается как свойство поверхности с неровностями, препятствующими движению объекта. Чтобы преодолеть это статическое трение, требуется внешняя сила, которая может перемещать объект по поверхности. Выражение для максимальной силы, необходимой для преодоления статического трения, является произведением коэффициента статического трения ( μ s ) и нормальной силы . Таким образом, задается как:

F с = μ с F N

Определение кинетического трения

Сопротивление движению тела по поверхности известно как кинетическое трение.Мы знаем, что как только тело преодолевает статическое трение, оно начинает двигаться, поэтому сила трения, действующая между движущимися поверхностями, является кинетическим трением. Иногда его называют , динамическое трение .

Величина кинетического трения никогда не может быть равна нулю, поскольку для остановки движущегося тела обязательно требуется некоторая сила. Эта сила действует в направлении, противоположном движению объекта.

Коэффициент кинетического трения обозначается как μ k и зависит от обеих поверхностей, контактирующих с ним.Здесь следует отметить, что μ k обычно меньше, чем μ s для тех же материалов. Выражение для максимальной силы, необходимой для преодоления кинетического трения, является произведением коэффициента кинетического трения и нормальной силы . Таким образом, задается как:

F k = μ k F N

Ключевые различия между статическим и динамическим трением

  1. Ключевым фактором различия между статическим и кинетическим трением является то, что статическое трение действует на тело, которое находится в состоянии покоя .Напротив, кинетическое трение действует, когда существует относительное движение двух поверхностей. Мы можем сделать это более ясным, понимая, что объект, когда он неподвижен, не скользит автоматически по поверхности, поэтому сила трения, которая поддерживает устойчивость объекта, является статическим трением. В то время как всякий раз, когда происходит движение объекта по поверхности, поверхность также прикладывает к нему некоторую силу трения, чтобы замедлить движение, эта сила трения является кинетическим трением.
  2. Статическое трение показывает линейный подъем до максимального значения при приложении некоторой внешней силы.В то время как кинетическое трение имеет неизменный характер и остается постоянным независимо от приложенной силы.
  3. Величина коэффициента трения покоя сравнительно больше, чем у кинетического трения. Таким образом, сила трения, которая требуется для поддержания устойчивости объекта, очевидно, больше, чем сила трения, которая препятствует движению объекта.
  4. Статическое трение зависит от величины приложенной силы, в то время как кинетическое трение не зависит от величины приложенной силы.
  5. Статическое трение соответствует противодействию началу движения, тогда как кинетическое трение — это противодействие тому, что уже находится в движении.
  6. Значение статического трения может быть ноль , но значение кинетического трения никогда не может быть нулевым.
  7. Различные примеры статического трения: ручка, помещенная на стол, стул на полу, неподвижное транспортное средство на дороге и т. Д. Однако некоторые примеры кинетического трения — это скольжение коробки по полу, движение едет по дороге, пишет что-нибудь на доске мелом.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *