Трение покоя :: Класс!ная физика

Иногда бывает так, что движения ещё нет, а сила трения уж»е действует! Попробуйте сдвинуть книгу, лежащую на столе. Для этого потребуется некоторое усилие. И если на книгу нажать слишком слабо – она не тронется с места. Ей мешает двигаться сила трения между нижней обложкой книги и столом. Эта сила трения препятствует твёрдым телам приходить в движение. Поэтому она называется силой трения покоя. С какой бы стороны вы ни нажимали на книгу, сила трения покоя препятствует началу скольжения книги. Сила трения покоя направлена всегда против направления «сдвигающей» силы.

Итак, сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе, действующей на тело, и направлена в противоположную сторону. Чем больше приложенная к покоющемуся телу сила, тем больше сила трения покоя! Существует максимальная сила трения покоя, превышая которую мы замечаем, что тело сдвинулось с места.

А вот при движении тела в жидкости или газе сила трения покоя равна нулю!

Как измерить силу трения покая? — например, с помощью динамометра.

Привяжите конец нитки к динамометру и тяните пружину. Чем больше сила трения покоя книги, тем сильнее растянется пружина, прежде чем начнётся скольжение. Заметив положение стрелки в тот момент, когда книга сдвинулась с места, вы узнаете величину максимальной силы трения покоя.

От чего зависит сила трения покоя?

В 1779 году французский физик Кулон установил, от чего зависит максимальная сила трения покоя. Оказалось, что сила трения покоя зависит от того, с какой силой прижимаются друг к другу соприкасающиеся предметы.

Чем тяжелее книга, лежащая на столе, чем сильнее она прижимается к столу, тем труднее её сдвинуть.

Ещё от чего зависит эта сила?

Сдвинуть книгу по гладко отполированному столу легче, чем по шершавому. Поэтому сила трения покоя зависит также и от материала соприкасающихся поверхностей. Санки, полозья которых обиты железом, сдвинуть легче, чем санки с необитыми полозьями: трение железа о снег меньше, чем трение дерева о снег. Ходить по деревянному полу можно увереннее, чем по каменному: трение покоя между подошвами ботинок и деревянным полом больше, чем между теми же подошвами и каменными плитами, и ноги меньше скользят.

При одном и том же давлении между соприкасающимися поверхностями трение покоя будет
разным для разных пар материалов. Для каждой пары материалов можно путём измерений найти величину силы трения покоя. Если разделить её, на величину силы, прижимающей одну поверхность к другой, то получим коэффициент трения. Для разных материалов коэффициент трения разный. Так, для металла по дереву он равен 1/2. Значит, для того чтобы сдвинуть на деревянном столе стальную плитку весом в 2 килограмма, нужно потянуть её с силой в 1 килограмм. Коэффициент трения стали по льду равен 0,027. Чтобы сдвинуть ту же плитку по гладкому льду, требуется всего 54 грамма. Зная коэффициенты трения и пользуясь формулой Fтр = kN , инженеры могут заранее рассчитать силу тяги, необходимую для приведения в движение различных механизмов и машин.

Однако, формулой Fтр = kN пользуются только в тех случаях, когда не требуется слишком большой точности в расчётах.

Итак, шкаф не сдвинется с места до тех пор, пока прикладываемая к нему «сдвигающая» сила не станет равной Fтр покоя макс. = kN. А до этого момента сила трения покоя всякий раз уравновешивает «сдвигающую» силу, и шкаф остается неподвижным.

Источники: Л.П.Лисовский. «Трение в природе
и технике», журн. «Квант»

Другие страницы по теме «В мире трения»:

Как мы ходим?
Это придумал адмирал Макаров
Трение покоя
Трение на Луне
Трение на дорогах
Мир без трения
Трение в спорте
Подшипники
Трение и паровоз
«Медный всадник»
Трение в живой природе
Сухая (твердая) смазка
Извлечение огня
Вязкое (жидкое) трение
Урок о трении

Многоликое трение.

Многоликое трение.

С.В. Задорожная, учитель физики

МБОУ СОШ № 125

с углубленным изучением математики,

г. Снежинск.

       Трение везде. Во мне и в тебе, вокруг меня и вокруг тебя. И между песчинками и между галактиками (скажите – нет, ну это еще вопрос!). Куда от него деться? И нужно ли от него избавляться? Ох уж эта многоликая сила трения! И вязкая она, и сухая; и качения и скольжения. И трение покоя, и сопротивление движению. И такая эта сила знакомая и такая загадочная; такая переменчивая и от стольких многих факторов зависящая; то она антинаправлена, то сонаправлена с движением тел…. Что с трением только не делали учителя и ученики: и судили и рядили его. Для чего? Хотели выяснить – полезно оно или вредно? Что с ним делать – увеличивать или уменьшать?

Вот и я, провела урок в седьмом классе по силе трения и задумалась; а так ли уж обоснованно мы выделяем две причины возникновения силы сухого трения: шероховатость поверхности и взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел (1)? Почему объединили в причинах микро и макро уровни? Почему нельзя как-то обойтись микро уровнем, например? И все объяснить через силы взаимодействия между молекулами? Или пойти от шероховатости, через величину выступов и впадин, например. Рассмотреть, как их размеры и количество влияют на силу трения? Но ведь опять же придем к молекулярному взаимодействию. Словом, как писал Фейнман о силе трения: «Происхождение ее – вопрос очень запутанный» (2) и явление очень непростое. Попробуем навести некоторый порядок в мыслях. С явлением сцепления (слипания) молекул обоих тел в областях непосредственного соприкосновения все более или менее понятно: для того чтобы сцепление произошло нужно молекулам оказаться на расстоянии достаточном для возникновения молекулярного притяжения. Такие молекулы найдутся обязательно, какие бы поверхности не были. Значит, этот фактор присутствует всегда. Другое дело, что количество таких молекул при очистке поверхностей или их шлифовке резко увеличивается и соответственно значительно увеличивается фактор молекулярного притяжения. В литературе хорошо известен опыт со стеклянной пластинкой и бокалом (2), его часто демонстрируют на уроках. Действительно, по смоченной поверхности тянуть бокал за петлю гораздо тяжелее, чем по сухой и, действительно, появляются царапинки на стекле. Объясняется это тем, что вода очищает поверхности, и остается чистый контакт стекло-стекло, который трудно разорвать.

Мы на уроках демонстрируем другой опыт. Опыт с измерительными плитками Иогансона. На штативе в лапке укреплена одна плитка. На вторую плитку одевается проволочная петля, обе плитки протираются перед опытом раствором спирта (для удаления загрязнений) и придавливаются друг к другу. Так как они зеркально отшлифованы, то сдвинуть их относительно друг друга очень тяжело. Крючком динамометра тянем за петлю, сила очень велика, с трудом сдвигаем плитку. Так как плитки небольших размеров, для наглядности опыт проводим при помощи видеопрезентера (можно использовать теневой проектор). Надо сказать, что опыт довольно эффектный и сами пластинки у учеников вызывают большой интерес.

А вот шероховатость, неровность тел, почему приводит к механическому зацеплению их поверхностей? Каков механизм этих сцепок? Если рассматривать поверхность твердого тела под микроскопом, то так называемая «шероховатость» предстанет перед нами выступами и впадинами как у настоящих гор. Рассмотрим некую модельную ситуацию с отдельно выделенным выступом и впадиной, перемещающихся относительно друг друга тел. При перемещении тела вправо, в районе точки А образуется область контакта выступа и впадины. Тела приходят в соприкосновение и, конечно, некоторые молекулы оказываются так близко, что притягивают друг друга. Но в данном случае это не главное. Главное, что в точке (области) контакта тела действую друг на друга с силами F1 и F2 , равными по модулю и противоположными по направлению по третьему закону Ньютона. И вот тут начинается самое интересное. Под действием этих сил возникают деформации сжатия, а так же передача энергии посредством упругих волн, а так же отвод тепла в соседние области, а так же при скольжении начинается «прогибание и (или) скалывание» бугорков, разрыв молекулярных связей (более подробно этот интересный процесс описан в работе А.А. Первозванского (3)). Но молекулы-то об этих всех проявлениях сил трения не «знают», они просто «сопротивляются» уменьшению или увеличению расстояния между ними изо всех своих молекулярных сил. Вот поэтому трение есть и будет, пока есть движение и взаимодействие молекул. Потому что трение, в конечном итоге, есть внешнее проявление этого движения и взаимодействия. Устроена наша Вселенная так и все.

А разделять причины возникновения трения будем, несмотря на то, что шероховатость поверхностей и их сцепление является проявлением молекулярного взаимодействия. Хотя бы, потому что при неровных поверхностях притяжение молекул тел практически не сказывается. Выравнивая поверхности, мы уменьшаем трение. Но чем более ровной и гладкой становится поверхность, тем сильнее проявляются силы молекулярного притяжения. И сила трения, при прочих равных условиях начинает возрастать, иллюстрируя философский закон перехода количества в качество. Существует формула, объединяющая обе причины возникновения силы трения (4):

F = μ (N + Sp0), *

где μ – истинный коэффициент трения, p0 – добавочное давление, вызванное силами молекулярного притяжения, S – общая площадь всех областей непосредственного контакта между телами. Первое слагаемое отвечает за так называемое геометрическое трение (шероховатое), а второе за молекулярное (что такое истинный коэффициент трения, как его находят, и другие интересные подробности можно найти в лекции профессора А.П.Минакова (5)). Какое слагаемое будет играть решающую роль, зависит от степени шероховатости соприкасающихся тел. Приведенная выше формула хорошо работает там, где нет среды или ее свойствами можно пренебречь, а также, когда силы нормального давления и скорости движения не очень большие. При больших скоростях проявляется зависимость силы трения от относительной скорости тел.

Много сил трения и формул для их определения много. Кстати сказать, в учебниках по физике 7 и 9 классов авторов (1) и (6) по которым работает, наверное, большинство учителей, нет ни одной формулы для определения силы трения. А, между тем, на экзамене по физике в новой форме в 9 классе в этом году давалось задание № 23, проверяющее умение учащихся проводить косвенные измерения как раз таки по определению коэффициента трения скольжения. Что же изучать формулы и коэффициенты трения в рубрике «О чем умолчали учебники» (7)? Комментарии, как говорится, излишни.

Попытаемся свести вместе формулы для приближенного расчета сил трения (приближенный характер формул специально оговаривается практически во всех работах по силе трения, что отражает незавершенность современной теории о трении), которые используем для решения задач в курсе школьной физике или хотя бы их даем учащимся в назывном порядке (7, 8, 9).

Некоторые формулы для приближенного расчета сил трения

Условия	Формула	Название коэффициента
Тело находится в среде (газ или жидкость, вязкое трение) и движется относительно нее с небольшой скоростью	F = k1v	k1 и k2 – коэффициенты пропорциональности, зависящие от различных свойств среды, используются для описания зависимости силы сопротивления среды от скорости (v) и площади (s) поперечного сечения тела (и, или продольных размеров тела). Как правило, авторы задач на движение тел в среде (например, в задачниках под редакцией Козела С.М. (10), Гольдфарба Н.И. (11)), указывают какой вид зависимости необходимо использовать, формулы могут несколько отличаться от приведенных (пособие под редакцией Савченко О.Я. (12)).
Тело находится в среде (газ или жидкость, вязкое трение) и движется относительно нее с большой скоростью (заметим, что границы малости скоростей отличаются для различных сред)	F = k2v2s
Тела не движутся относительно друг друга (сухое трение, т.е. отсутствует жидкая или газообразная прослойка)	F = k0N	k0 – коэффициент трения покоя, N – сила нормального давления, формула позволяет рассчитать максимальную силу трения покоя, так как в общем случае сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению приложенной внешней силе к телу, действующей параллельно плоскости соприкосновения тел.
Тела перемещаются относительно друг друга (сухое трение)	F = k N (закон Амонтона)	k (μ) – коэффициент трения скольжения (в литературе используются оба обозначения)
Тела, имеющие форму круглых цилиндров или шаров, катятся по поверхности плоского тела (сухое трение)	F = k N/r (закон Кулона)	k (μ) – коэффициент трения качения, при прочих равных условиях на много меньше коэффициента трения скольжения и зависит от радиуса цилиндра или шара обратно пропорционально.
При движении транспортного средства.	F = kсN	kс – коэффициент сопротивления движению для транспортного средства ( учитывает коэффициент трения качения колес о поверхность дороги, в подшипниках осей и пр.)
При торможении (ускорении) транспортного средства.	F = kторN F = kускN	Kтор – коэффициент торможения (ускорения, данные формулы выделяют в задачах некоторые авторы пособий по физике, например И.Л. Касаткина ( 13))

Кажущееся разнообразие формул, по сути, можно свести к формулам жидкого и сухого трения. В большинстве формул жидкого трения присутствует скорость движения, площадь поперечного сечения и (или) продольные размеры тела. Коэффициенты отражают различные свойства среды.

Формулы сухого трения, так или иначе, повторяют формулу *, все они содержат силу нормального давления и коэффициенты трения. При прочих равных условиях, а именно: равных силах нормального давления и одинаковых поверхностях соприкасающихся тел, коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения, а коэффициент трения качения намного меньше коэффициента трения скольжения. Коэффициенты трения зависят от свойств материала тел, качества обработки материалов соприкасающихся тел, наличия на них загрязнений, скорости скольжения и пр. Приведем небольшую цитату из Фейнмановских лекций по физике: «Различия в трении возникают от разной гладкости или твердости частей поверхности, от грязи, ржавчины, и прочих посторонних влияний. Таблицы, в которых перечислены коэффициенты трения «стали по стали», «меди по меди» и прочее, все – это сплошное надувательство, ибо в них этими мелочами пренебрегают, а ведь они-то и определяют значение μ». Справедливости ради надо сказать: во многих справочниках (9, 14, 15) оговаривается, что коэффициенты трения, представленные в таблицах, определены приближенно, либо обозначается некий интервал их значений. Видимо, поэтому авторы многих задачников по физике вообще не приводят таблицы с коэффициентами трения, а указывают их в конкретных задачах.

Сами задачи, где действует сила трения, вызывают у учащихся нередко различного рода трудности. Пройдемся по таблице формул сверху вниз. Задачи на жидкое трение, которые мы рассматриваем в курсе школьной физике, не содержат в решении сложных математических выкладок. Учащиеся испытывают трудности другого порядка. Сформированная в сознании незыблемость физических законов и, главное, формул, отношение к знаку «равно» как к «священной корове» (учителя физики и математики приложили здесь свои ручки), приводит к тому, что ребенок не может работать с формулой, где между физическими величинами стоит знак пропорциональности. Не каждый ученик фразу в задаче: «Считать, что сила сопротивления воздуха пропорциональна площади поперечного сечения движущегося тела и квадратично зависит от скорости движения тела» (11) может записать в виде F ~ s v2 , а затем самостоятельно преобразовать в формулу F = k s v2, где коэффициент k должен иметь еще и соответствующую формуле размерность. Сама операция получения формулы нередко воспринимается как некое шарлатанство от физики. Объясняем детям, это преобразование не «подгон» формулы, а объединение в один коэффициент параметров системы, которые при развитии физической ситуации в задаче, остаются постоянными в хорошем приближении. Чаще всего, коэффициент k при дальнейшем решении задачи сокращается и в итоговый ответ не входит. А для учителя объяснение решения подобного рода задач становится еще одним поводом, чтобы поговорить об экспериментальных методах познания природы.

Качественные и расчетные задачи, где действует сила трения скольжения, и тело перемещается по горизонтальной поверхности, как правило, ученики решают без ошибок. Поэтому, в приведенной выше таблице, для этого случая нет ни каких комментариев. Однако если тело движется под действием силы, приложенной к телу под углом к горизонту, очень распространена ошибка в определении силы реакции опоры, а, следовательно, и силы трения. Первый или второй закон Ньютона учащиеся, как правило, в проекциях на ось Х записывают правильно (приведем сразу оба уравнения).

С проекцией закона на ось Y дело обстоит хуже: либо про ось Y вообще забывают, либо теряют синус угла. Таким образом, вместо формулы для силы реакции опоры:

и силы трения соответственно

пишут привычное стереотипное уравнение:

что естественным образом приводит к неправильному решению задачи.

Подобные проблемы возникают при решении задач, когда тело находится на наклонной плоскости. При любых вариантах: движется ли наклонная плоскость с ускорением, покоится ли она; приложена ли внешняя сила к телу, какой угол она с горизонтом составляет, — необходимо определиться какая сила трения действует в системе, установить правильно ее направление и формулу для расчета. При любом развитии событий в задаче, тело либо покоится, либо скользит.

Если тело поится и на него не действует внешняя сила, оно удерживается на плоскости силой трения покоя, которую в данном случае можно найти, используя первый закон Ньютона в проекции на ось Х:

Сила трения покоя в данном случае зависит от синуса угла наклонной плоскости и направлена в противоположную сторону возможного движения, т.е. вверх по наклонной плоскости. Такая ситуация будет сохраняться пока тело при увеличении угла наклона не начнет скользить. При определенном угле α0, сила трения покоя уступает свои права силе трения скольжения, которая, вообще говоря, несколько меньше, чем максимальная трения покоя, но мы этими тонкостями пренебрежем и воспользуемся формулой для определения силы трения скольжения F = kN. Мы знаем, что эта формула хорошо работает, когда силы нормального давления и скорости относительного движения не очень большие. Следовательно, найдя силу реакции опоры, которая по модулю равна силе нормального давления тела на плоскость, из первого или второго закона Ньютона в проекции на ось Y, мы найдем зависимость силы трения скольжения от угла наклона плоскости.

Сила трения сохраняет свое направление, но зависимость от угла наклона меняется (с более подробным анализом решения подобных задач и графиком полученной зависимости силы трения от угла наклона плоскости можно познакомиться в сборнике 1001 задача по физике (16)). Наличие внешней силы еще более усложняет анализ ситуации в физическом и решение задачи в математическом смысле. Надо четко понимать движется тело или покоится. Если оно движется, то с ускорением или равномерно? В реальной ситуации тело чаще движется своеобразными толчками, даже, если мы стараемся тянуть его равномерно. Двигаясь по наклонной плоскости, тело иногда как — бы «застревает» и потом само или после слабого толчка может продолжить свое перемещение. Такое движение называют фрикционными автоколебаниями (3). Мы этими колебаниями пренебрегаем в задачах и рассматриваем три варианта событий: тело покоится относительно наклонной плоскости, тело движется равномерно и тело движется равнопеременно. Формулы для нахождения силы трения меняются в зависимости от состояния покоя или движения. Если тело находится в покое, то она может быть направлена как вверх, так и вниз по наклонной плоскости. В первом случае она «помогает» удерживать тело в покое, а во втором она «препятствует» перемещению тела вверх. Сила трения покоя для этих случаев соответственно находится, используя первый закон Ньютона в проекции на ось Х:

тело удерживается

тело пытаются сдвинуть вверх по наклонной плоскости

 

 

Результат, на первый взгляд, вызывающий недоумение. Что же силы трения равны по модулю и отличаются только знаком? Нет ли здесь логической ошибки? Оправдано ли то, что в обеих силах трения одинаковая внешняя сила и угол под которым она действует? Нет ли тут какого-нибудь подвоха? Возможно, что для произвольно взятого случая и с конкретно заданными параметрами, это решение и годится. В нашу ситуацию надо вникнуть более глубоко. Допустим, что у нас есть конкретное тело массой m, заданы коэффициент трения, углы α и β. Нужно найти какую силу необходимо приложить к телу под углом β к наклонной плоскости, чтобы: а) удержать тело на наклонной плоскости; б) привести в движение относительно наклонной плоскости. Определить какая сила трения будет действовать в обоих случаях. Для сравнения исходные уравнения и результаты решения задачи сведем в таблицу. Добавим, чтобы только удержать или только сдвинуть тело с места, мы используем в первом случае, и преодолеваем во втором максимальную силу трения покоя.

Удержать тело на наклонной плоскости	Привести в движение относительно наклонной плоскости

Нехитрый анализ показывает, что для нашей задачи силы трения и приложенные внешние силы разные. Причем, сила трения при попытке сдвинуть тело с места оказалась меньше, чем при удерживании тела в покое. Но при этом они обе меньше силы трения в случае, когда угол β = 0 и внешняя сила, приложенная к телу, параллельна поверхности наклонной плоскости. Это и понятно, т.к. внешняя сила, действующая под острым углом, уменьшает силу нормального давления на плоскость. Удерживающая и приводящая в движение силы также не равны между собой. Полученное соотношение не дает однозначного ответа при сравнении. Само поведение тела на наклонной плоскости зависит от соотношения трех углов: α0, α и β, где α0 задается опосредованным образом через коэффициент трения. При α < α0 тело не двигается по наклонной плоскости. Когда коэффициент трения будет принимать значение близкое тангенсу угла наклона плоскости, соотношение сил будет стремиться к нулю. Так как удерживающая сила становится не нужной. Сила трения покоя уравновешивает составляющую силы тяжести на ось Х. При коэффициенте трения равном или достаточно близком по значению к котангенсу угла β соотношение стремится к бесконечности. Сам же коэффициент становится больше единицы, если угол β < 450 . Тело просто прилипает к плоскости. И, судя, по формулам сила трения или удерживающая сила могут менять свои знаки и обе стремятся к бесконечности. Если же не впадать в экзотические крайности то, как правило, удерживать соскальзывающее тело на плоскости легче, чем сдвигать или равномерно втаскивать на нее.

Возникают вопросы с определением значения и направления силы трения в задачах при движении мотоциклиста или велосипедиста по треку. Причем, движение может осуществляться как по гладкому, так и по шероховатому треку. В большинстве заданий необходимо найти возможные скорости движения. Рассмотрим три варианта задач и сравним полученные ответы.

1. Гладкий трек (Fтр1= 0) с заданным радиусом R и углом наклона α. Велосипедист движется перпендикулярно треку для того, чтобы сила реакции опоры проходила через центр его тела и не создавала опрокидывающий момент. Записав второй закон Ньютона (рассматриваем силы, создающие центростремительное ускорение) в проекциях на координатные оси, и, выразив центростремительное ускорение, получим формулу для скорости, на которую рассчитан гладкий трек

2. Трек с заданным радиусом R, углом наклона α и коэффициентом трения скольжения. Найдем максимально возможную скорость, которую может развить велосипедист на данном треке. При этом гонщик будет отклоняться на некоторый угол от нормали к треку вправо (для наблюдателя) к центру описываемой окружности. Сила реакции трека будет равнодействующей двух сил: силы нормальной реакции трека N и силы трения Fтр2, в предельном случае силы трения скольжения. Так же как и в первом случае сила реакции трека F2 должна проходить через центр тяжести велосипедиста. Таким образом, на велосипедиста действуют: нормальная сила реакции трека, сила трения, сила тяжести. Теперь в создании центростремительного ускорения будет участвовать и горизонтальная составляющая силы трения. Уравнения второго закона Ньютона в проекциях на координатные оси примут вид для этого случая:

 

 

Как показывает последняя формула, при условиях данных во втором случае, развиваемая скорость действительно много больше, чем при движении без учета трения (понятно, что речь в задаче идет о боковом трении, трение вдоль направления движения компенсируется мускульной силой гонщика).

3
. Велосипедист не сразу набирает максимальную скорость (будем считать, что он способен это сделать). Возникает закономерный вопрос, а какую минимальную скорость может развивать велосипедист, чтобы не соскользнуть с трека? Необходимо сделать так, чтобы сила трения не увеличивала, а уменьшала центростремительное ускорение, и, соответственно, скорость движения. Для этого гонщик должен будет отклоняться от перпендикуляра к треку влево (для наблюдателя), т.е. от центра описываемой окружности, соблюдая прежнее правило — сила реакции трека F3 должна проходить через центр тяжести велосипедиста. При этом сила трения Fтр3 будет направлена вверх по треку. В результате в исходных уравнениях второго закона Ньютона для нахождения центростремительного ускорения сила трения будет иметь знак минус. Решая систему уравнений, найдем минимальную скорость, которую может развивать велосипедист на данном треке.

 

Сравнивая ответы во всех трех случаях, мы видим, что если при движении гонщик сохраняет перпендикулярное положение тела относительно трека, то он может развивать только некоторую среднюю скорость движения, возможную для данных условий. Для получения большей или меньшей скорости необходимо наличие бокового трения и отклонение велосипедиста влево или вправо от нормали к треку (для наблюдателя наоборот).

Задачи на движение наземного транспорта, в которых идет речь о силах тяги двигателя и сопротивления движению, не вызывают трудностей у учеников. Не важно, что при этом некоторые из них не понимают механизма движения, и как сила тяги, образующаяся где-то внутри автомобиля или другого транспортного средства, заставляет его двигаться вперед? Какие силы трения возникают при этом и куда они направлены? А вот задачи, где надо найти максимальное ускорение, решаются с большим трудом, несмотря на достаточно простые математические преобразования.

Рассмотрим для начала самый главный вопрос – почему движется, к примеру, автомобиль и какие силы на него при этом действуют? У автомобиля есть двигатель и, как правило, одна ведущая ось, но может быть и две. Это значит, что есть ведущие колеса и ведомые. Ведущая ось вращается и приводит в движение колеса. Эти колеса начинают двигаться относительно дороги, и дальнейшее зависит от взаимодействия колес с дорогой. Колесо и дорога действуют друг на друга, исходя из третьего закона Ньютона, с силами трения равными по модулю и противоположными по направлению. Колесо прокручивается назад, значит, сила трения будет направлена вперед. Если трение маленькое, то колесо проскальзывает, не сцепляется с дорогой, буксует: оно вращается относительно дороги, но не катится по ней. Следовательно, не будет двигаться и автомобиль. Что происходит, когда трение достаточно большое? Тогда сила трения покоя со стороны дороги (на рисунке это Fтр1) будет действовать на ведущее колесо с силой достаточной для того, чтобы оно покатилось. Колесо будет толкать ось, а ось весь автомобиль в целом. Самое тонкое место здесь в понимании того, что автомобиль заставляет двигаться именно сила трения покоя, направленная вперед по движению транспортного средства. Какой же образ придумать, чтобы в сознании разрушить кажущуюся парадоксальность, связанную с тем, что тело не может двигаться, если на него действует сила трения покоя и что сила трения не может быть сонаправлена с движение тела? Представим колесо в виде шестеренки с мелкими зубчиками и с похожими зубчиками дорогу. Когда такое колесо начинает вращаться, зубчики колеса зацепляются за зубчики дороги. В нижней точке зацепления, где находится мгновенная ось вращения колеса, поверхности не перемещаются относительно друг друга, а соседние точки создают вращающий момент, и колесо перекатывается с зубчика на зубчик. Похожая ситуация наблюдается при перемещении человека или животного по земле. Особенно ярко законы такого движения иллюстрируются на примере скалолаза. Он зацепляется за бугорки и впадинки, и именно сила трения покоя, направленная вперед, позволяет ему перемещать свой центр тяжести вверх по скале. Подводя итог всему сказанному, можно сделать вывод, что ускорение, которое может развивать наземное транспортное средство, зависит не только от мощности мотора, но и от силы трения покоя между ведущими колесами и дорогой. Таким образом, под силой тяги автомобиля или любого другого наземного транспортного средства, возникающей благодаря работе двигателя, авторы задач понимают силу трения покоя ведущих колес о дорогу. Не будем забывать также о том, что со стороны дороги на ведомые колеса действует сила трения Fтр2 и сила сопротивления воздуха Fсв, направленные в сторону противоположную движению, а еще есть трение в механизмах и т.д. В задачах некоторыми силами пренебрегают или объединяют в некую силу сопротивления движению.

Рассмотрим ситуацию, когда автомобиль, двигается по наклонной дороге вверх, должен развить максимальное ускорение. Заданы угол наклона дороги к горизонту α и коэффициент трения между колесами автомобиля и дорогой. Максимальную силу трения покоя между ведущими колесами автомобиля и дорогой найдем по формуле Fтр = kN. Спроецируем второй закон Ньютона на координатные оси, решим полученную систему уравнений:

 

 

Таким образом, если пренебречь силой сопротивления движению, то максимальное ускорение будет зависеть от угла наклона дороги и коэффициента трения. Причем, при коэффициенте трения равном tgα, ускорение станет равным нулю по той причине, что составляющая силы тяжести вдоль оси Х будет уравновешиваться максимальной силой трения покоя. При коэффициенте трения меньшем tgα, автомобиль будет двигаться замедленно.

Рассмотрим движение автомобиля по выпуклому мосту радиусом R. Какое максимальное горизонтальное ускорение он может развить в высшей точке, если известны его скорость в данный момент и коэффициент трения колес автомобиля о мост. Максимальное горизонтальное или тангенциальное ускорение найдем, зная максимальную силу трения покоя между мостом и ведущими колесами автомобиля по формуле Fтр = kN. В данной ситуации сила реакции моста не равна по модулю силе тяжести, так как автомобиль, двигаясь по окружности, имеет еще и нормальное или центростремительное ускорение. Из итоговой формулы, что при любом коэффициенте трения, если центростремительное ускорение в высшей точке равно ускорению свободного падения, то горизонтальное ускорение будет равно нулю, так как в этот момент автомобиль будет испытывать состояние невесомости.

 

Конечно, рассмотренные варианты задач и некоторые трудности, которые они вызывают у учащихся, далеко не все. Многоликое трение по-разному проявляет себя.

Куда от него деться? И нужно ли от него избавляться?

Список литературы

Перышкин А.В. Физика. 7 класс. – М.: Дрофа, 20014.

Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 1-2. – М.: Мир, 1977.

Первозванский А.А. Трение – сила знакомая, но таинственная. Соросовский образовательный журнал, 1998, №2, с. 129-134.

Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. – М.: Наука, 1974.

Минаков А.П. Немного о трении. ИТФВестник №2. http://myreset.narod.ru

Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 класс. – М.: Дрофа, 2013.

Гулиа Н.В. Удивительная физика. – М.: НЦ ЭНАС, 2005.

Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Физика. Справочное руководство для поступающих в вузы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.

Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1985.

Сборник задач по физике под редакцией Козела С.М. – М.: Просвещение, 1999.

Гольдфарб Н.И. Физика. Задачник 9-11 классы. – М.: Дрофа, 2010.

Задачи по физике. Под ред. Савченко О.Я. – М.: Наука, 1988.

Касаткина И.Л. Репетитор по физике. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. Под ред. Т.В. Шкиль. – Ростов н/Д.: «Феникс», 2014.

Енохович А.С. Краткий справочник по физике. – М.: Высшая школа, 1976.

Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. – М.: Наука, 1980.

Гельфгат И.М., Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А. 1001 задача по физике с решениями. – Харьков.: ИМП «Рубикон», 1997.

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.Физика: учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2007.

Кашина С.И., Сезонов Ю.И. Сборник задач по физике. – М.: Высшая школа, 1983.

Меледин Г.В. Физика в задачах: экзаменационные задачи с решениями. – М.: Наука, 1985.

 

 

13

С.В.Задорожная

 

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Код и классификация направлений подготовки	Код группы образовательной программы	Наименование групп образовательных программ	Количество мест
8D01 Педагогические науки
8D011 Педагогика и психология	D001	Педагогика и психология	45
8D012 Педагогика дошкольного воспитания и обучения	D002	Дошкольное обучение и воспитание	5
8D013 Подготовка педагогов без предметной специализации	D003	Подготовка педагогов без предметной специализации	22
8D014 Подготовка педагогов с предметной специализацией общего развития	D005	Подготовка педагогов физической культуры	7
8D015 Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам	D010	Подготовка педагогов математики	30
	D011	Подготовка педагогов физики (казахский, русский, английский языки)	23
	D012	Подготовка педагогов информатики (казахский, русский, английский языки)	35
	D013	Подготовка педагогов химии (казахский, русский, английский языки)	22
	D014	Подготовка педагогов биологии (казахский, русский, английский языки)	18
	D015	Подготовка педагогов географии	18
8D016 Подготовка педагогов по гуманитарным предметам	D016	Подготовка педагогов истории	17
8D017 Подготовка педагогов по языкам и литературе	D017	Подготовка педагогов казахского языка и литературы	37
	D018	Подготовка педагогов русского языка и литературы	24
	D019	Подготовка педагогов иностранного языка	37
8D018 Подготовка специалистов по социальной педагогике и самопознанию	D020	Подготовка кадров по социальной педагогике и самопознанию	10
8D019 Cпециальная педагогика	D021	Cпециальная педагогика	20
		Всего	370
8D02 Искусство и гуманитарные науки
8D022 Гуманитарные науки	D050	Философия и этика	20
	D051	Религия и теология	11
	D052	Исламоведение	6
	D053	История и археология	33
	D054	Тюркология	7
	D055	Востоковедение	10
8D023 Языки и литература	D056	Переводческое дело, синхронный перевод	16
	D057	Лингвистика	15
	D058	Литература	26
	D059	Иностранная филология	19
	D060	Филология	42
		Всего	205
8D03 Социальные науки, журналистика и информация
8D031 Социальные науки	D061	Социология	20
	D062	Культурология	12
	D063	Политология и конфликтология	25
	D064	Международные отношения	13
	D065	Регионоведение	16
	D066	Психология	17
8D032 Журналистика и информация	D067	Журналистика и репортерское дело	12
	D069	Библиотечное дело, обработка информации и архивное дело	3
		Всего	118
8D04 Бизнес, управление и право
8D041 Бизнес и управление	D070	Экономика	39
	D071	Государственное и местное управление	28
	D072	Менеджмент и управление	12
	D073	Аудит и налогообложение	8
	D074	Финансы, банковское и страховое дело	21
	D075	Маркетинг и реклама	7
8D042 Право	D078	Право	30
		Всего	145
8D05 Естественные науки, математика и статистика
8D051 Биологические и смежные науки	D080	Биология	40
	D081	Генетика	4
	D082	Биотехнология	19
	D083	Геоботаника	10
8D052 Окружающая среда	D084	География	10
	D085	Гидрология	8
	D086	Метеорология	5
	D087	Технология охраны окружающей среды	15
	D088	Гидрогеология и инженерная геология	7
8D053 Физические и химические науки	D089	Химия	50
	D090	Физика	70
8D054 Математика и статистика	D092	Математика и статистика	50
	D093	Механика	4
		Всего	292
8D06 Информационно-коммуникационные технологии
8D061 Информационно-коммуникационные технологии	D094	Информационные технологии	80
8D062 Телекоммуникации	D096	Коммуникации и коммуникационные технологии	14
8D063 Информационная безопасность	D095	Информационная безопасность	26
		Всего	120
8D07 Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли
8D071 Инженерия и инженерное дело	D097	Химическая инженерия и процессы	46
	D098	Теплоэнергетика	22
	D099	Энергетика и электротехника	28
	D100	Автоматизация и управление	32
	D101	Материаловедение и технология новых материалов	10
	D102	Робототехника и мехатроника	13
	D103	Механика и металлообработка	35
	D104	Транспорт, транспортная техника и технологии	18
	D105	Авиационная техника и технологии	3
	D107	Космическая инженерия	6
	D108	Наноматериалы и нанотехнологии	21
	D109	Нефтяная и рудная геофизика	6
8D072 Производственные и обрабатывающие отрасли	D111	Производство продуктов питания	20
	D114	Текстиль: одежда, обувь и кожаные изделия	9
	D115	Нефтяная инженерия	15
	D116	Горная инженерия	19
	D117	Металлургическая инженерия	20
	D119	Технология фармацевтического производства	13
	D121	Геология	24
8D073 Архитектура и строительство	D122	Архитектура	15
	D123	Геодезия	16
	D124	Строительство	12
	D125	Производство строительных материалов, изделий и конструкций	13
	D128	Землеустройство	14
8D074 Водное хозяйство	D129	Гидротехническое строительство	5
8D075 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)	D130	Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)	11
		Всего	446
8D08 Сельское хозяйство и биоресурсы
8D081 Агрономия	D131	Растениеводство	22
8D082 Животноводство	D132	Животноводство	12
8D083 Лесное хозяйство	D133	Лесное хозяйство	6
8D084 Рыбное хозяйство	D134	Рыбное хозяйство	4
8D087 Агроинженерия	D135	Энергообеспечение сельского хозяйства	5
	D136	Автотранспортные средства	3
8D086 Водные ресурсы и водопользование	D137	Водные ресурсы и водопользования	11
		Всего	63
8D09 Ветеринария
8D091 Ветеринария	D138	Ветеринария	21
		Всего	21
8D11 Услуги
8D111 Сфера обслуживания	D143	Туризм	11
8D112 Гигиена и охрана труда на производстве	D146	Санитарно-профилактические мероприятия	5
8D113 Транспортные услуги	D147	Транспортные услуги	5
	D148	Логистика (по отраслям)	4
8D114 Социальное обеспечение	D142	Социальная работа	10
		Всего	35
		Итого	1815
		АОО «Назарбаев Университет»	65
		Стипендиальная программа на обучение иностранных граждан, в том числе лиц казахской национальности, не являющихся гражданами Республики Казахстан	10
		Всего	1890

Задачи ⚠️ на силу трения: решение типовых примеров

Движение тела по поверхности другого тела всегда связано с преодолением силы трения. Насколько она замедляет передвижение? В какую сторону направлена? Зависит ли от присутствия между соприкасающимися поверхностями жидкости? Это вопросы, на которые отвечает специальный раздел физики.

Источник: klevo.net

Сила трения — что это за показатель?

Соприкосновение двух поверхностей неизменно ведет к появлению силы трения. Ее величина зависит от состояния тел и особенностей их движения:

• между неподвижными телами присутствует трение покоя;
• перекачивающимися — трение качения;
• скользящими — трение скольжения;
• в жидкой среде такой процесс носит название силы сопротивления среды.

Сила, появление которой зависит от соприкосновения двух поверхностей, называется силой трения.

Другими словами, каждое поверхностное движение тем слабее, чем выше трение соприкасающихся сторон. Объясняется это тем, что сила трения всегда направлена против этого движения и распространяется в плоскости, направленной по касательной.  

Для понимания данного процесса важно опираться на прямо пропорциональную зависимость силы нормального давления и свойств соприкасающихся поверхностей. Она, в свою очередь, объясняется существованием электромагнитного поля определенной величины.

Естественно, что трение, возникающее внутри механизмов, носит название внутреннего, снаружи — внешнего. Так, если работающий прибор не движется в пространстве, в нем возникают внутренние cилы трения. Если он перемещается относительно других тел, он должен преодолевать внешнюю силу трения.

Источник: 900igr.net

Действие силы трения можно наблюдать на примере:

Тело на горизонтальной поверхности, при отсутствии воздействия на него посторонних сил, лежит неподвижно. Начиная применять некую силу движения Fдв происходит попытка сдвинуть его с места.

Источник: infourok.ru

Сначала это не удается из-за того, что Fтр превышает величину внешней силы. Увеличивая модель последней, добиваются уравновешивания, а затем — превышение силы движения. В данном случае, сила трения — это сила покоя.

Даже максимальное трение не определяется площадью соприкасающихся поверхностей тел, но зависит от силы \(N\) (нормальное давление) и коэффициента трения покоя \(\mu0\).

\(Fтр\;пок=\mu0N\)

Продолжая увеличивать давление, добиваются того, что тело начинает скользить. Теперь при его движении действует сила трения скольжения, на преодоление которой также должно хватать значения внешней силы.

Если рассматриваемый предмет круглой формы, его движение сопровождается силой трения качения. Коэффициент трения при этом гораздо меньше, хотя особенности процесса идентичны. 

Тело, находящееся по поверхности под наклоном, испытывает на себе воздействие дополнительной силы — силы опоры.

Понятие и определение, в каких единицах измеряется

Классической формулой для определения Fтр предмета, лежащего на горизонтальной опоре, является:

\(F=\;k\ast N\)

где \(k\) — коэффициент трения. Это постоянная величина, которая отражается в специальных технических таблицах и зависит от природы вещества.

\(N\) — реакция опоры.

Kоэффициент k может встречаться в виде буквы \mu.

Помимо него, важно правильно определить реакцию опоры. Она высчитывается по формуле: \(N=m\ast g,\) где \(m\) — известная масса тела, g — показатель свободного падения, равный 9,8м/с².

Предмет, совершающий движение по наклонной поверхности, испытывает на себе воздействие нескольких сил. Поэтому формула для его Fтр принимает вид:

\(Fтр=k\ast m\ast g\ast\cos\alpha\)

В формуле используется гравитационная постоянная g. Ее величина равна 9,8 м/с². 

Источник: zen.yandex.ru

Для измерения силы трения в СИ существует единица Н (Ньютон). В системе CГС она измеряется в динах (дин).

Выразить смысл единицы Ньютон можно формулой:

\(H=кг\ast м/с2\)

Задачи на силу трения, решение типовых примеров

Задания по теме «Сила трения» могут иметь  разные направления:

1. На определение силы трения.
2. На определение коэффициента трения.
3. На определение силы трения покоя.
4. На определение силы трения скольжения.
5. На определение коэффициента трения скольжения.

Пример №1

Масса тела, находящегося на столе, составляет \(5 кг. µ=0,2\). К телу прилагают внешнюю силу, равную \(2,5Н\). Какая сила трения при этом возникает (по модулю)?

Решение: по формуле для максимальной силы трения \(Fмакс\;тр=\mu mg=0,2\ast5\ast10=10Н\)

Внешняя сила по условию задачи меньше, максимальной, поэтому тело находится в покое. Fтр уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется \(2,5Н.\)

Пример №2

Брусок из металла весит 4 кг и лежит на горизонтальной поверхности. Известно, что подвинуть его можно, приложив силу 20 Н, имеющую горизонтальное направление. Если на эту же поверхность положить предмет из пластика с массой 2 кг, необходимая сила значительно изменится. Какой величине она будет равна, если коэффициент трения пластикового предмета в 2 раза меньше металлического.

Решение:

На брусок из металла действует сила согласно формуле \(F1=m1\ast g\ast\;µ1\), на пластиковый — \(F2=m2\ast g\ast\;µ2=µ1/2m2\ast g\).

В начале действия \(F=Fтр\).

Формула, позволяющая решить задачу, имеет следующий вид: \(F2=F1/2\ast m2/m1=1/2\ast20\ast2/4=5Н\).

Пример №3

Санки весят 5 кг. При скольжении по горизонтальной поверхности на полозья действует сила трения 6 Н. Определить коэффициент трения, если ускорение свободного падения в данной ситуации равно 10 м/с².

Решение: при скольжении полозьев санок по поверхности сила трения скольжения обуславливается силой реакции опоры, а также коэффициентом µ. Формула имеет следующий вид: \(F=\;µN\). С другой стороны, второй закон Ньютона диктует, что \(N=mg\). Отсюда вытекает, что \(µ=F/mg=6H/5кг\ast10м/с2=0,12\).

Пример №4

Тело имеет массу 5 кг. Оно совершает движение в горизонтальной плоскости. При этом сила трения составляет 10 Н. Определить величину силы трения скольжения при условии, что масса уменьшится на 2 кг, а коэффициент останется без изменений.

Решение: сила трения имеет формулу \(F=\;µ\ast N\). Если тело движется горизонтально по опоре, согласно второму закону Ньютона, его \(N\) равняется произведению \(m\ast g\).

Исходя из этого, \(Fтр\) будет пропорциональна массе, умноженной на \(µ\). При неизменном коэффициенте трения уменьшение массы тела в 2 раза приведет к уменьшению силы трения скольжения также в 2 раза. Поэтому:

\(10H/2=5H.\)

Пример №5

Тело, движущееся по ровной горизонтальной плоскости, давит на нее с силой 20 Н. Сила трения при этом составляет 5 Н. Определить величину коэффициента трения скольжения.

Решение: Поскольку \(F=\;µ\ast P,µ=\;Fтр/P\). Подставляя значения, получаем расчет: \(5Н/20Н=0,25.\)

Ответ: \(µ=0,25\).

Получить знания или подготовить контрольную работу по теме «Сила трения» можно быстро и грамотно, если обратиться за помощью на Феникс.Хелп. 

Презентация по физике на тему «Сила трения.» (7 класс.)

Иванов Александр Николаевич, учитель физики МБОУ «СОШ № 53 с углубленным

изучением отдельных предметов». г.Чебоксары.

Тип урока: Урок изучения нового материала с элементами обобщения ранее изученного.

Цель урока: Дать понятие о трении и причинах его возникновения; сформировать знания о «силе трения» и «коэффициенте трения», как физические величины.
Задачи урока:

Образовательные:

• ознакомить учащихся с явлением трения и причинами его возникновения;

• сформировать знания о физических величинах: «сила трения», «коэффициент трения»; 

• раскрыть роль трения в быту, природе и технике, способы его уменьшения и увеличения.

Развивающие :

• развивать познавательный интерес к предмету;

• способствовать развитию памяти, логического мышления, умения анализировать, обобщать и делать выводы по результатам опытов и наблюдений;

• научить лаконично выражать свою мысль.

Воспитательные:

• формировать убежденность в возможности познания природы;

• формировать навыки делового общения и взаимного сотрудничества;

• прививать навыки культуры умственного труда.

Оборудование:

Презентация по теме: “Сила трения”, видеофрагменты «Скольжение гладкого тела» , «Сила трения покоя и скольжения» и «Сравнение сил трения покоя, скольжения и качения.», ,компьютер (ноутбук), мультимедийный проектор, набор грузов, динамометры, трибометры, бруски лабораторные, наждачная бумага, стекло, резина.

Ход урока:

(слайд №2)

I.Организационный момент

Настрой на урок

Учитель: Здравствуйте, ребята. Присаживайтесь.

Древняя Греция. Гуляя в тенистой роще, греческий философ беседовал со своим учеником:

– “Скажи мне,– спросил юноша, – почему тебя так часто одолевают сомнения. Ты прожил долгую жизнь, умудрен опытом. Как же так, что для тебя осталось так много неясных вопросов? В результате философ очертил перед собой два круга: маленький и большой. “Твои знания – это маленький круг, а мой большой. Но все, что осталось вне кругов – неизвестность. Маленький круг мало соприкасается с неизвестностью. Чем шире круг твоих знаний, тем больше граница с неизвестностью. И впредь, чем больше ты станешь изучать нового, тем больше будет возникать неизвестных вопросов”. Греческий мудрец дал исчерпывающий ответ.

II. Актуализация знаний.

Учитель: Изо дня в день на уроках круг ваших знаний растет и расширяется. Но одновременно увеличивается и граница с неизвестностью – возникают множество интересующих вас вопросов, на которые вы еще не в состоянии ответить! Например:

1. Какую роль играет слюна при глотании пищи?

2. Почему шелковый шнурок развязывается быстрее шерстяного?

3. Почему трудно удержать в руках живую рыбу?

4. Почему при росе косить траву легче?

А вот работая у доски или за партой, вы не задумывались над вопросами:

5. Почему мел или грифель карандаша оставляют следы на доске и на бумаге?

6. Почему для удаления нежелательных рисунков, сделанных карандашом в тетради предпочитаете использовать резиновый ластик ?

Ну вот мы и столкнулись с неизвестностью!

А вот на следующий вопрос вы наверняка знаете ответ:

7. Какое физическое явление помогает вам удалить ластиком нежелательный рисунок, сделанный карандашом в тетради? (Трение)

Верно. Процесс взаимодействия ластика с бумагой назовем трением.

В результате этого процесса возникает сила – сила трения.

Вот мы и определили тему нашего урока: «Сила трения.»

(слайд №3.)

III. Изучение нового материала.

Тема урока: «Сила трения.»

Что же нам предстоит выяснить сегодня на уроке.

План:

1.Что такое трение?

2. Установить причины возникновения силы трения.

3. Выяснить, какие виды силы трения бывают.

4. Измерить силы трения и сравнить их.

5. Определить, от чего же зависит сила трения.

6. Вывести формулу силы трения и сравнить коэффициенты трения.

7. Выяснить роль силы трения в нашей жизни.

8. Убедиться какую пользу и вред наносит силы трения.

(слайд №4.)

Учитель: Итак, что же такое трение?

Всем вам, ребята, приходилось кататься зимой на санках или лыжах. Почему при спуске с горы вы не продолжаете двигаться бесконечно, а останавливаетесь? Что вам мешает скользить все дальше и дальше?

Эксперимент №1.

Учитель: Давайте проведем следующий опыт:

У нас на столе имеется деревянный брусок. Возьмем его, положим перед собой и толкнем вдоль горизонтальной поверхности стола. Что с ним произошло?

Что вы можете сказать о движении тела?

Ученики: Приведенное в движение тело останавливается.

Учитель: Почему тело, приведенное в движение, останавливается?

Ученики: При соприкосновении одно тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению.

Учитель: Что же является причиной изменения скорости тела?

Ученики: Причиной изменения скорости тела, является сила, которая возникает при взаимодействии соприкасающихся тел.

Учитель: Правильно. Сила, характеризующая взаимодействие соприкасающихся тел является причиной торможения тела. Эту силу называют силой трения.

Какова точка приложения этой силы? И как же направлена эта сила?

Ученики: Сила трения всегда действует на движущееся тело в точках его соприкосновения с опорой, и направлена противоположно направлению его движения.

(Слайд №5.)

Учитель: Значит, на основе наблюдений , мы можем сделать следующие выводы:

Вывод №1:

Процесс взаимодействия поверхностей соприкасающихся тел, когда они неподвижны или перемещаются относительно друг друга, называется трением.

Сила, возникающая при взаимодействии поверхностей соприкасающихся тел, и препятствующая их относительному движению, называется силой трения.

Сила трения всегда действует на движущееся тело в точках его соприкосновения с опорой, и направлена противоположно направлению его движения. (рисунок на доске и в тетрадях.)

(слайд №6.)

Учитель: А каковы же причины возникновения трения?

Ученики: Скорее всего, причиной возникновения трения является шероховатая поверхность соприкасающихся тел. При соприкосновении тел, именно эти шероховатости своими взаимозацеплениями препятствуют продвижению тела.

Учитель: Ребята, а не возникает ли у вас мысль о том, что если сгладить эти неровности, то трение исчезнет.

Ученики: Да. С уменьшением неровностей поверхностей тел трение исчезнет.

Учитель: Но это не так. С уменьшением шероховатостей, уменьшается расстояние между молекулами соприкасающихся веществ, а значит увеличиваются силы межмолекулярных притяжений.

Это снова приводит к возникновению трения.

(слайд №7.)

Демонстрация видеофрагмента №1: «Скольжение гладких тел.»

Хотелось бы добавить немного лирики:

Причина силы трения – взаимозацепление

неровностей поверхностей в движении разных тел.

Тут бугорки, царапинки , еще шероховатости —

от них нам не избавиться, ты как бы ни хотел!

Когда же отшлифованы, тела отполированы ,

то друг по другу двигаться, казалось бы легко.

Увы, молекулярное , вступает притяжение

И трение в этом случае особо велико!

Вывод №2:

Причинами возникновения трения являются:

1) Шероховатые поверхности соприкасающихся тел;

2) Межмолекулярное притяжение взаимодействующих тел.

(слайд №8.)

Учитель: При наличии относительного покоя или движения двух соприкасающихся тел  силы трения, возникающие при их взаимодействии,

можно подразделить на:

• силы трения покоя;

• силы трения скольжения;

• силы трения качения.

Учитель: Ребята, а теперь рассмотрим каждый вид силы трения в отдельности.

(слайд №9.)

Эксперимент №2.

Рассмотрим случай, когда тело находится в покое на горизонтальной поверхности.

Пусть, например, на полу стоит шкаф. Попробуем его передвинуть. Если к шкафу приложить небольшую силу, то он даже не тронется с места. Почему?

Ученики: Очевидно, что действующая сила, которую мы прикладываем к шкафу уравновешивается силой трения между полом и ножками шкафа.

Учитель: Совершенно верно. Эту силу трения называют силой трения покоя.

Эксперимент №3. А теперь, положим брусок на наклонную плоскость.

Брусок остается на месте в состоянии покоя.

Что же удерживает его от соскальзывания вниз?

Ученики: Если бы не было силы трения, то тело под действием силы тяжести соскользнуло бы вниз по наклонной плоскости. Сила же трения покоя удерживает брусок на месте.

Учитель: Правильно. На практике можно наблюдать, что сила трения не только удерживает брусок на наклонной плоскости, но и удерживает гвоздь, вбитый в доску, не дает развязаться банту в ленте, шнуркам в ботинках, удерживает нитки, которыми сшиты рубашки.

Силу трения покоя можно назвать силой сцепления соприкасающихся тел.

Вывод№3: 1) Сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами и препятствующая возникновению движения этих тел относительно друг друга, называется силой трения покоя.

Сила трения покоя может быть разной. Она растёт вместе с силой, стремящейся сдвинуть тело с места. Но для двух соприкасающихся тел она имеет максимальное значение, больше которого быть не может.

(слайд №10.)

Эксперимент №4 (Движение бруска или книги по столу.)

Прижмем свою руку к лежащей на столе книге и передвинем её. Приложив к телу силу, превышающую максимальную силу трения покоя, мы сдвинем тело с места, и оно начнет двигаться – скользить.

В этом случае сила трения покоя сменится силой трения скольжения.

Вывод№3: 2) Сила трения скольжения – это сила, возникающая при поступательном движении одного из контактирующих тел относительно другого и действующая на движущееся тело в направлении, противоположном направлению его скольжения.

Например, такое трение возникает при движении саней или лыж по снегу.

(слайд №11.)

Эксперимент №4. (Движение тележки или шарика по горизонтальному столу.)

Если же одно тело не скользит, а катится по поверхности другого, то сила трения, возникающая при этом, называется силой трения качения.

Так, например, при движении колес вагона, автомобиля, при перекатывании бревен или бочек по земле проявляется трение качения.

Давайте посмотрим почему?

Колесо, которое катится, вдавливается в дорогу и образует бугорок и впадину, которые ему надо преодолеть. Поэтому катящемуся колесу постоянно приходится взбираться на появляющиеся бугорки и при этом скорость движения уменьшается, таким образом, возникает сила трения качения.

Вывод №3: 3)Значит, сила трения качения — это сопротивление движению, возникающее при перекатывании тел шарообразной или цилиндрической формы друг по другу, либо сопротивление качению одного тела (катка) по поверхности другого (опоры). Причина трения качения – деформация катка и опорной поверхности.

Учитель: Ребята, а как же измерить силу трения?

Для того, чтобы измерить силу трения скольжения деревянного бруска по столу, надо прикрепить к нему динамометр. Затем равномерно двигать брусок по столу, держа динамометр горизонтально.

Что при этом покажет динамометр?

На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Одна сила – сила упругости пружины динамометра, направленная в сторону движения. Вторая сила трения, направленная против движения. Так как брусок движется равномерно, то это значит, что эти силы равны по модулю, но противоположны по направлению. Динамометр показывает силу упругости или силу тяги, равную по модулю силе трения.

Учитель: Ребята, а какой способ передвижения грузов по земле вы предпочитаете? Как легче передвигать тяжелую сумку: на колесиках или волоча её по земле? Почему?

Ученики: Передвижение грузов легче совершать не волоком, а с использованием колес или бревен. Вероятно, сила трения качения меньше силы трения скольжения.

Учитель: Правильно. Для подтверждения наших предположений нам необходимо сравнить силу трения покоя, силу трения скольжения и силу трения качения для тел одинаковой массы?

Для проведения данного эксперимента на каждой парте имеется соответствующее оборудование: брусок, два груза, динамометр, трибометр и 4 карандаша.

По карточке с заданием выполните работу и сделайте соответствующий вывод.

Карточка – задание №1.

«Сравнение сил трения покоя, скольжения, качения.»

Оборудование: брусок , два груза, динамометр, трибометр и 4 карандаша.

Задание №1. Определение веса тела.

1. Подвесьте брусок с грузами к динамометру.

2. Запишите показание динамометра в таблицу.

Задание №2. Изучение трения покоя.

1. Положите брусок на деревянную линейку.

2. Положите на него два груза.

3. Прицепите к бруску динамометр и приведите брусок в движение.

4. Запишите показания динамометра, соответствующие началу движения.

Задание №3. Изучение трения скольжения.

1. Перемещайте брусок с грузами по линейке равномерно.

2. Запишите показания динамометра.

Задание №4.Изучение трение качения.

1. Положите брусок на четыре круглых карандаша и перемещайте его равномерно по столу.

2. Запишите показания динамометра.

Вес тела, (Н)

Трение покоя, (Н)

Трение скольжения,(Н)

Трение качения, (Н)

Вывод о соотношении этих сил:

Ученики: Предполагаемый вывод: сила трения качения меньше силы трения скольжения, а сила трения скольжения меньше силы трения покоя, но сила трения покоя меньше веса самого тела. Самая большая сила трения покоя.

(слайд№12.)

Учитель: Вывод№4: При одинаковых нагрузках сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения и покоя.

(слайд№13.)

Демонстрация видеофрагмента№2 : «Сравнение сил трения покоя, качения и скольжения.»

Учитель: Учёных издавна интересовало, от чего зависит сила трения. Леонардо да Винчи в 1500 году исследовал зависимость силы трения от материала, из которого изготовлены тела; от величины нагрузки на эти тела; от степени гладкости или шероховатости их поверхностей; ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но, к сожалению, работы Леонардо да Винчи не были опубликованы. (слайд№14.)

(слайд№15.) А хотите знать, от чего же зависит сила трения?

Давайте выясним это, а потом сравним результаты нашего исследования с результатами Леонардо да Винчи.

Но сначала введём понятие силы нормального давления. Сила нормального давления – это сила, прижимающая тело к опоре перпендикулярно ее поверхности.

Обратимся к рисунку: сила давления равна по модулю силе реакции опоры |F|=|N|.

(Карточки – задания №2 выполняют пять групп.)

Карточка – задание №2.

Карточка для первой группы.

Исследование зависимости силы трения от силы нормального давления. Оборудование: динамометр, трибометр, брусок, три груза весом по 1Н.

1. Измерьте силу трения скольжения бруска с одним грузом.

2. Измерьте силу трения скольжения бруска с двумя грузами.

3. Измерьте силу трения скольжения бруска с тремя грузами.

4. Ответьте на вопрос: зависит ли сила трения от силы нормального давления? Если зависит, то как?

Карточка второй группе.

Исследование зависимости силы трения скольжения от рода поверхности.

Оборудование: динамометр, трибометр, брусок, три груза весом по 1Н.

лист наждачной бумаги.

1. Измерьте силу трения скольжения бруска с двумя грузами;

а) по поверхности линейки трибометра;

б) по поверхности наждачной бумаги.

2. Сравните показания динамометра и сделайте вывод.

Карточка третьей группе.

Исследование зависимости силы трения скольжения от рода поверхности.

Оборудование: динамометр, трибометр, брусок, три груза весом по 1Н,

линейка с резиной.

1.Измерьте силу трения скольжения бруска с двумя грузами:

а) по поверхности линейки;

б) по поверхности линейки с резиной.

2. Сделайте вывод.

Карточка четвертой группе.

Исследование зависимости силы трения скольжения от рода поверхности. Оборудование: динамометр, трибометр, брусок, три груза весом по 1Н,

лист стекла.

1. Измерьте силу трения скольжения бруска с двумя грузами:

а) по поверхности линейки;

б) по поверхности стекла.

2. Сделайте вывод.

Карточка пятой группе.

Исследование зависимости силы трения скольжения от площади поверхности.

Оборудование: динамометр, трибометр, брусок, три груза весом по 1Н.

Положите брусок на линейку большой гранью, а на него два груза и измерьте силу трения.

Положите брусок на линейку меньшей гранью, поставьте на него два груза и измерьте силу трения.

Сделайте вывод.

Учитель: После отчета каждой группы можно заполнить таблицу и сформулировать общий вывод:

Количество

грузов

на бруске

Зависимость от:

Зависимость от рода поверхности

силы давления

площади соприкосновения

дерево

стекло

резина

один груз

два груза

(слайды №16, 17и18.)

Вывод №5: Сила трения скольжения зависит:

1. От рода трущихся поверхностей.

2. От шероховатости поверхности.

3. От силы нормального давления: чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения.

4. И не зависит от площади соприкасающихся тел!

(слайд №19.)

Учитель: Первая формулировка законов трения принадлежит великому Леонардо (1519 г.), который утверждал, что:

сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна силе прижатия, направлена против направления движения и не зависит от площади контакта.

Очень важно отметить, интенсивность взаимодействия поверхностей соприкасающихся тел зависящая от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки их поверхностного слоя характеризуется коэффициентом трения.

Коэффициент трения – это безразмерная физическая величина, определяющая отношение величины силы трения к силе нормального давления, прижимающей тело к опоре.

Сила трения вычисляется по формуле F=µN, где µ — коэффициент трения.

(слайд №20.)

Учитель: Ребята, а какова же роль силы трения в нашей жизни?

Что такое трение?

Трение – явление. Мотоциклам, поездам.
Враг оно нам или друг? Ну а также тормозить
Это знают все вокруг: И их всех остановить.
Если б трение пропало Но при том приносит вред
Чтоб со всеми нами стало? И не мало разных бед:
Мы ходить бы не смогли, В станках, приборах
Оттолкнувшись от земли. И это главное несчастье.
Помогает трение И поэтому вопрос
Начинать движение Не настолько уж и прост
Всем машинам, тракторам, Тренье друг нам или враг?
Мотоциклам, поездам. Ответ двоякий: так и так!

(слайд №21.)

Учитель: Только жизненный опыт позволяет нам определить пользу и вред наносимый силой трения.

Трение может быть как полезным, так и вредным. Когда оно полезно, его стараются увеличить (сделать поверхность более шероховатой, увеличить давление на поверхность), когда оно вредно, его стараются уменьшить (сделать поверхность более гладкой, применяют смазку между соприкасающимися поверхностями, заменяют трение скольжения на трение качения, применяют подшипники). Смазка поверхностей трущихся тел существенно уменьшает силу трения, возникающую между этими телами.

Это обьясняется тем, что жидкость заполняя неровности между соприкасающимися телами, создает между ними поверхностный слой , уменьшающий их контактное взаимодействие ( взаимозацепления).

А какие вы можете привести примеры, где нужно считаться с явлением трения, необходимо его увеличивать, либо уменьшать?

Ученики: (Перечисляются разнообразные примеры.)

Учитель: 18 августа 1851 года император Николай I совершил первую поездку из Петербурга в Москву по железной дороге. Начальник строительства дороги, генерал Клейнмихель, чтобы подчеркнуть торжественность события, приказал первую версту железнодорожного полотна покрасить белой масляной краской. Это подчеркивало то обстоятельство, что императорский поезд первым пройдет по нетронутой белизне уходящих вдаль рельсов. Однако Клейнмихель не учел одного обстоятельства. . Что именно? Он забыл о смазочном действии масляной краски, уменьшающем трение, — паровоз буксовал.

Ученики: А что было дальше?

Учитель: Жандармы, подобрав полы шинелей, бежали эту версту перед поездом и посыпали песком покрашенные рельсы, чтобы увеличить силу трения.

(слайд №22.)

IV. Закрепление .

Учитель: В русском фольклоре существует множество пословиц и поговорок, смысл которых можно обьяснить с физической точки зрения.

Например, «Не подмажешь – не поедешь»; «Готовь сани летом, а телегу зимой.»; «Ржавый плуг только по пахоте очищается.»; «Угря в руках не удержишь!»; «Коси коса, пока роса; роса долой, и мы домой!»;

«От работы пила, раскалилась до бела.»

Объясните их физический смысл.

Ответим на вопросы, поставленные в начале урока:

1.Почему мел или грифель карандаша оставляют следы на доске и на бумаге?

2.Какую роль играет слюна при глотании пищи?

3.Почему шелковый шнурок развязывается быстрее шерстяного?

4.Почему трудно удержать в руках живую рыбу?

5.Почему при росе косить траву легче?

(слайд №23.)

V. Подведение итогов.

1. Что такое трение?

2. Какую силу называют силой трения? Каково ее направление?

3. Каковы причины возникновения силы трения?

4. Какие виды трения существуют вокруг нас?

5. Какие способы уменьшения и увеличения трения существуют?

6. Зависит ли трение от среды, в которой оно возникает?

7. От каких факторов зависит (не зависит) сила трения?

8. Что представляет собой коэффициент трения?

9. Какова ее роль в нашей жизни?

10. Что случится, если исчезнет сила трения?

Учитель: Сегодня на уроке мы познакомились ещё с одной силой, которая называется силой трения. Эта сила очень важна для нас. Благодаря силе трения мы можем ходить, лежать, стоять, принимать пищу, держать предметы в руках, т.е. жить той жизнью, к которой мы привыкли с самого рождения. Невозможно представить тот хаос, который бы возник в случае исчезновения силы трения в природе.

Вот и кончился урок.
Снова прозвенел звонок,
Отдыхать мы можем смело,
А потом опять за дело.

Спасибо за урок!

(слайд №24.)

VI. Домашнее задание.

1. §§ 30 – 32;

2. Сб. задач. Глава 15.

3. Придумать сочинение на тему «Если бы исчезла сила трения …» (для желающих)

Сила трения скольжения и ее работа, виды трения

Благодаря силе трения мы не скользим, отталкиваясь от поверхности, когда идем по тропинке.

Иногда силу трения увеличивают, разбрасывая песок на покрытую льдом поверхность ступеней крыльца.

В некоторых случаях силу трения стараются уменьшить, смазывая трущиеся поверхности, например, подшипники на оси колеса.

Трущиеся поверхности нагреваются, поэтому с помощью силы трения можно зажечь огонь.

Виды трения

Пусть одно тело лежит на поверхности другого тела. В этом случае между поверхностями действует сила трения покоя.

Она может быть практически равной нулю, когда поверхности расположены горизонтально. Но иногда трение покоя может быть достаточно большим.

К примеру, если толкнуть в бок тяжелый ящик, лежащий на горизонтальном полу, мы почувствуем сопротивление. Оно возникает благодаря тому, что между поверхностями ящика и пола действует сила трения покоя, которая, по третьему закону Ньютона равна силе, с которой мы толкаем ящик.

Примечание: Пока тело не сдвинулось с места, сила трения покоя \( \overrightarrow{ F_{\text{тр. покоя}}} \) равна силе \( \vec{F} \), которая действует на тело!

\[ \large \boxed{ \left| \overrightarrow{F_{\text{тр. покоя}}} \right| = \left| \vec{F} \right| } \]

Чем больше становится приложенная нами сила, тем больше увеличивается трение покоя. Так будет происходить до тех пор, пока приложенную силу не увеличим настолько, что ящик сдвинется с места.

Как только ящик пришел в движение, сила трения покоя сменится силой трения скольжения.

Примечание: Сила трения скольжения меньше максимальной силы трения покоя.

Нам известно, что катить тележку с грузом по сухому асфальту легче, чем тянуть по асфальту волокуши с этим же грузом. Причина этого — сила трения.

Примечание: В местах соединения колес со ступицами присутствует трение, его называют трением качения, оно гораздо меньше трения скольжения.

Отличие между силами трения можно показать с помощью рисунка 1.

Трение покоя может изменяться от нуля до своего максимального значения \(F_{max}\). Это максимальное значение оказывается даже большим, чем сила трения скольжения.

Поэтому, с места столкнуть тело сложнее, чем подталкивать его, когда оно уже скользит по поверхности.

А сила трения качения будет незначительно отличаться от нуля. Катить всегда легче, чем тащить волоком.

Рис. 1. Шкала сил трения, трение качения меньше трения скольжения. А трение покоя может изменяться от нуля до величины, которая превышает трение скольжения

Сила трения имеет электромагнитную природу. Даже самая гладкая поверхность под микроскопом содержит бугры и впадины. Когда поверхности соприкасаются, тела взаимодействуют благодаря таким неровностям. Электронные оболочки атомов тел сближаются, образуется трение.

Формула для расчета силы трения

Рассмотрим тело, например, ящик (рис. 2), скользящий по горизонтальной поверхности со скоростью \(\vec{v}\).

Ящик давит на поверхность своим весом, на рисунке он не обозначен. Вертикально вверх направлена сила реакции поверхности, на которую ящик давит.

А сила трения направлена против движения ящика.

Рис. 2. Сила трения скольжения направлена всегда против движения тела

Силу трения скольжения можно вычислить, используя такое выражение:

\[ \large \boxed{ \left| \vec{F_{\text{тр. сколь}}} \right| = \mu \cdot N }\]

\( F_{\text{тр. сколь}} \left( H \right) \) – сила трения, которая возникает при скольжении одного тела по поверхности другого;

\( \mu \)  – коэффициент трения скольжения, это просто число, у него нет собственных единиц измерения;

\( N \left( H \right) \)  – сила реакции опоры. В каждом конкретном случае реакция опоры рассчитывается из соотношения, полученного при составлении векторных уравнений (ссылка).

Работа силы трения

Когда сила перемещает тело, физики говорят: «Сила совершает работу по перемещению тела».

Сила и перемещение – это векторы. Совершать работу может вектор силы, направленный по отношению к вектору перемещения под любым углом, кроме прямого!

Если же угол между направлением движения тела и силой будет прямым, то такая сила работу совершать не будет!

Сила трения может совершать работу. Но эта сила мешает телу двигаться, она направлена против движения. Поэтому, работу такой силы считаем отрицательной и записываем со знаком минус!

Примечание: Сила трения совершает работу, но эту работу мы записываем со знаком минус!

Работа любой силы — это скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения.

В векторном виде выражение для работы можно записать так:

\[ \large \boxed{ A_{\text{тр}} = \left( \vec{F_{\text{тр}}} \cdot \vec{S} \right) }\]

В школе формулу работы обычно записывают в скалярном виде:

\[ \large \boxed{ A_{\text{тр}} = \left| \vec{F_{\text{тр}}} \right| \cdot \left| \vec{S} \right| \cdot cos(\alpha) }\]

\( A_{\text{тр}} \left( \text{Дж} \right) \) – работа (силы трения), это скалярная величина;

\( F_{\text{тр}} \left( H \right) \) – сила трения;

\( S \left( \text{м} \right) \) – перемещение тела;

\( \alpha \) – угол между силой трения и перемещением тела;

Примечание: Трение относится к диссипативным силам. Когда диссипативная сила действует на систему, полная механическая энергия этой системы убывает (диссипирует). Убывающая энергия из механической переходит в другой вид энергии – к примеру, в тепловую энергию.

Урок 4. Сила трения скольжения

ВИДЕО УРОК

Сила трения скольжения возникает, если одно тело скользит по поверхности другого тела. Если сила, приложенная к телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом, хотя бы немного превосходит максимальную силу трения покоя, тело получает ускорение и начинает скользить по поверхности другого тела. Но и в этом случае на тело действует сила трения. При скольжении одного тела по другому, говорят о силе трении скольжения. Трение скольжения характеризуется силой трения, которая тормозит движение скольжения. Трение при движении саней по снегу. Трение рубанка по дереву. Трение пилы, зажатой в распиле бревна. Измерение показывает, что по абсолютному значению она приблизительно равна максимальной силе трения покоя. Направлена же сила трения скольжения всегда в сторону, противоположную направлению относительной скорости соприкасающихся тел. Это самая важная особенность силы трения скольжения. Направление силы трения (скольжения) противоположно направлению скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним тела. Ускорение, сообщаемое телу силой трения, также направлено противоположно направлению его относительной скорости, то есть сила трения скольжения всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела.
Чтобы измерить силу трения скольжения деревянного бруска по доске, поступим следующим образом. Положим брусок на горизонтальную доску и нагрузим его гирей. Будем равномерно двигать брусок по доске при помощи динамометра.
По показанию динамометра определим силу тяги. Силой сопротивления в данном случае является сила трения, возникающая при движении бруска по поверхности доски.
В случае равномерного движения бруска сила тяги равна силе трения. Таким образом, измерив силу тяги, мы найдём силу трения. Пользуясь динамометром, можно таким образом определить силу трения скольжения и в других случаях, например при движении саней по снегу, при передвижении какого-нибудь груза по полу и так далее. Необходимо только, чтобы перемещение саней или груза было равномерным. Так же как и максимальная сила трения покоя, сила трения скольжения пропорциональна силе давления, действующей на тело. 

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры и коэффициенту трения скольжения.

Сила трения скольжения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры и вычисляется по формуле: Коэффициент пропорциональности  k  здесь тот же, что и в формуле для максимальной силы трения покоя.
При увеличении веса тела и коэффициента трения увеличивается сила трения. Сила трения скольжения действует в тех случаях, когда тело движется или его пытаются сдвинуть с места. Сила реакции опоры – сила, при помощи которой опора действует на тело. Сила реакции опоры – сила, при помощи которой опора давит на тело, которое находится на ней. Из третьего закона Ньютона следует, что сила реакции опоры всегда равна силе, при помощи которой тело воздействует на опору. На неподвижной горизонтальной поверхности сила реакции опоры всегда равна весу тела или силе тяжести: На наклонной плоскости сила тяжести и сила, при помощи которой тело воздействует на опору, различаются. Сила реакции опоры всегда направлена перпендикулярно поверхности опоры.
Из формулы для силы трения видно, что коэффициент  k  равен отношению абсолютных значений силы трения и силы давления, или другими словами это отношение силы трения к силе реакции опоры. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Это значит, что сила трения меньше силы давления.
Коэффициент трения между двумя любыми материалами легко определить, если возможно измерить силу трения, которая равна силе тяги, при которой тело перемещается равномерно, и силу тяжести, которая на горизонтальной поверхности равна силе реакции опоры. Коэффициент трения скольжения не имеет размерности.

Если коэффициент трения о поверхность стола

равен  0,5, то это значит, что при весе бруска в  20 Н  его можно сдвинуть с места и двигать по столу, приложив к нему силу в  10 Н.
Коэффициент трения характеризует не тело, на которое действует сила трения, а сразу два тела, трущиеся друг о друга. Значение его зависит от того, из каких материалов сделаны трущиеся тела, как обработаны их поверхности, от чистоты поверхностей и так далее. Опыты показали, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей и от относительного положения тел. Коэффициент трения, например, конька о лёд одинаков на всём протяжении ледяной дорожки, если, конечно, поверхность льда всюду одинакова. Таким образом, сила трения является исключением из общего правила, по которому сила, действующая на тело, зависит от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует. Сила трения, оказывается, зависит не от положения тела, а от его скорости. Впрочем, абсолютное значение силы трения двух твёрдых тел от их относительной скорости тоже мало зависит. Зависимость силы трения от скорости состоит в том, что 

при изменении направления скорости изменяется и направление силы трения.
Значение коэффициента трения для некоторых материалов указаны в таблице:

Пары материалов	Коэффициент трения скольжения
Сталь — лёд (коньки)
Древесина — древесина
Покрышка — мокрый асфальт
Покрышка — сухой асфальт
Резина по бетону
Сталь по стали

Если сравнивать коэффициенты трения покрышки на сухом и мокром асфальте, то на мокром асфальте у одной и той же машины коэффициент трения, а также сила трения почти в  2  раза меньше, чем на сухом асфальте. В результате также увеличивается замедление торможения почти в  2  раза, поэтому тормозной путь может увеличиться почти в   4  раза. Эти значения коэффициента трения относятся к несмазанным поверхностям. Смазка существенно уменьшает силу трения.
Сталь по стали со смазкой скользит так же легко, как сталь по льду: коэффициент трения составляет всего  0,04. Трение между соприкасающимися твёрдыми телами (без смазки) называют сухим трением.
У силы трения имеются как положительные, так и отрицательные свойства. Если бы не было силы трения, то мы не могли бы оттолкнуться при ходьбе от земли, а машина не могла бы <<оттолкнуться>> от поверхности дороги. Там, где трение полезно, его увеличивают, а там, где оно вредно, – его уменьшают. В технике трение между различными вращающимися и скользящими поверхностями весьма нежелательно. Во всех машинах часть затраченной работы идёт на преодоление силы трения, в результате чего трущиеся тела нагреваются. В этих случаях трение вредно, его необходимо уменьшить. Для уменьшения силы трения применяют смазку. Смазка, располагаясь тонким слоем на поверхности трущихся тел, заполняет шероховатости, и в этом случае не трутся одна о другую поверхности соприкасающихся тел, а скользят друг относительно друга слои смазки. При решении задач о движении тел, на которые действует сила трения, надо всегда иметь в виду, что сила трения скольжения, действующая на тело, направлена в сторону, противоположную относительной скорости движения. Поэтому, чтобы нарисовать вектор силы трения, прежде всего надо определить направление движения тела. Тело равномерно движется по плоскости. Сила давления тела на плоскость равна  20 Н, сила трения  5 Н. Найдите коэффициент трения скольжения. Сила давления на плоскость, сила трения и коэффициент трения связаны соотношением
Следовательно, коэффициент трения скольжения равен:
ОТВЕТ:  0,25
Сила трения качения. При движении автомобиля, вагона, телеги их колёса не скользят, а катятся по различным поверхностям: шоссе, рельсам, грунту. Трение в таком случае называется трением качения.
Трением качения называется сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.

ОПЫТ:

Положим брусок, о котором говорилось выше, с той же с нагрузкой на две круглые палочки.

Если теперь измерить силу трения, то она окажется значительно меньше, чем при скольжении.
Установим наклонно книгу и положим на неё вдоль наклона круглый карандаш. Карандаш останется в покое. Положим теперь карандаш поперёк наклона – он скатится с книги. При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения. Шариковые и роликовые подшипники. Для уменьшения силы трения заменяют трение скольжения трением качения, используя шариковые либо роликовые подшипники
Валы машин и станков опираются на подшипники. Деталь разъёмного подшипника, непосредственно соприкасающаяся с валом, называется вкладышем. Вкладыш делают из бронзы, чугуна или стали. Для уменьшения трения между вкладышем и вращающимся валом внутреннюю поверхность чугунного или стального вкладыша покрывают особым материалом, чаще всего баббитом (сплав свинца, олова и других металлов). На рисунке
изображён подшипник, в котором вал  3  при вращении скользит по поверхности вкладыша  2. Подшипники такого рода называются подшипниками скольжения.

Для передвижения тяжёлых предметов очень часто под них подкладываются катки. Этим приёмом заменяют трение скольжения трением качения. Сила же трения качения, как уже было установлено, при одинаковой нагрузке значительно меньше силы трения скольжения. На этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Устройство простейших шарикового и роликового подшипников изображено на рисунках:
Внутреннее кольцо подшипника, изготовленное из закалённой стали, насаживается на вал. Наружное же кольцо закрепляется в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами. Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в  20 – 30  раз. Шариковыми и роликовыми подшипниками снабжаются разнообразные машины: автомобили, токарные станки, текстильные машины, электрические двигатели, велосипеды.
 

Почему мы предполагаем, что сила статического трения максимальна в задачах, связанных с качением объектов по наклонным плоскостям?

Сила трения не обязательно должна быть максимальной, и при этом она не должна быть равна составляющей веса вниз по рампе (на самом деле она не может быть равна этому. См. Ниже).

Давайте поставим задачу. В вашем вопросе уже есть свободная диаграмма тела, поэтому я не буду делать новую. Конечно, силы уравновешиваются перпендикулярно рампе, которая у вас уже есть: $$ N = мг \ соз \ тета $$

Параллельно имеющемуся пандусу по второму закону Ньютона: $$ \ sum F_x = mg \ sin \ theta-F_f = ma $$

Кроме того, используя второй закон Ньютона для вращения, мы имеем $$ \ sum \ tau = RF_f = I \ alpha = I \ frac aR $$

Где мы приняли качение без проскальзывания, поэтому $ \ alpha = \ frac aR $.*

долл. США

Разве величина силы трения не должна быть равна силе, с которой объект тянется?

Это будет означать, что $ mg \ sin \ theta = F_f $, поэтому тогда $ a = 0 $. Но если $ a = 0 $, то согласно нашему уравнению крутящего момента мы должны иметь $ F_f = 0 $, что является противоречием. Следовательно, наша сила статического трения не может быть равна составляющей веса при спуске по рампе. Катящийся шар всегда будет ускоряться вниз по рампе, поэтому $ F_f

Мы можем сравнить это с блоком на склоне, где угол отсутствия потягивания определяется $ \ tan \ theta \ leq \ mu $, то есть когда $ \ gamma \ gg1 $ (т.е. объект, который очень трудно катитесь, как блок на склоне (аналогия не идеальна, так что не заходите слишком далеко)).

Итак, мы видим, что сила статического трения не всегда будет равна максимальной силе статического трения. {- 1} \ left (\ frac {\ gamma + 1} {\ gamma} \ mu \ right) $, то можно сказать, что сила статического трения максимальна.* $ Примечание: это стандартная процедура для решения подобных проблем.

Вопрос по физике | Wyzant Спросите эксперта

Привет, Пепел!

Проблема состоит из трех частей.

1) Какую максимальную силу трения автомобиль может оказывать на землю?

Может быть, вы помните из уроков физики, но максимальная сила статического трения (назовем ее f _{с, макс.} ), которую объект может оказывать на землю, составляет μ _с Н (где N — нормальная сила, прилагаемая земля на автомобиле и μ _s — коэффициент трения покоя.)

В форме уравнения, f _{s, max} = _{μ s N}

Мы знаем μ _s , поэтому теперь нам просто нужно найти N, нормальную силу. Для этой части полезно нарисовать схему свободного тела. На машину действуют всего три силы. Гравитация, нормальная сила и трение. Гравитация указывает прямо вниз, нормальная сила указывает прямо вверх, а трение указывает в направлении, противоположном движению автомобиля.

Теперь, поскольку автомобиль не ускоряется вверх или вниз, мы знаем, что нормальная сила в точности равна силе тяжести, поэтому N = mg.

Возвращаясь к нашему первому уравнению, теперь мы имеем f _{с, max} = _{μ с мг = (0,85) (1020 кг) (9,8 м / с ² ) = 8496,6 с.ш.}

И это наш ответ!

2) Какое максимальное ускорение у этой машины?

В этой следующей части мы хотим найти максимальное ускорение этого автомобиля. Что ж, какая сила сможет разогнать машину? Ответ заключается в силе трения, которую земля оказывает на машину!

Вы помните второй закон Ньютона F = ma? Это говорит нам о том, что ускорение объекта пропорционально действующей на него чистой силе.Мы знаем, что F в этом случае равно f _{с, максимум} , который мы вычислили в части 1.

f _{с, max} = _{μ с mg = ma car, max}

μ _с mg = ma _{car, max}

Мы можем исключить m с обеих сторон, что показывает нам, что

a _{car, max} = μ _с g = (0,85) (9,8 м / с ² ) = 8,33 м / с ²

3) Если начальная скорость автомобиля составляла 27 м / с, как далеко он проехал до остановки?

Теперь, когда у нас есть все это, нас спрашивают, как далеко проехал автомобиль до остановки, если у него была начальная скорость 27 м / с.Что ж, мы знаем, что машина будет замедляться из-за рассчитанной нами силы трения, верно? И на самом деле мы уже вычислили ускорение, которое автомобиль испытывает из-за силы трения в части 2. Оно составляет 8,33 м / с ^2.

Вы видели это уравнение раньше на уроках физики?

v _xf ² = v _x0 ² + 2a _x d

v _xf — конечная скорость автомобиля

v _x0 — начальная скорость автомобиля

a _x — ускорение автомобиля

d — расстояние, пройденное при замедлении.

Если подумать о нашем сценарии, машина стартует со скоростью 27 м / с, поэтому v _x0 составляет 27 м / с. В конце автомобиль останавливается, поэтому его конечная скорость равна нулю, что означает, что v _xf = 0. Мы знаем, что ускорение автомобиля отрицательное , , потому что автомобиль замедляется, а не ускоряется, поэтому _x = -8,33 м / с ² . И это то, о чем нас просит проблема!

Если мы подставим эти значения, мы получим, что

v _xf ² = v _x0 ² + 2a _x d

0 = (27 м / с) ² + 2 (-8.33 м / с ² ) (d)

Переставляя, получаем, что

16,66d = (27) ²

d = (27) ² /16.66 = 43,76 м

— —————-

Надеюсь, это помогло! Если вы хотите получить более подробное объяснение или вам понадобится помощь с другими вопросами в будущем, не стесняйтесь обращаться ко мне!

— Алекс

Объект массой 10 кг находится на плоскости с наклоном — pi / 4. Если требуется 12 Н, чтобы начать толкать объект по плоскости, и 6 Н, чтобы продолжать толкать его, каковы коэффициенты статического и кинетического трения?

Нам предлагается найти коэффициенты статического трения # mu_s # и кинетического трения # mu_k #.

ПРИМЕЧАНИЕ : Поскольку данный угол равен отрицательному (# -pi / 4 #), я предполагаю, что это угол углубления (самый верхний угол на изображении выше), что означает угол, если наклон —

# пи / 2 — пи / 4 = ul (пи / 4 #

Я буду использовать этот угол для работы с задачей.

Коэффициент статического трения # mu_s # определяется уравнением

#f_s = mu_sn #

где

• # f_s # — величина силы статического трения (максимально допустимая сила перед началом движения объекта)

• # n # — величина нормальной силы, оказываемой наклонной плоскостью (равна # mgcostheta #)

Мы понимаем, что объект начинает двигаться, когда сила статического трения равна по величине другим силам, действующим на объект (гравитационная приложенная сила и ).

Таким образом,

#f_s = mgsintheta + F_ «применяется» #

Нам дана масса # 10 ## «kg» #, угол наклона # pi / 4 # и приложенная необходимая сила # 12 ## «N» #, поэтому мы имеем

#f_s = (10цвет (белый) (l) «кг») sin (pi / 4) + 12 ## «N» ## = 19.1 ## «N» #

Магнитная сила нормальной силы # n # равна

.

#n = mgcostheta = (10цвет (белый) (l) «кг») cos (pi / 4) = 7,07 ## «N» #

Таким образом,

#mu_s = (f_s) / n = (19.1cancel («N»)) / (7.07cancel («N»)) = цвет (красный) (ul (2.70 #

Коэффициент статического трения # mu_k # равен

#f_k = mu_kn # (обратите внимание на сходство со статическим трением)

, где # f_k # — величина кинетической силы трения (тормозящая сила, действующая во время движения объекта).

Величина кинетической силы трения будет равна приложенной толкающей силе (# 6 ## «N» #) плюс сила тяжести (равна # mgsintheta #):

#f_k = 6 ## «N» ## + 7.07 ## «N» ## = 13.1 ## «N» #

Следовательно, имеем

#mu_k = (f_k) / n = (13.1cancel («N»)) / (7.07cancel («N»)) = color (blue) (ul (1.85 #

Статическое трение: Определение | Примеры | Часто задаваемые вопросы — DewWool

Определение статического трения

Статическое трение — это сила сопротивления, которая удерживает объект в неподвижном состоянии. Другими словами, это сила трения между неподвижным объектом и скользящей поверхностью. Если объект движется, мы называем трение кинетическим трением.Мы довольно часто сталкиваемся с статическим трением в своей жизни, давайте разберемся на некоторых реальных примерах.

Статическое трение (вверху) и кинетическое трение (внизу)

Возможно, вы пытались толкать тяжелые предметы. Первоначально в течение нескольких секунд они не двигались, трение здесь — это трение покоя. Но через некоторое время у вас будет достаточно силы, чтобы преодолеть статическое трение и толкнуть объект вперед. Когда объект движется, в действие вступает кинетическое трение.

В этом примере вы могли понять, что статическое трение всегда больше кинетического.Статическое трение обычно обозначается f _s , а кинетическое трение — f _k .

Значение статического трения варьируется от нуля до максимальной силы, необходимой для перемещения объекта (ограничение трения).

Каковы законы / формулы статического трения ?

F _{s =} μ _{s *} N [где μ _s — коэффициент трения покоя, а N — нормальная сила]

Согласно приведенной выше формуле статическое трение прямо пропорционально нормальной силе.Чем больше вес объекта, тем больше статическое трение.

Статическое трение не зависит от площади поверхности контакта.

Действует по плоскости скольжения и противоположно направлению движения.

Статическое трение зависит от неровностей обеих поверхностей. Статическое трение возникает из-за блокировки этих неровностей.

Что такое предельное трение?

Это сила, необходимая для преодоления статического трения.Любая сила выше предельного трения приводит объект в движение. Другими словами, это максимальное значение статического трения. Это момент, когда объект вот-вот сдвинется. После этого начинает действовать кинетическое трение. Вы можете понять концепцию, посмотрев на график трения.

Какие примеры статического трения? Автомобили, припаркованные на склоне, останавливаются из-за статического трения.
Изображение Free-Photos с сайта Pixabay

1) Автомобили, припаркованные на холме.

2) Книга на столе. Книга не сдвинется автоматически. Необходимо приложить силу к сверхстатическому трению.

3) Пресс-папье на бумаге не дает бумаге летать. [Помните, что статическое трение прямо пропорционально нормальной силе. Здесь нормальная сила — это вес объекта]

4) Стационарный футбол на поле.

5) Ящерица, стоящая вертикально на поверхности стены.

Статическое трение — это объяснение саморегулирующейся силы?

Статическое трение — это саморегулирующаяся сила.Сила статического трения регулируется, чтобы остановить движение объекта. Пока ограничивающая сила не будет достигнута, она будет пытаться соответствовать приложенной силе.

Но сверх предела (предельное трение) оно превращается в кинетическое трение. Вы можете понять эту концепцию, используя график трения.

Что такое статическое трение в наклонной плоскости? Изображение PublicDomainPictures с сайта Pixabay

Когда объект находится в состоянии покоя, на него действует множество сил.Одна из таких сил — сила тяжести. Если объект находится на наклонной поверхности, то на него будет действовать составляющая этой гравитационной силы. Объект будет стремиться соскользнуть по склону. Но статическое трение попытается остановить это движение. Предельное трение зависит от угла наклона. Следовательно, угол наклона также можно рассматривать как фактор, влияющий на трение.

В чем разница между статическим и кинетическим трением?

1. Статическое трение применяется к объекту до его движения, а кинетическое трение применяется к объекту во время движения.Статическое трение всегда больше кинетического.

2. Коэффициент статического трения обозначается как μ _s , а коэффициент кинетического трения — μ _k .

3. Значение максимального статического трения (предельное трение) — это максимальная сила, необходимая для начала движения объекта, а значение кинетической силы трения — это максимальная сила, необходимая для удержания объекта в движении.

4. Припаркованный автомобиль — это пример статического трения, движущийся автомобиль — пример кинетического трения.

Постоянно ли статическое трение?

Статическое трение пропорционально приложенной силе до достижения значения предельного трения. Другими словами, статическое трение увеличивается до предела и не является постоянным. После достижения предельного значения трения оно остается довольно постоянным, известным как кинетическое трение. Это можно понять по графику трения.

Что такое максимальное статическое трение?

Максимальное трение покоя также называется предельным трением.Как объяснялось выше, это максимальное значение, которого может достичь статическое трение. Это величина трения, когда объект вот-вот двинется.

Трение качения выше, чем трение покоя?

В зависимости от типа контакта трение можно разделить на 2 категории: статическое и кинетическое трение. А в зависимости от состояния движения трение можно разделить на статическое и кинетическое трение. Значит, их нельзя сравнивать. Но поскольку трение качения возникает во время движения объекта, оно обычно меньше по сравнению с максимальным статическим трением.

Какой тип трения самый большой?

Статическое трение — это самый большой тип трения, за которым следует трение скольжения, качения, гидравлического трения и сопротивления воздуха.

Что такое простое определение статического трения?

Сила сопротивления объекта в состоянии покоя.

Почему возникает статическое трение?

Статическое трение возникает, когда объект находится в состоянии покоя. В состоянии покоя многие силы будут действовать на тело сбалансированным образом.Этому будут способствовать неровности поверхности, химические связи, сила тяжести и т. Д.

Как статическое трение применимо к реальной жизни? Какое применение статического трения?

• Пресс-папье
• Тормоза на автомобиле
• Ремни на талии
• Шляпы на голову
• Кольцо на пальце

Каков принцип статического трения? Каков механизм статического трения?

Например: когда книга лежит на столе, будут слабые химические связи, переплетение неровностей и т. Д.Эти факторы способствуют статическому трению.

Какие факторы влияют на статическое трение?

Сила статического трения зависит от следующих факторов:

• Неровности поверхностей
• Любые химические связи, например слабые ван-дер-Ваальские
• Сила тяжести
• Электромагнитные силы
• Угол наклона.
• Сила ветра

Почему статическое трение больше кинетического?

Чтобы переместить неподвижный объект, вам нужно разрушить все сильные химические силы притяжения и сцепление между поверхностями.При достижении порога эта сильная связь разрывается, а в процессе движения образуются временные слабые связи. Следовательно, статическое трение всегда больше кинетического.

Как увеличивается статическое трение?

Трение возникает из-за блокировки и химической связи. Когда вы толкаете объект, происходит скольжение двух поверхностей. При скольжении сцепление увеличивается, и связи не разрываются сразу. Но после того, как вы пересечете определенную пороговую силу, узы и блокировка разорвутся.Вот почему коэффициент статического трения всегда выше, чем коэффициент кинетического трения. Предельная сила трения зависит от коэффициента трения покоя и приложенной нормальной силы.

Что такое график трения?

График трения показывает величину трения во времени. Он показывает, сколько силы требуется для перемещения тела в состоянии покоя. Мы также можем рассчитать кинетическое трение, сколько силы требуется, чтобы удерживать движущееся тело в движении.

См. Также:

Исследование статического трения:

Авторы изучили теоретическую модель для определения статического трения.Авторы использовали нейронную сеть с радиальной базисной функцией (BRFNN) с алгоритмом поиска антенн жука (BAS) для разработки модели статического трения в роботизированном суставе. [Ссылка: https://www.hindawi.com/journals/mpe/2020/5839195/]

В этой статье обсуждается статическое трение между сталью и различными типами полимеров, называемых полиамидом. Вы можете прочитать эту статью, чтобы понять, как авторы измеряют трение. [Ссылка: https://doi.org/10.1051/matecconf/201818402004]

Почему статическое трение выше кинетического? — Мворганизация.org

Почему статическое трение выше кинетического?

Статическое трение больше, чем кинетическое трение, потому что действует больше сил, удерживающих объект в неподвижном состоянии, чем сил, действующих для сопротивления движущемуся объекту.

Какова формула статического трения?

Максимальная сила статического трения составляет: (fs) max = μs N, где μs — коэффициент статического трения. Статическое трение неуловимо, потому что сила статического трения является переменной и зависит от внешних сил, действующих на объект.То есть fs ≤ μs N, а (fs) max = μs N.

Меняется ли статическое трение?

Сила статического трения немного отличается от кинетической силы трения. Во-первых, сила статического трения изменит свое значение в зависимости от того, какое усилие приложено к объекту, снимающему зацепление.

Зависит ли статическое трение от угла?

Сила трения (Ff) по-прежнему зависит от перпендикулярной силы между объектом и поверхностью, называемой нормальной силой (Fn).При таком угле наклона трение максимально или готово к преодолению. Именно под этим углом можно рассчитать коэффициент статического трения.

Меняется ли статическое трение с углом?

Помните, что максимальная сила статического трения составляет мкН. По мере увеличения θ увеличивается статическая сила трения. Это продолжается до тех пор, пока угол наклона доски не станет таким, чтобы максимальная сила статического трения μmgcosθ была равна составляющей веса блока вниз по склону mgsinθ.

Как определить минимальное статическое трение?

Чтобы найти минимальный коэффициент статического трения между двумя материалами, постройте наклонную плоскость из одного из материалов и поместите на нее тело, сделанное из другого материала. Увеличивайте угол наклона, пока тело не начнет скользить. Тангенс угла — это коэффициент трения.

Есть ли у глины угол трения?

Угол внутреннего трения (φ) Теоретически чистая глина будет иметь значение 0 °, а φ будет расти с увеличением содержания песка и плотности примерно до 40 ° для плотной супеси.Поскольку чистые глины редко встречаются в верхних слоях почвы, типичное значение для «глинистой» почвы находится в диапазоне от 5 до 10 °.

Что такое эффективный угол трения?

Угол трения грунта — это параметр прочности грунта на сдвиг. Его определение происходит из критерия разрушения Мора-Кулона и используется для описания сопротивления грунта сдвигу трением вместе с нормальным эффективным напряжением.

Какое трение называется саморегулирующимся трением?

Статическое трение

Что такое угол трения или естественного откоса?

Угол трения: это угол, который образует результат ограничивающего трения и нормальной реакции с нормальной реакцией.Угол естественного откоса: это минимальный угол, который наклонная плоскость образует с горизонталью, когда тело, помещенное на нее, только начинает скользить вниз.

Что такое угол трения или покоя объяснить с выводом?

Угол трения определяется как угол, образованный равнодействующей нормальной реакции и силы трения с нормальной реакцией. Рассмотрим тело, лежащее на горизонтальной поверхности. Если α — угол, образованный равнодействующей нормальной реакции и силы трения с нормальной реакцией, то α — угол трения.

Как угол влияет на трение?

По мере увеличения угла наклона нормальная сила уменьшается, что уменьшает силу трения. По мере увеличения угла наклона сила трения будет уменьшаться из-за изменения нормальной силы.

Что такое угол естественного откоса?

Угол естественного откоса определяется как угол, который наклонная плоскость образует с горизонталью, когда помещенное на нее тело находится на грани соскальзывания вниз.Следовательно, угол естественного откоса равен обратной тангенсу коэффициента трения между блоком и плоскостью.

Какой угол естественного откоса показывает, что угол естественного откоса равен углу трения?

Угол естественного откоса: — Угол естественного откоса — это минимальный угол между наклонной плоскостью и горизонталью, когда помещенное на нее тело только начинает скользить вниз. Следовательно, угол трения равен углу естественного откоса.

Какая связь между коэффициентом статического трения и углом трения?

Итак, коэффициент статического трения равен тангенсу угла, под которым скользят предметы.

Разница между кинетическим трением и статическим трением

Тангенциальная составляющая силы взаимодействия двух соприкасающихся поверхностей называется трением. Это приводит к сопротивлению движению между поверхностями и может вызвать механическую деформацию и нагрев.

В зависимости от того, находятся ли поверхности в относительном движении относительно друг друга, трение делится на статическое и кинетическое.

Что такое кинетическое трение?

Кинетическое трение — это тормозящая сила между двумя контактирующими объектами, которые движутся друг относительно друга.Это зависит от типа контактирующих поверхностей. Кинетическое трение высокое для шероховатых и сухих поверхностей и низкое для влажных и гладких.

Сила, необходимая для приведения в движение (т. Е. Преодоления трения покоя), больше силы, необходимой для продолжения движения (т. Е. Преодоления кинетического трения). Таким образом, коэффициент кинетического трения (μk) ниже, чем коэффициент статического трения (μs).

Кинетическое трение между двумя поверхностями остается постоянным, независимо от относительной скорости их движения.Коэффициент кинетического трения имеет постоянное значение для каждой пары контактирующих поверхностей (материалов). Например, 0,57 для контакта сталь / сталь, 0,47 для контакта сталь / алюминий и т. Д.

Кинетическое трение (fk) равно:

fk = мккн,

где μk — коэффициент кинетического трения, а n — величина нормальной контактной силы между поверхностями.

Что такое статическое трение?

Сила, которую нужно преодолеть, чтобы заставить что-то двигаться, называется статическим трением.Это сила, которая предотвращает скольжение объекта, помещенного на наклонной поверхности.

На твердых поверхностях статическое трение возникает как следствие шероховатости поверхности соприкасающихся предметов. Его величина зависит от типа контактирующих поверхностей. Он выше для шероховатых и сухих поверхностей и ниже для влажных и гладких.

Сила, необходимая для приведения в движение (т. Е. Преодоления трения покоя), больше силы, необходимой для продолжения движения (т. Е. Преодоления кинетического трения).Таким образом, коэффициент статического трения (μs) превышает коэффициент кинетического трения (μk).

Коэффициент статического трения имеет постоянное значение для каждой пары контактирующих поверхностей (материалов). Например, 0,74 для контакта сталь / сталь, 0,61 для контакта сталь / алюминий и т. Д.

Чтобы заставить неподвижный объект двигаться, мы должны преодолеть силу статического трения с помощью приложенной силы. Когда к неподвижному объекту прикладывается небольшая сила, статическое трение имеет такую ​​же величину, но в направлении, противоположном приложенной силе.Когда сила увеличивается, в определенный момент она достигает максимального значения статического трения. В этот момент статическое трение преодолевается, и объект начинает двигаться.

Максимальное статическое трение (fs max) равно:

fsmax = μsn,

где μs — коэффициент трения покоя, а n — величина нормального контактного усилия между поверхностями.

Разница между кинетическим и статическим трением

1) Определение кинетического и статического трения

K inetic F riction : Сила торможения между двумя контактирующими объектами, которые движутся друг относительно друга, называется кинетическим трением.

Статический F riction : Сила, которую необходимо преодолеть, чтобы заставить что-то двигаться, называется статическим трением.

2) Формула кинетического и статического трения

Кинетическое трение: Кинетическое трение (fk) равно fk = μkn, где μk — коэффициент кинетического трения, а n — величина нормальной контактной силы между поверхностями.

Трение покоя: Максимальное трение покоя (fs max) равно fsmax = μsn, где μs — коэффициент трения покоя, а n — величина нормальной контактной силы между поверхностями.

3) Величина кинетического и статического трения

K inetic F riction : Сила, необходимая для движения, всегда больше силы, необходимой для продолжения движения. Таким образом, кинетический коэффициент трения меньше, чем коэффициент трения покоя.

Статический F трение : Коэффициент статического трения превышает коэффициент кинетического трения.

Сводка кинетического и статического трения:

• Тангенциальная составляющая силы взаимодействия между двумя контактирующими поверхностями называется трением.Это приводит к сопротивлению движению между поверхностями и может вызвать механическую деформацию и нагрев.
• Сила замедления между двумя объектами, которые движутся друг относительно друга, называется кинетическим трением. Сила, которую нужно преодолеть, чтобы заставить что-то двигаться, называется статическим трением.
• Трение зависит от типа контактирующих поверхностей. Он высокий для шероховатых и сухих поверхностей и низкий для влажных и гладких.
• Сила, необходимая для приведения в движение (т.е. для преодоления статического трения) больше, чем необходимо для продолжения движения (то есть для преодоления кинетического трения). Таким образом, коэффициент статического трения (μs) превышает коэффициент кинетического трения (μk).
• Кинетическое трение (fk) равно fk = μkn, где μk — коэффициент кинетического трения, а n — величина нормальной контактной силы между контактирующими поверхностями. Максимальное статическое трение (fs max) равно fsmax = μsn, где μs — коэффициент статического трения, а n — величина нормальной контактной силы между контактирующими поверхностями.

Эксперт по окружающей среде со степенью доктора ботаники в Институте исследований леса Болгарской академии наук.

Мариам имеет степень магистра экологии и доктора ботаники.
В настоящее время она работает в Научно-исследовательском институте леса Болгарской академии наук.
Мариам имеет более 10 лет профессионального опыта в области научных исследований и консультирования по вопросам окружающей среды. Она работала в некоммерческой, коммерческой и академической среде и консультировала бизнес-клиентов и компетентные органы.
Основные профессиональные интересы:
Научные исследования;
Написание веб-контента;
Консультации по охране окружающей среды.

Последние сообщения Мариам Божиловой Лесной научно-исследовательский институт БАН (посмотреть все)

: Если вам понравилась эта статья или наш сайт. Пожалуйста, расскажите об этом. Поделитесь им с друзьями / семьей.

Цит.
APA 7
Божилова Д. (16 июля 2018 г.). Разница между кинетическим трением и статическим трением. Разница между похожими терминами и объектами. http://www.differencebetween.net/science/physics-science/difference-between-kinetic-friction-and-static-friction/.
ОМС 8
Божилова, д-р Мариам. «Разница между кинетическим трением и статическим трением». Разница между похожими терминами и объектами, 16 июля 2018 г., http://www.differencebetween.net/science/physics-science/difference-between-kinetic-friction-and-static-friction/.

Практика — Гипертекст по физике

На поддон действуют четыре силы: сила тяжести Земли, направленная вниз, нормальная сила, отталкивающая пол, толчок вилочного погрузчика вперед и сопротивление трения в обратном направлении.Вес и нормальный вес в этом примере равны, поскольку пол ровный. Трение меняется со статического на кинетическое — сначала статическое трение, поскольку поддон изначально не движется, затем кинетическое трение, когда поддон начинает движение. Толкание также изменяется с нуля на значение, необходимое для движения поддона, а затем снова на нулевое значение через 0,5 секунды движения.

1. Чтобы поддон завелся, водитель должен толкнуть его с силой, равной максимальному статическому трению.

   P = f с = µ с N = µ с мг P = (0,28) (600 кг) (9,8 м / с 2 ) P = 1646 N

2. Как только поддон начинает движение, коэффициент трения падает со статического значения до кинетического.

   f k = µ k N = µ k mg f k = (0.17) (600 кг) (9,8 м / с 2 ) f k = 1000 Н

   Но вилочный погрузчик по-прежнему толкает с силой 1650 Н. Таким образом, у нас есть ненулевая чистая сила.

   ∑ F = P — f k ∑ F = 1646 N — 1000 N ∑ F = 646 N

   Чистая сила вызывает ускорение.

   a = ∑ F / м a = (646 Н) / (600 кг) a = 1.08 м / с 2

   Ускорение происходит с изменением скорости.

   v = v 0 + при v = (1,08 м / с 2 ) (0,5 с) v = 0,54 м / с

3. Когда погрузчик перестает толкать, кинетическое трение становится результирующей силой. Эта результирующая сила вызовет ускорение, противоположное направлению движения. Когда один вектор противоположен другому, один из двух должен быть отрицательным.Для решения этой проблемы удобнее всего позволить трению быть отрицательным.

   a = ∑ F / м = f k / м a = (-1000 Н) / (600 кг) a = -1,67 м / с 2

   Выберите соответствующее уравнение движения

   v ² = v ₀ ² + 2 a ∆ s

   Удалите нулевой член (конечная скорость), найдите расстояние, замените и вычислите.Смотрите, как исчезают отрицательные знаки. Это должно произойти. Движущийся вперед объект должен быть смещен вперед.

   ∆ s = — (0,54 м / с) 2 2 (-1,67 м / с 2 )

Напишите что-нибудь другое.

Ответь.

road-test-summary.txt
Этот текстовый файл, разделенный табуляцией, содержит данные тормозного пути для 123 автомобилей, протестированных журналом Road & Track (платная ссылка) в 1998 году.Были использованы две начальные скорости: 26,82 м / с (60 миль в час) и 35,76 м / с (80 миль в час). Используйте данные из этого файла и ваше любимое программное обеспечение для анализа данных, чтобы определить коэффициент статического трения автомобильных шин о дорожное покрытие.

Начнем со второго закона движения Ньютона.

∑ F = м a

На остановившуюся машину действуют три силы: вес, направленный вниз, нормальный, направленный вверх (мы должны предположить, что тестовая трасса ровная) и (пока колеса не блокируются и автомобиль не скользит). ) статическое трение.Конечно, есть еще и аэродинамическое сопротивление, но беспокоиться об этой силе в этой проблеме было бы пустой тратой времени. Вес и нормальный ход уравновешиваются, поскольку автомобиль не ускоряется ни вверх, ни вниз. Таким образом, статическое трение — это чистая сила, действующая на тормозящий автомобиль.

f _s = ma

Заменить f _s на его классическую формулу.

мкм _с N = мА

Ранее мы предполагали (вполне разумно), что тестовая дорожка будет ровной, а это значит, что нормальный вес равен ( Вт = мг ).

мкм _с мг = мА

Произведите магию алгебры и решите цель этой задачи — коэффициент трения.

Отлично, но что такое и ? Вернитесь в старые добрые времена, когда вы изучали уравнения движения. Выберите тот, который не требует времени, и решите его для ускорения.

v ² = v ₀ ² + 2 a ∆ s

Подставьте это выражение в предыдущее.

Возьмите все числа в road-test-summary.txt и прогоните их через это окончательное уравнение. Эти результаты приведены в файле road-test-summary-solution.txt. (Примечание: я использовал г = 9,8 м / с ² , но можно также использовать значение стандартной силы тяжести г = 9,80665 м / с ² .) Используя среднее значение этих 246 испытаний в качестве значения а стандартное отклонение как неопределенность дает следующий ответ.

мкм _с = 0,91 ± 0.10

.