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 покоя – сила, 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 скольжения – это 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.

Силы трения покоя и скольжения. Коэффициент трения скольжения — Мегаобучалка

Силы, мешающие движению, знакомы человеку с глубокой древ­ности. Каждому известно, как трудно передвигать тяжелые пред­меты. Это связано с тем, что поверхность твердого тела не является

идеально гладкой и содержит множество зазубрин (они имеют различные размеры, которые уменьшаются при шлифовке). При соприкосновении поверхностей двух тел происходит сцепление зазубрин. Пусть к одному из тел приложена небольшая сила (F), направленная по касательной к соприкасающимся поверхностям. 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 ее и тело ос­танется в покое.

Сила трения покоя — сила, возникающая на границе сопри­касающихся тел при отсутствии их относительного движения.

Сила трения покоя направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел (рис. 6.3) в сторону, противоположную си­ле F, и равна ей по величине: F = -F.

Г тр

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

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

Вектор силы трения скольжения направлен противоположно

вектору скорости движения тела относительно поверхности, по ко­торой оно скользит.

 

Тело, скользящее по твердой поверхности, прижимается к ней какой-либо внешней силой Р (например, силой тяжести), направ­ленной по нормали. В результате этого поверхность прогибает­ся и появляется сила упругости N (сила нормального давления или реакция опоры), которая компенсирует прижимающую силу P(N = -Р). Чем больше сила N, тем глубже сцепление зазубрин и тем-труднее их сломать. Опыт показывает, что модуль силы тре­ния скольжения пропорционален силе нормального давления:

Безразмерный коэффициент [I называется коэффициентом трения скольжения. Он зависит от материалов соприкасающих­ся поверхностей и степени их шлифовки. Например, при передви­жении на лыжах коэффициент трения скольжения зависит от качества смазки (сорт мази, толщина слоя мази, качество разрав­нивания слоя), поверхности лыжни (мягкая, сыпучая, уплотнен­ная, оледенелая, той или иной степени влажности и с тем или иным строением снега в зависимости от температуры и влажности воз­духа и др). Большое количество переменных факторов делает сам коэффициент непостоянным. Если коэффициент трения лежит в пределах 0,045—0,055 скольжение считается хорошим.

Можно считать, что максимальное значение силы трения по­коя равно силе трения, действующей при скольжении:

В табл. 6.1 приведены значения коэффициента трения сколь­жения для различных соприкасающихся тел.

Таблица 6.1

Сила трения качения

Этот вид трения проявляется при качении и связан не с дефор­мацией зазубрин, а с деформацией дороги (прогиб) и самого коле­са (небольшое сплющивание), рис. 6.5.

При качении по мягкому покрытию колесо вдавливается в опо­ру, образуя ямку, через край которой ему все время приходится перекатываться, рис. 6.5, а. Французский физик Ш. Кулон на ос­нове опытов нашел, что сила трения качения (F

Ka₄) пропорциональ­на силе нормального давления N и обратно пропорциональна ра­диусу г колеса:

Из формулы видно, что коэффициент трения качения зависит от радиуса колеса и выражается в единицах длины (м или см). Значения коэффициента трения качения для некоторых веществ приведены в табл. 6.2.

При движении по твердому покрытию сила трения качения свя­зана с деформацией самого колеса. С этой силой особенно прихо­дится считаться в вело- и мотоспорте. Ее величина определяется по формуле:

где N — сила нормального давления; Ь — расстояние между тео­ретической точкой опоры шины и фактической первой точкой встречи шины с поверхностью, по которой проходит перемещение, рис. 6.5, б.

Сила трения качения много меньше силы трения скольжения, поэтому колесо широко используется в различных видах транс­порта.

Трение скольжения при покое

При попытке сдвинуть одно тело по поверхности другого в плоскости соприкосновения тел возникает сила трения (или сила сцепления), которая может принимать любые значения от нуля до величины F_пp, называемой предельной силой трения.

Экспериментально коэффициент трения можно найти с по­мощью прибора (рис. 5.1). Горизонтальная плита

АВ и прямо­угольный брус С изготавливаются из мате­риалов, для которых определяется коэффициент трения покоя.

На брус С бу­дут действовать сила тяжести Q, уравновешенная нормальной реакцией плиты N, и сдвигающая сила F, кото­рая при

Рис. 5.1.Определение коэффициента трения скольжения

покое уравновешивается си­лой трения F_т (сила F численно равна весу груза). Меняя грузы, находим нагруз­ку F*, при которой брус трогается с места.

Проделав ряд опытов, можно убедиться, что при изменении силы тяжести Q бруса С величина F* возра­стает пропорционально Q.

Опыты показывают следующее.

1. Величина предельной силы трения F_пp равна произведению коэффициента трения покоя f₀ (статического коэффициента трения) на нормальную реакцию (нормальное давление):

F_пp=f₀N.

Учитывая, что F_пp = F* и N = Q, нахо­дим

Для данных условий опыта значение f₀ – величина постоянная.

Коэффициент трения покоя f₀ (статический коэффициент трения) опре­деляется опытным путем и зависит от материала соприкасающихся тел и состояния поверхностей (шероховатости, температуры, влажности, наличия смазки и др.).

2. Величина предельной силы трения F_пp в широких пределах не зависит от размеров соприкасающихся при трении поверхностей.

Объединяя вместе положения А и Б, получаем, что при равновесии сила трения покоя (сила сцепления тела с поверхностью)

F_т≤F_пpилиF_т≤f₀N.

Следовательно, пока тело находится в покое, сила трения F_т равна сдвигающей силе F, а не величине F_пp = f₀N. Сила трения F_т принимает значе­ние F_пp = f₀N только тогда, когда положение равно­весия становится предельным.

Реакции шероховатых связей. Угол трения

Реакция реальной (шерохо­ватой) связи будет слагаться из двух составляющих: из нормальной реакции N и перпендикулярной к ней силы трения F_т.

П

Рис. 5.2. Движение тела по шероховатой поверх-                ности

олная реакция связиR будет отклонена от нормали к поверхности на не­который угол. При изменении силы трения F_т от нуля до F_пp сила R будет меняться от N до R_пp, а ее угол с нормалью будет расти от нуля до некото­рого предельного значения ₀ (рис. 5.2). Наиболь­ший угол ₀, который полная реакция шероховатой связи образует с нормалью к поверхности, называется углом трения

Так как F_пp = f₀N, имеем

tg ₀ = f₀.

При равновесии реакция шероховатой связи R в зависимости от сдвигающих сил может проходить где угодно внутри угла трения. Когда равно­весие становится предельным, реакция R будет от­клонена от нормали на угол ₀.

Сила трения при движении

Сила трения направлена в сторону, противоположную движению, и равна произведению динамического коэффициента трения f (далее коэффициент трения) на нормальную реакцию (нормальное давление):

F_т = f N.

Это выражение представляет собой закон Кулона–Амонтона, установленный опытным путем.

Значения коэффициента трения f зависят от материала, состояния поверх­ностей и в некоторой степени от скорости движения тел. В боль­шинстве случаев с повышением скорости величина f сначала несколько убывает, а затем сохраняет почти постоянное значение.

Коэффициент трения

f=arctg.

Величину  называют углом трения при движении. Коэффициент трения f определяется опытным путем.

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.

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_{B@} $ (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: $F_{1} =1,5 H$, $F_{2} =2,1 H$.

1.2.9 Сила трения. Сухое трение

Видеоурок: Трение

Лекция: Сила трения. Сухое трение

Сила трения

Одним из видов взаимодействия тел является трение. Если объекты взаимодействуют своими поверхностями, то такое трение называется внешним, двигающиеся жидкости и газы вызывают внутреннее трение.

Если бы данной силы не существовало, то все тела, однажды запущенные, двигались бы не прекращая.

Характеристика силы:

1. Всегда направлена в противоположную сторону от равнодействующей силы.

2. Точка приложения: вдоль плоскости соприкосновения поверхностей.

3. Формула для нахождения модуля силы:

N — это сила, с которой опора реагирует на вес тела. Одна из разновидностей сил упругости.

Коэффициент трения можно найти в соответствующих таблицах.

Сухое трение

Сухое трение — взаимодействие, возникающее при соприкосновении тел, между которыми нет жидкостей или газов.

Виды сухого трения: 

• скольжение
• покоя 
• качения

Сила трения покоя

Сила трения, которая препятствует движению тел, называется силой покоя.

Данная сила является самой большой. Чтобы сдвинуть с места тело, необходима, куда большая сила, чем поддерживать его движение.

Зависимость силы трения от приложенной силы тяги можно наблюдать на графике:

Сила трения скольжения

Данная сила возникает в тот момент, когда была преодолена сила трения покоя. В данном случае коэффициент трения уменьшается. Для обеспечения лучшего скольжения поверхность необходимо смочить или наполировать. Однако следует обратить внимание, если полностью убрать все шероховатости поверхности, коэффициент трения снова увеличивается за счет сближения молекул данного тела, сила взаимодействия которых препятствует передвижению.

Сила трения качения

Это самая небольшая сила трения. Каждый однажды мог убедиться в этом на практике — куда проще передвинуть шкаф на колесиках, чем на сплошной опоре.

Существуют задачи, где указанно, что трением можно пренебречь, если же это не так, то данную силу следует учитывать при составлении II закона Ньютона. Обратите внимание, что если ось ОХ направлена в сторону равнодействующей силы, то перед проекцией силы трения всегда будет стоять знак минус.

трение скольжения, покоя и качения :: SYL.ru

Сила трения встречается буквально на каждом шагу. Но знают ли люди, зачем она нужна? В чем вред и польза силы трения? Попробуем разобраться.

Предисловие

На земные объекты действует несколько сил, которые тесно взаимосвязаны между собой и влияют на жизнедеятельность тел. Прежде всего, это сила тяжести, упругости (внутреннее сопротивление тел в ответ на смещение их молекул) и реакции опоры. Но есть еще она очень важная физическая величина, называемая силой трения. Она в отличие от силы тяготения и упругости не зависит от расположения тел. При ее изучении действуют иные законы: коэффициент трения скольжения и сила реакции опоры. Например, если понадобится сдвинуть тяжеловесный шкаф, то с первой же минуты станет понятно, что сделать это непросто. Кроме того, при выполнении данной задачи присутствуют определенные помехи. Что же препятствует усилиям, приложенным к шкафу? А мешает этому не что иное, как сила трения, принцип действия которой изучают еще в школе. Курс физики за 7 класс подробно рассказывает об этом явлении.

Что у нас под ногами?

С ней люди сталкиваются очень часто. Польза трения в том, что мы бы и шагу ступить не смогли, не будь этой физической величины. Именно она удерживает нашу обувь на той поверхности, куда мы ступаем. Каждый из нас ходил по очень скользким поверхностям, например, по льду, и не понаслышке знает, что это очень тяжело. Почему так происходит? Прежде чем рассказать о том, в чем вред и польза силы трения, определимся с тем, что это такое.

Суть понятия

Силой трения называется взаимодействие двух тел, возникающее в месте их соприкосновения и препятствующее их движению относительно друг друга. Различают несколько видов трения – покоя, скольжения и качения.

Причины возникновения

Первая из причин заключается в неизменной шероховатости поверхностей. Именно этот показатель влияет на то, какой вид силы трения будет иметь место. Если речь идет о гладких поверхностях, например, о покрытой металлом крыше или о ледяных участках, то их шероховатость почти не видна, однако это не значит, что ее нет – она присутствует на микроскопическом уровне. В этом случае будет действовать сила трения скольжения. Но если говорить о шкафе, стоящем на ковре, то здесь шероховатости двух объектов будут значительно препятствовать взаимному движению. Второй причиной является электромагнитное молекулярное отталкивание, которое происходит в месте контакта объектов.

Трение покоя

Что происходит в случае, когда мы пытаемся сдвинуть с места шкаф, однако нам не удается переместить его ни на сантиметр. Что удерживает предмет на одном месте? Это сила трения покоя. Дело в том, что приложенные усилия компенсируются силой сухого трения, возникающей между шкафом и полом.

Вред и польза силы трения покоя

Именно сила трения покоя не дает самостоятельно развязаться шнуркам на наших ботинках, выпасть гвоздю, который мы только что вбили в стену, удерживает на месте шкаф. Без нее было бы невозможно передвигаться по земной поверхности ни людям, ни животным, ни автомобилям. Вред трения также присутствует. Он бывает в довольно глобальных масштабах, например, сила трения покоя может привести к деформации обшивки кораблей.

Научное обоснование

Для того чтобы передвинуть шкаф, необходимо приложить к нему силу, которая превзойдет трение. То есть до тех пор, пока применяемые усилия меньше показателя силы трения, мебель останется на месте. Помимо указанных факторов, есть еще сила реакции опоры, которая направленна перпендикулярно плоскости. Она зависит от материала, из которого сделан пол (здесь задействована также сила упругости). Также существует коэффициент трения, зависящий от того, из чего состоят обе поверхности, взаимодействующие друг с другом. Поэтому сила трения, действующая на шкаф, равняется коэффициенту трения, который умножается на силу реакции опоры (поверхности).

Трение скольжения

Итак, чтобы пересилить трение, мы попросили кого-нибудь нам помочь сдвинуть шкаф с места. Что мы обнаружили? Что после того, как мы приложили силу, которая превысила силу трения покоя, шкаф не только сместился, но и некоторое время продолжал двигаться в необходимую сторону, разумеется, с нашей помощью. А потраченные усилия были примерно одинаковы в течение всего пути. В этом случае нам препятствовала сила трения скольжения, направленная в противоположную от приложенного воздействия сторону. Стоит заметить, что ее сопротивление гораздо ниже, нежели у силы трения покоя. Чтобы снизить этот показатель, при необходимости применяются различные смазочные материалы.

Сила трения качения

Если мы вспомним, что когда-нибудь придется двигать шкаф обратно, то решим оснастить его колесиками. В этом случае возникающее взаимодействие будет называться трением качения, поскольку предмет уже будет не скользить, а катиться по поверхности. Катящиеся колесики будут немного вдавливаться в ковер, образовывая бугорок, который нам необходимо будет преодолеть. Этим и обуславливается сила трения качения. Разумеется, если мы покатим шкаф не по ковру, а, например, по паркету, то переместить его будет еще легче, за счет того, что поверхность паркета тверже поверхности ковра. По той же причине велосипедистам ехать по шоссе куда проще, чем по пляжу с мелким песком.

Неоднозначный вопрос

В чем состоит вред и польза силы трения любого типа? Разумеется, приведенные примеры несколько утрированы – в жизни все немного сложнее. Однако несмотря на то, что сила трения имеет очевидные минусы, создающие ряд сложностей в жизни, ясно, что без нее проблем было бы гораздо больше. Поэтому у данной величины есть свои недостатки и преимущества.

Негативные примеры

Среди примеров вреда этой силы на одном из первых мест стоит проблема перемещения тяжеловесных грузов, быстрого изнашивания любимых вещей, а также невозможности создать вечный двигатель, поскольку из-за трения любое движение рано или поздно прекращается, требуя стороннего вмешательства.

Положительные моменты

Среди примеров полезности этой силы то, что мы можем спокойно ходить по земле, не поскальзываясь на каждом шагу, наша одежда прочно сидит и мгновенно не приходит в негодность, поскольку нити ткани удерживаются благодаря трению. Кроме того, люди используют принцип действия этой силы, посыпая скользкие дороги, из-за чего удается избежать множества аварий и травм.

Выводы

Человечество научилось взаимодействовать с данной физической величиной, увеличивая и уменьшая ее в зависимости от поставленных целей. Наша непосредственная задача – попытаться использовать ее максимально эффективно.

Сила трения – FIZI4KA

1. Для того чтобы тело (книгу, лежащую на столе, ящик, стоящий на полу, и т.п.) сдвинуть с места, к нему нужно приложить силу. При этом при постепенном увеличении силы тело какое-то время будет оставаться в покое, а при определённом значении приложенной силы начнёт перемещаться. Силу, возникающую при непосредственном соприкосновении двух тел, называют силой трения. Эта сила всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения.

На книгу, лежащую на столе, действуют в вертикальной плоскости уравновешивающие друг друга силы тяжести ​\( \vec{F}_т \)​, и упругости (реакции опоры), в горизонтальной плоскости действует приложенная к ней сила \( \vec{F} \). Поскольку книга какое-то время остается неподвижной, то это значит, что в горизонтальной плоскости действует ещё одна сила, равная по модулю силе \( \vec{F} \) и направленная в противоположную ей сторону. Этой силой является сила трения покоя. Чем большая сила прикладывается к телу (пока оно не движется), тем больше сила трения покоя.

Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности его соприкосновения с другим телом.

2. При некотором значении приложенной к телу силы ​\( \vec{F} \)​ оно приходит в движение. В момент начала движения бруска сила трения покоя имеет максимальное значение \( \vec{F}_{тр.max} \), которое равно силе трения скольжения. Чем больше сила давления тела на поверхность соприкосновения тел перпендикулярно этой поверхности (сила нормального давления), тем больше максимальная сила трения покоя, т.е. ​\( (F_{тр})_{max}=\mu N \)​, где ​\( \mu \)​ — коэффициент трения.

Максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе нормального давления.

Сила трения покоя препятствует началу движения тела. С другой стороны, сила трения покоя может быть причиной ускорения движения тела. Так, при ходьбе сила трения покоя ​\( F_{тр} \)​, действующая на подошву, сообщает нам ускорение. Сила ​\( F \)​, равная по модулю силе трения покоя и направленная в противоположную сторону, сообщает ускорение опоре.

3. При движении тела на него тоже будет действовать сила трения, её называют силой трения скольжения. Сила трения скольжения — сила, действующая при скольжении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную перемещению тела. Она несколько меньше максимальной силы трения покоя и направлена в сторону, противоположную перемещению тела относительно соприкасающегося с ним тела.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления: \( (F_{тр})_{max}=\mu N \). В этой формуле ​\( N \)​ — сила нормального давления, т.е. сила, действующая перпендикулярно поверхности соприкасающихся тел; ​\( \mu \)​ — коэффициент трения. Коэффициент трения характеризует поверхности соприкасающихся тел. Он определяется экспериментально и приводится в таблицах.

Причиной трения являются неровности поверхностей. В случае хорошо отшлифованных поверхностей молекулы, находящиеся на поверхностях тел, располагаются близко друг к другу, и силы межмолекулярного взаимодействия достаточно велики.

4. Если тело катится по поверхности другого тела, то на него тоже действует сила трения. Это — сила трения качения. Она прямо пропорциональна силе нормального давления (реакции опоры) ​\( N \)​ и обратно пропорциональна радиусу ​\( R \)​ катящегося тела: ​\( F_{кач}=\mu\frac{N}{R} \)​, где ​\( \mu \)​ — коэффициент трения качения.

5. Существует целый ряд практических задач, в которых необходим учёт силы трения. Особенно важными являются задачи, связанные с движением транспорта. Хорошо известно, что для избежания аварий следует сохранять определённую дистанцию между автомобилями; в дождливую погоду или в гололедицу она должна быть больше, чем в сухую погоду.

Расстояние, которое проезжает автомобиль при торможении до полной остановки, называют тормозным путём. Рассчитывается тормозной путь но формуле ​\( s=\frac{v^2}{2a} \)​.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. При измерении коэффициента трения брусок перемещали но горизонтальной поверхности стола и получили значение силы трения ​\( F_1 \)​. Затем на брусок положили груз, масса которого в 2 раза больше массы бруска, и получили значение силы трения \( F_2 \). При этом сила трения \( F_2 \)

1) равна \( F_1 \)
2) в 2 раза больше \( F_1 \)
3) в 3 раза больше \( F_1 \)
4) в 2 раза меньше \( F_1 \)

2. В таблице приведены результаты измерений силы трения и силы нормального давления при исследовании зависимости между этими величинами.

Закономерность ​\( \mu=N/F_{тр} \)​ выполняется для значений силы нормального давления

1) только от 0,4 Н до 2,0 Н
2) только от 0,4 Н до 3 Н
3) только от 0,4 Н до 4,5 Н
4) только от 2,0 Н до 4,5 Н

3. При измерении силы трения брусок перемещали по горизонтальной поверхности стола и получили значение силы трения \( F_1 \). Затем брусок перемещали, положив его на стол гранью, площадь которой в 2 раза больше, чем в первом случае, и получили значение силы трения \( F_2 \). Сила трения \( F_2 \)

1) равна \( F_1 \)
2) в 2 раза больше \( F_1 \)
3) в 2 раза меньше \( F_1 \)
4) в 4 раза меньше \( F_1 \)

4. Два деревянных бруска массой ​\( m_1 \)​ и \( m_2 \) скользят по горизонтальной одинаково обработанной поверхности стола. На бруски действует сила трения скольжения \( F_1 \) и \( F_1 \) соответственно. При этом известно, что ​\( F_2=2F_1 \)​. Следовательно, ​\( m_1 \)​

1) \( m_1 \)
2) \( 2m_2 \)
3) \( m_2/2 \)
4) ответ зависит от значения коэффициента трения

5. На рисунке приведены графики зависимости силы трения от силы нормального давления. Сравните значения коэффициента трения.

1) ​\( \mu_2=\mu_1 \)​
2) ​\( \mu_2>\mu_1 \)​
3) \( \mu_2<\mu_1 \)
4) \( \mu_2>>\mu_1 \)

6. Учащийся выполнял эксперимент по измерению силы трения, действующей на два тела, движущихся по горизонтальным поверхностям. Масса первого тела ​\( m_1 \)​, масса второго тела ​\( m_2 \)​, причем ​\( m_1 =2m_2 \)​. Он получил результаты, представленные на рисунке в виде диаграммы. Какой вывод можно сделать из анализа диаграммы?

1) сила нормального давления ​\( N_2=2N_1 \)​
2) сила нормального давления \( N_1=N_2 \)
3) коэффициент трения ​\( \mu_1=\mu_2 \)​
4) коэффициент трения ​\( \mu_2=2\mu_1 \)​

7. Два автомобиля одинаковой массы движутся один но асфальтовой дороге, а другой — по грунтовой. На диаграмме приведены значения силы трения для этих автомобилей. Сравните значения коэффициента трения (​\( \mu_1 \)​ и \( \mu_2 \)).

1) ​\( \mu_2=0.3\mu_1 \)​
2) \( \mu_2=\mu_1 \)
3) \( \mu_2=1.5\mu_1 \)
4) \( \mu_2=3\mu_1 \)

8. На рисунке приведён график зависимости силы трения от силы нормального давления. Чему равен коэффициент трения?

1) 0,5
2) 0,2
3) 2
4) 5

9. Санки весом 3 кг скользят по горизонтальной дороге. Сила трения скольжения их полозьев о дорогу 6 Н. Чему равен коэффициент трения скольжения полозьев о дорогу?

1) 0,2
2) 0,5
3) 2
4) 5

10. При движении тела массой 40 кг по горизонтальной поверхности действует сила трения скольжения 10 Н. Какой станет сила трения скольжения при уменьшении массы тела в 5 раз?

1) 1 Н
2) 2 Н
3) 4 Н
4) 5 Н

11. Установите соответствие между физической величиной (левый столбец) и характером её изменения (правый столбец) при увеличении массы бруска, движущегося по столу. В ответе запишите подряд номера выбранных ответов

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A. Сила трения
Б. Коэффициент трения
B. Сила нормального давления

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ
1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется

12. Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Сила трения покоя больше приложенной к телу силе.
2) Сила трения качения меньше силы трения скольжения при той же массе тела.
3) Коэффициент трения скольжения прямо пропорционален силе нормального давления.
4) Сила трения зависит от площади опоры движущегося тела при одинаково обработанной его поверхности.
5) Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.

Часть 2

13. Автомобиль, имея скорость 72 км/с, начинает тормозить с выключенным двигателем и проходит путь 100 м. Чему равны ускорение автомобиля и время торможения?

Ответы

Сила трения

Оценка