Site Loader

Содержание

Сила трения

Что такое сила трения

Тела взаимодействуют друг с другом по-разному. Один из видов взаимодействия  — трение. Прежде чем разбираться с тонкостями сухого и вязкого трения, ответим на два вопроса. Что такое сила трения, и когда она возникает? 

Что такое сила трения?

Сила трения — сила, возникающая при соприкосновении тел и препятствующая их относительному движению.

Трение возникает вследствие  взаимодействия между атомами и молекулами тел, когда они соприкасаются друг с другом.

Природа силы трения — электромагнитная.

Как и для любого другого взаимодействия, для трения справедлив третий закон Ньютона. Если на одно из двух взаимодействующих тел действует сила трения, то такая же по модулю сила действует на другое тело в противоположном направлении. 

Сила трения покоя и сила трения скольжения

Различают сухое и вязкое трение, силу трения покоя, силу трения скольжения, силу трения качения.

Сухое трение — это трение, которое возникает между твердыми телами при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Силы трения направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям.

Представим, что на тело, например, брусок, лежащий на столе, действует некоторая внешняя сила. Эта сила стремится сдвинуть брусок с места. Пока тела покоятся, на брусок действуют сила трения покоя и, собственно, внешняя сила. Сила трения покоя равна внешней силе и уравновешивает ее.

Когда внешняя сила превышает некоторое предельное значение Fтр. max, брусок сдвигается с места. На него так же действует сила трения, но это уже не сила трения покоя, а сила трения скольжения. Сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную движению, и зависит от скорости движения тела.

При решении физических задач силу трения скольжения часто принимают равной максимальной силе трения покоя, а зависимостью от силы трения от относительной скорости движения тел пренебрегают. 

На рисунке выше показаны реальная и идеализированная характеристики сухого трения. Как видим, на самом деле сила трения скольжения меняется в зависимости от скорости, однако изменения не столь велики, чтобы ими нельзя было пренебречь.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Сила трения пропорциональна силе нормальной реакции опоры.

Fтр=Fтр. max=μN.

Что такое коэффициент трения скольжения?

μ — коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом трения скольжения. Он зависит от материалов соприкосающихся тел и их свойств. Коэффициент трения скольжения — безразмерная величина, не превышающая единицы.

Силы трения качения возникают при качении тел. Обычно при решении задач ими пренебрегают. 

Вязкое трение в жидкостях и газах

Вязкое трение возникает при движении тел в жидкостях и газах. Сила вязкого трения также направлена в сторону, противоположную движению тела, но по величине гораздо меньше силы трения скольжения. Трение покоя отсутствует при вязком трении.

Расчет силы вязкого трения более сложен, нежели расчет силы трения скольжения. При малых скоростях движения тела в жидкоси сила вязкого трения пропорциональна скорости тела, а при больших скоростях — квадрату скорости. Коэффициенты пропорциональности при этом зависят от формы тел, также необходимо учитывать свойства самой среды, в которой происходит движение. 

Например, силы вязкого трения в воде и масле будут отличаться, так как эти жидкости имеют различные вязкости. 

Силы трения скольж.Сила упругости.Закон Гука

Природа сил трения – силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел.

Особенности сил трения:

  • возникают при соприкосновении двух движущихся тел;
  • действуют параллельно поверхности соприкосновения тел;
  • направлены против движения тела.

Виды силы трения:    

При скольжении сила трения скольжения зависит не только от состояния трущихся поверхностей, но и от относительной скорости движения тел.

Замечено, что тяжелый предмет, например ящик, трудно сдвинуть с места, а потом двигать его становится легче. Это и объясняется уменьшением силы трения при появлении скольжения с малой скоростью. При слишком больших относительных скоростях сила трения скольжения приблизительно равна максимальной силе трения покоя:

Fтр Fтр.макс = N.

Максимальное Fтр.максзначение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры.(Этот закон впервые установил экспериментально фр. физик Кулон).    , где  (греческая буква, читается «мю») – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Он характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения не имеет размерность, определяется экспериментально. 

Эти значения коэффициента трения относятся к случаю, когда поверхности тел не смазаны. Смазка (минеральное масло) существенно уменьшает силу трения .

Сила упругости.  При любом виде деформации возникает сила, которая стремиться вернуть тело в первоначальное состояние — эта сила и называется силой упругости

Деформация — изменение формы и объема тела под действием внешних сил. Вида деформации: растяжение, сжатие, кручение, изгиб, сдвиг.

Природа сил упругости — атомы в твердом теле расположены таким образом, что силы отталкивания одноименных электрических зарядов и силы притяжения разноименных — уравновешивают друг друга. С

илы упругости по своей природе являются электромагнитными силами. В результате деформации электрические силы стремятся возвратить атомы в первоначальное состояние.

Сила упругости всегда определяется по закону Гука: При упругой деформации растяжения (или сжатия) удлинение тела прямо пропорционально приложенной силе. где k — коэффициент упругости или жесткости. 

Учитывая, что проекция силы упругости деформированного тела на ось X  и координата x

имеют противоположные знаки, то можно записать:

Закон Гука хорошо выполняется только при упругих деформациях, при которых x мало.

На рисунке представлены деформация растяжения (x > 0) и сжатия (x < 0). Внешняя сила 

 

Сила трения – FIZI4KA

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

силой трения. Эта сила всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения.

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

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

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

Максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе нормального давления.

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

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

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

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

4. Если тело катится по поверхности другого тела, то на него тоже действует сила трения. Это — сила трения качения. Она прямо пропорциональна силе нормального давления (реакции опоры) ​\( N \)​ и обратно пропорциональна радиусу ​\( R \)​ катящегося тела: ​\( F_{кач}=\mu\frac{N}{R} \)​, где ​\( \mu \)​ — коэффициент трения качения.2}{2a} \)​.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1) 1 Н
2) 2 Н
3) 4 Н
4) 5 Н

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

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

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

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

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

Часть 2

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

Ответы

Сила трения

2.9 (57.43%) 70 votes

Сила трения 🐲 СПАДИЛО.РУ

Определения

Трение — вариант взаимодействия двух тел. Оно возникает при движении одного тела по поверхности другого. При этом тела действуют друг на друга с силой, которая называется силой трения. Сила трения имеет электромагнитную природу.

Сила трения — сила, возникающая между телами при их движении или при попытке их сдвинуть. Обозначается как Fтр. Единица измерения — Н (Ньютон).

Трение бывает сухим и жидким. В школьном курсе физике изучается сухое трение.

Виды сухого трения:

  1. трение скольжения;
  2. трение качения;
  3. трение покоя.

Трение скольжения

Трение скольжения — трение, возникающее при скольжении одного тела по поверхности другого. Сила трения скольжения направлена противоположно направлению движения тела: Fтр↑↓v.

Сила трения скольжения определяется формулой:

μ — коэффициент трения, N — сила реакции опоры, Fдавл. — сила нормального давления

Сила реакции опоры и сила нормального давления — равные по модулю, но противоположные по направлению силы. Если тело не перемещается с ускорением относительно оси ОУ, модули силы реакции опоры и силы нормального давления равны модулю силы тяжести, действующей на это тело.

Силу трения скольжения зависит от степени неровности (шероховатости) поверхности. Поэтому ее можно легко менять.

Чтобы увеличить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность тела более шероховатой. Так, чтобы зимой автомобили не скользили по голому льду, автомобилисты используют зимние шины. От летних они отличаются глубоким протектором и наличием шипов, создающих дополнительную неровность.

Чтобы уменьшить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность более ровной. Ее можно отшлифовать или смазать. Так, чтобы лыжи скользили по снегу лучше, их смазывают специальными мазями или парафинами.

Полезные факты
  • Если тело движется по гладкой поверхности, сила трения между ними отсутствует.
  • Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.
  • Сила трения качения обычно в несколько раз меньше силы трения скольжения. Поэтому тяжелые грузы перемещают не волоком, а с помощью тележек на колесах.

Пример №1. Конькобежец массой 70 кг скользит по льду. Какова сила трения, действующая на конькобежца, если коэффициент трения скольжения коньков по льду равен 0,002?

Сила реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на конькобежца. Отсюда:

Трение покоя

Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя противоположно направлено приложенной к телу силе (в сторону возможного движения).

Сила трения покоя всегда больше нуля, но всегда меньше силы трения скольжения:

0 < Fтр.пок. < Fтр. ск.

Способы определения вида силы трения, возникающей между телами, и ее модуля:

  • Когда к телу прикладывается сила F , модуль которой меньше силы трения скольжения, возникает сила трения покоя. Тело продолжает покоиться. При этом модуль силы трения покоя равен модулю прикладываемой к телу силы. Если F < Fтр. ск., Fтр.пок. = F.
  • Когда к телу прикладывается сила, модуль которой равен силе трения скольжения или превышает ее, возникает сила трения скольжения. Тело при этом начинает двигаться. Сила трения определяется формулой силы трения скольжения. Если F ≥ Fтр. ск., Fтр. = Fтр.ск.

Графически это можно изобразить так:

Пример №2. На горизонтальном полу стоит ящик массой 20 кг. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,3. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 36 Н. Какова сила трения между ящиком и полом?

Чтобы определить вид трения, возникающего между ящиком и полом, нужно найти силу трения скольжения и сравнить с ней приложенную к ящику силу.

Сила, приложенная к ящику, меньше силы трения скольжения. Значит, между ящиком и полом возникает сила трения покоя. Модуль силы трения покоя равен модулю приложенной силы:

Fтр.пок. = F = 36 (Н).

Описание движения тел с учетом сил трения

Тело может двигаться по горизонтальной, наклонной или вертикальной плоскости. Оно может покоиться, двигаться равномерно или с ускорением, а сила тяги, под действием которой движется тело, может быть направлена, как в сторону движения тела, так и под углом к плоскости. Поэтому применение законов Ньютона к каждому из случаев имеет свои особенности.

Движение тела по горизонтальной плоскости

Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fт – Fтр = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg = 0

Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

– Fтр = –ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg = 0

Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх)
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fтcosα – Fтр = ma

Проекция на ось ОУ:

Fтsinα + N – mg = 0

Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз)
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fтcosα – Fтр = ma

Проекция на ось ОУ:

N – Fтsinα – mg = 0

Внимание! В случаях, когда сила тяги Fт направлена под углом к плоскости движения, сила реакции опоры не равна силе тяжести: N ≠ mg.

Пример №3. Брусок массой 1 кг движется равноускоренно по горизонтальной поверхности под действием силы 10 Н, как показано на рисунке. Коэффициент трения скольжения равен 0,4, а угол наклона α — 30 градусов. Чему равен модуль силы трения? Сила трения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры:

Fтр = μN

Проекция сил на ось ОУ выглядит так:

N – Fтsinα – mg = 0

Отсюда силы реакции опоры равна:

N = Fтsinα + mg

Подставим ее в формулу для вычисления силы трения и получим:

Fтр = μN = μ (Fтsinα + mg) = 0,4(10∙0,5 + 1∙10) = 6 (Н)

Движение тела по вертикальной плоскости

Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

N – F = 0

Проекция на ось ОУ:

Fт.п. – mg = 0

Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

N – Fтsinα = 0

Проекция на ось ОУ:

Fтcosα – Fтр – mg = 0

Пример №4. Груз массой 50 кг удерживают на вертикальной плоскости, коэффициент трения которой равен 0,4. Определить, какую силу нужно приложить, чтобы груз оставался в состоянии покоя. Проекция на ось ОХ:

N – F = 0

Отсюда следует, что сила должна быть равна силе реакции опоры. Проекция на ось ОУ:

Fт.п. – mg = 0

Перепишем, выразив силу трения через силу реакции опоры:

μN – mg = 0

Отсюда выразим силу реакции опоры: Следовательно:

Движение тела по наклонной плоскости

Движение вниз без трения
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N = ma

Проекция на ось ОХ:

mg sinα = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Тело покоится на наклонной плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

mg sinα – Fтр.п. = 0

Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Тело удерживают на наклонной плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + F + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

F + Fтр. – mg sinα = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fт – mg sinα – Fтр. = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Равномерное движение вверх с учетом силы трения
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + F + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fт – mg sinα – Fтр. = 0

Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Пример №5. Брусок массой 200 г покоится на наклонной плоскости. Коэффициент трения между поверхностью бруска и плоскостью равен 0,6. Определите величину силы трения, если угол наклона плоскости к горизонту равен 30 градусам. Переведем массу в килограммы: 200 г = 0,2 кг. Проекция сил, действующих на тело, на ось ОХ:

mg sinα – Fтр.п. = 0

Отсюда сила трения равна:

Fтр.п. = mg sin α

Подставляем известные данные и вычисляем:

Fтр.п. = 0,2∙10∙sin30o = 2∙0,5 = 1 (Н)

Полезная информация
Косинус угла наклона
Синус угла наклона (уклон)
Тангенс угла наклона
Задание EF18204

При исследовании зависимости силы трения скольжения Fтр от силы нормального давления Fд были получены следующие данные:

Fтр, Н

1,0

2,0

3,0

4,0

Fд, Н

2,0

4,0

6,0

8,0

Из результатов исследования можно сделать вывод, что коэффициент трения скольжения равен:

а) 0,2 б) 2 в) 0,5 г) 5  

Алгоритм решения

1.Записать формулу, связывающую силу трения с силой нормального давления.

2.Выразить из нее коэффициент трения.

3.Взять значения силы трения и силы нормального давления из любого опыта (из любого столбца таблицы).

4.Вычислить коэффициент трения на основании табличных данных.

Решение

Силу трения и силу нормального давления связывает формула:

Fтр = μN

Отсюда коэффициент трения равен:

Сделаем расчет коэффициента трения на основании данных первого опыта (1 столбца):

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17513 Полый конус с углом при вершине 2α вращается с угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси, совпадающей с его осью симметрии. Вершина конуса обращена вверх. На внешней поверхности конуса находится небольшая шайба, коэффициент трения которой о поверхность конуса равен μ. При каком максимальном расстоянии L от вершины шайба будет неподвижна относительно конуса? Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на шайбу.

Алгоритм решения

1.Построить чертеж. Указать все силы, действующие на шайбу. Выбрать систему координат.

2.Записать второй закон Ньютона для описания движения шайбы в векторном виде.

3.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси.

4.Через систему уравнений вывести искомую величину.

Решение

Так как шайба вращается, покоясь на поверхности конуса, на нее действуют четыре силы: сила трения, сила тяжести, сила реакции опоры и центростремительная сила. Изобразим их на чертеже. Выберем систему координат, параллельную оси вращения.

Второй закон Ньютона в векторном виде выглядит следующим образом:

Теперь запишем этот закон в проекциях на оси ОХ и ОУ соответственно:

Так как шайба покоится относительно поверхности конуса, сила трения равна силе трения покоя:

Максимальное значение силы трения равно:

Принимая в учет силу трения покоя, проекции на оси ОХ и ОУ примут следующий вид:

Запишем систему уравнение в следующем виде:

Поделим первое уравнение на второе и получим:

Сделаем сокращения и получим:

Отсюда центростремительное ускорение равно:

Но также известно, что центростремительное ускорение равно произведению квадрата угловой скорости на радиус окружности:

Радиус окружности, по которой вращается шайба вместе с конусом, можно вычислить по формуле:

Отсюда центростремительное ускорение равно:

Выразим искомую величину L:

Подставим в это выражение выведенную для центростремительного ускорения формулу и получим:

Поделим числитель на синус угла α, чтобы упростить выражение, и получим:

.

.

.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18051 Грузовик массой m, движущийся по прямолинейному горизонтальному участку дороги со скоростью υ, совершает торможение до полной остановки. При торможении колёса грузовика не вращаются. Коэффициент трения между колёсами и дорогой равен μ. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Сделать чертеж. Указать все силы, действующие на грузовик во время торможения. Выбрать систему координат.

3.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.

4.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси ОХ и ОУ.

5.Записать формулу для нахождения силы трения скольжения.

6.Записать формулу для расчета перемещения при движении с постоянным ускорением.

7.Использовать второй закон Ньютона для определения тормозного пути.

Решение

Из условий задачи нам известны следующие величины:

• Начальная скорость грузовика (до начала торможения) v0 = v.

• Масса грузовика m.

• Коэффициент трения между колесами и дорогой μ.

Выполним чертеж. Выберем такую систему координат, в которой направление движения грузовика во время торможения совпадает с направлением оси ОХ:

Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:

Запишем второй закон Ньютона в проекциях на оси:

Fтр = ma

N – mg = 0

Известно, что сила трения скольжения определяется формулой:

Fтр = μN = μmg

Значит, в первую ячейку таблицы мы должны поставить «1».

Перемещение при равнозамедленном движении определяется формулой (учтем, что конечная скорость равна 0, так как грузовик остановился):

Выразим ускорение через проекцию сил на ось ОХ:

Подставим найденное ускорение в формулу тормозного пути и получим:

Следовательно, во вторую ячейку таблицы мы должны поставить «4».

Полный ответ: «14».

.

Ответ: 14

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

26 Силы трения. Характеристика сил трения

Силы трения

Характеристика сил трения.

    Силы трения – это силы, возникающие между соприкасающимися поверхностями телами или их частями (в плоскости касания) при перемещении в плоскости касания или же при попытке вызвать такое перемещение.

       Примеры:

       Сухое трениятрение поверхностей твердых тел. Если между поверхностями твердого тела существует слой жидкости, то говорят, что имеем жидкое трение. Под сухим трением понимают трение качения. Когда говорят о жидком трении, то его чаще всего можно свести к трению слоев жидкости.

       Существует внешнее и внутреннее трение. Внешнее трение возникает между различными телами. Частным случаем внешнего трения является сухое трение.

       Внутреннее трениетрение между различными частями одного и того же тела (например, трение слоев жидкости). К внутреннему трению можно свести и жидкое трение. Все силы трения зависят от скорости. Направление сил трения противоположно величине относительной скорости. Сама величина силы трения может зависеть от скорости. Значит, силы трения не консервативны. Все силы трения диссипативны (всегда приводят к уменьшению механической энергии системы, к превращению ее в другой вид энергии).

Cилы трения покоя и скольжения.

           Рассмотрим два тела, соприкасающихся поверхностями. На одно из тел подействуем внешней силой , направленной параллельно поверхности соприкосновения.

      Опыт показывает, что движение тел друг относительно друга начнется тогда, когда внешняя сила превысит некоторое значение . Если внешняя сила меньше, чем , тело покоится, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой. Эта сила носит название силы трения покоя.

      Сила трения покоя действует на неподвижное тело при попытке вызвать перемещение данного тела в плоскости соприкосновения. Она направлена по касательной к поверхности соприкосновения, равна по величине и противоположна по знаку составляющей внешней силы. Понятно, что сила трения покоя величина переменная. Она может принимать различные значения от 0 до некоторого максимального значения. Если внешняя сила больше максимального значения силы трения покоя, возникает скольжение. При скольжении по поверхности на тело также действует сила трения, направленная всегда противоположно скорости движения тела относительно поверхности.

Закон Кулона

     Сила терния скольжения не зависит от площади поверхности соприкасающихся тел и пропорциональна силе нормального давления одного тела на другое.

     Коэффициент пропорциональности m называется коэффициентом трения. Согласно закону Кулона:

     Если перемещение происходит в направлении перпендикулярном плоскости соприкосновения, то сила нормального давления N равна силе реакции со стороны поверхности.

     Сила трения приложена к центру масс тела. Существенное значение при возникновении сил трения имеют шероховатые поверхности соприкосновения. При попытке вызвать движение неровности цепляются друг за друга, возникает сила трения и когда сила, приложенная к телу, становится больше силы трения, то происходит разрушение неровностей. Но при движении они цепляются, т. е. возникает сила трения скольжения  — это вызывает износ поверхности.

Сила трения качения

     Колесо, которое катится по поверхности, в конце концов, остановится. Сила трения скольжения отсутствует (т. к. нет скольжения). Также нет и силы трения покоя. Значит сила, заставляющая колесо остановится и есть сила трения качения – горизонтальная составляющая силы реакции действующей со стороны поверхности на тело, находящееся на ней.

Движение самоходных аппаратов.

     Под самоходным аппаратом понимается устройство, которое способно перемещаться за счет качения колес под действием сил, действующих со стороны двигателя экипажа (например, паровоз или автомобиль).

     Движение возникает потому, что внешнее устройство создает момент сил, действующих на колесо. Если движение происходит без проскальзывания, то на колесо действует сила трения качения и сила трения покоя. В конечном итоге движение возникает за счет силы трения покоя, Fтр. кач <<Fтр. п., поэтому ее часто не учитывают.

Запишем уравнение движения экипажа:

 — уравнение движения центра масс

 — для колеса                                                                         (*)

Люди также интересуются этой лекцией: 19 Возникновение объединительных тенденций в Великой Польше.

 следовательно,

  и с учетом выражения (*) получаем:  и окончательно:  — сила трения покоя зависящая от момента внешних сил. Но ведь это величина ограничена (см. график), и достигая максимального значения, начинается проскальзывание.

Преодоление сил трения

     Силы трения можно уменьшить, заменив сухое трение на жидкое, трение качения на трение покоя, подбором поверхности.

Работа сил трения покоя, скольжения и качения. Формулы и примеры задач

В специальном разделе физики — динамике, когда изучают движение тел, то рассматривают действующие на движущуюся систему силы. Последние могут выполнять как положительную, так и отрицательную работу. Рассмотрим в данной статье, что такое работа силы трения и как она рассчитывается.

Понятие работы в физике

В физике понятие «работа» отличается от обыденного представления об этом слове. Под работой понимают физическую величину, которая равна скалярному произведению вектора силы на вектор перемещения тела. Предположим, что имеется некоторый объект, на который действует сила F¯. Поскольку другие силы не действуют на него, то вектор его перемещения l¯ будет по направлению совпадать с вектором F¯. Скалярное произведение этих векторов в данном случае будет соответствовать произведению их модулей, то есть:

A = (F¯*l¯) = F*l.

Величина A — это работа силы F¯ по перемещению объекта на расстояние l. Учитывая размерности величин F и l, получаем, что работа измеряется в ньютонах на метр (Н*м) в системе СИ. Однако, единица Н*м имеет собственное название — это джоуль. Это означает, что концепция работы совпадает с концепцией энергии. Иными словами, если сила в 1 ньютон перемещает тело на 1 метр, то соответствующие энергетические затраты равны 1 джоулю.

Что такое сила трения?

Изучение вопроса работы силы трения возможно, если знать, о какой силе идет речь. Трением в физике называется процесс, который препятствует любому движению одного тела по поверхности другого, когда эти поверхности приведены в контакт.

Если рассматривать исключительно твердые тела, то для них существует три вида трения:

  • покоя;
  • скольжения;
  • качения.

Эти силы действуют между соприкасающимися поверхностями и всегда направлены против движения тел.

Трение покоя препятствует возникновению самого движения, трение скольжения проявляет себя в процессе движения, когда поверхности тел скользят друг по другу, а трение качения существует между телом, которое катится по поверхности, и самой поверхностью.

Примером действия трения покоя является автомобиль, который стоит на ручном тормозе на склоне холма. Трение скольжения проявляет себя при движении лыжника по снегу или конькобежца по льду. Наконец, трения качения действует во время движения колеса автомобиля по дороге.

Силы для всех трех видов трения вычисляются по следующей формуле:

Ft = µt*N.

Здесь N — реакции опоры сила, µt — коэфициент трения. Сила N показывает величину воздействия опоры на тело перпендикулярно плоскости поверхности. Что касается параметра µt, то он измеряется экспериментальным путем для каждой пары трущихся материалов, например, дерево-дерево, сталь-снег и так далее. Измеренные результаты собраны в специальные таблицы.

Для каждой силы трения коэффициент µt имеет собственное значения для выбранной пары материалов. Так, коэффициент трения покоя больше такового для трения скольжения на несколько десятков процентов. В свою очередь, коэффициент качения на 1-2 порядка меньше такового для скольжения.

Работа сил трения

Теперь, познакомившись с понятиями работы и с видами трения, можно переходить непосредственно к теме статьи. Рассмотрим по порядку все виды сил трения и разберемся, какую работу они выполняют.

Начнем с трения покоя. Этот вид проявляет себя тогда, когда тело не движется. Поскольку нет движения, значит, вектор его перемещения l¯ равен нулю. Последнее означает, что работа силы трения покоя также равна нулю.

Трение скольжения по своему определению действует только тогда, когда тело перемещается в пространстве. Поскольку сила этого вида трения направлена всегда против перемещения тела, значит, она совершает отрицательную работу. Величину A можно рассчитать по формуле:

A = -Ft*l = -µt*N*l.

Работа силы трения скольжения направлена на замедление движения тела. В результате совершения этой работы механическая энергия тела переходит в тепло.

Трение качение, как и скольжение, также предполагает движение тела. Сила трения качения совершает отрицательную работу, замедляя исходное вращение тела. Поскольку речь идет о вращении тела, то значение работы этой силы удобно вычислять через работу ее момента. Соответствующая формула записывается в виде:

A = -M*θ, где M = Ft*R.

Здесь θ — угол поворота тела в результате вращения, R — расстояние от поверхности до оси вращения (радиус колеса).

Задача с силой трения скольжения

Известно, что деревянный брусок находится на краю наклонной деревянной плоскости. Плоскость к горизонту наклонена под углом 40o. Зная, что коэффициент трения скольжения равен 0,4, длина плоскости равна 1 метр, и масса бруска соответствует 0,5 кг, необходимо найти работу трения скольжения.

Рассчитаем силу трения скольжения. Она равна:

Ft = m*g*cos(α)*µt = 0, 9,81*cos(40o)*0,4 = 1,5 Н.

Тогда соответствующая работа A будет равна:

A = -Ft*l = -1, 1 = -1,5 Дж.

Задача с силой трения качения

Известно, что колесо прокатилось по дороге некоторое расстояние и остановилось. Диаметр колеса равен 45 см. Количество оборотов колеса до остановки равно 100. Принимая во внимание коэффициент качения равный 0,03, необходимо найти, чему равна работа силы трения качения. Масса колеса равна 5 кг.

Сначала вычислим момент силы трения качения:

M = Ft*R = µt*m*g*D/2 = 0,03* 9,81*0,45/2 = 0,331 Н*м.

Если количество оборотов, сделанных колесом, умножить на 2*pi радиан, то мы получим угол поворота колеса θ. Тогда формула для работы имеет вид:

A = -M*θ = -M*2*pi*n.

Где n — число оборотов. Подставляя момент M и число n из условия, получаем искомую работу: A = — 207,87 Дж.

Сила трения | Физика для студентов | Студенту | Статьи и обсуждение вопросов образования в Казахстане | Образовательный сайт Казахстана

Трение играет большую роль в природе и технике. Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение.

Внешним трением называется трение, возникающее между соприкасающимися поверхностями тел при их относительном перемещении. Если вдоль границы соприкасающихся тел хотя бы к одному из них приложена внешняя сила, но при этом тела неподвижны друг относительно друга, то говорят о трении покоя, если же происходит относительное перемещение этих тел, то в зависимости от характера их относительного движения говорят о трении скольжения или качения.

Внутренним трением называют трение между частями одного и того же тела (например, между слоями жидкости или газа, движущимися с разными скоростями).

Рассмотрим закономерности сухого трения на примере тела, лежащего на плоскости, к которому приложена горизонтальная сила F (рис.2.3). Тело придет в движение лишь тогда, когда сила F будет больше силы трения покоя.


Рис.2.3. К выводу выражения для модуля силы трения

Сила трения скольжения Fтр, а также максимальная сила трения покоя по модулю пропорциональны силе N нормального давления, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу:

Fтр=μN,

где μ – коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей.

Если приложенная сила F не превышает максимального значения силы трения покоя, то тело не придет в движение.

Для тела, движущегося вдоль наклонной плоскости (рис.2.4), коэффициент трения равен тангенсу угла наклона α0, при котором начинается скольжение тела по данной плоскости:

μ=tgα0


Рис.2.4. Тело на наклонной плоскости

Уменьшить силу трения можно, например, нанося на трущиеся поверхности смазку, заполняющую неровности между поверхностями, или заменив трение скольжения трением качения. Как показывают опыты, сила трения качения пропорциональна силе нормального давления и обратно пропорциональна радиусу катящегося тела (например, колеса, цилиндра или шара):

Fкач=kN/R

Порядок вывода комментариев: По умолчаниюСначала новыеСначала старые

Пример трения скольжения Проблема — инерция и движение

Трение — это сила, сопротивляющаяся направлению движения. Сила трения пропорциональна Нормальной силе, перпендикулярной к поверхности между двумя объектами. Константа пропорциональности называется коэффициентом трения. Есть два коэффициента трения, разница между которыми зависит от того, находится ли объект в движении или в покое. В состоянии покоя используется коэффициент статического трения, а если блок находится в движении, используется коэффициент кинетического трения.

Этот пример задачи покажет, как найти коэффициент кинетического трения блока, движущегося с постоянной скоростью под действием известной силы. Он также покажет, как определить, как долго и как далеко проехал блок до остановки.

Пример:
Студент-физик тянет кусок камня весом 100 кг с постоянной скоростью 0,5 м / с по горизонтальной поверхности с горизонтальной силой 200 Н. (Студенты-физики известны своей силой.) Предположим, что g = 9,8 м. / с 2 .
а) Найдите коэффициент кинетического трения.
б) Если веревка порвется, сколько времени потребуется, чтобы камень успокоился?
c) Как далеко уйдет камень после разрыва веревки?

Решение:
На этой диаграмме показаны силы, действующие при движении камня.

F r — сила трения, N — нормальная сила, mg — вес блока, а F — сила, которую студент прилагает для перемещения блока.

Выберите систему координат, в которой вправо по горизонтали является положительным направлением оси x, а вертикальное направление вверх — положительным направлением оси y. Сила трения составляет F r , а нормальная сила — N. Тело находится в равновесии, поскольку скорость постоянна. Это означает, что общие силы, действующие на блок, равны нулю.

Во-первых, силы в направлении оси x.

ΣF x = F — F r = 0
F = F r

Сила трения равна μ k Н.

F = μ k N

Теперь нам нужно знать нормальную силу. Мы получаем это от сил в направлении оси y.

ΣF y = N — mg = 0
N = mg

Подставьте эту нормальную силу в предыдущее уравнение.

F = μ k mg

Решите для μ k

Подставьте значения для переменных.

μ k = 0,2

Часть b) Как долго после снятия силы блокировка остановится?

Как только веревка порвется, сила F, приложенная учеником, исчезнет. Система больше не находится в равновесии. Силы в x-направлении теперь равны ma.

ΣF x = -F r = ma.

ma = -μ k N

Решить для

Силы в направлении y не изменились. Ранее N = мг.Подключите это для нормальной силы.

Отмените m, и у нас останется

a = -μ k g

Теперь, когда у нас есть ускорение, мы можем найти время для остановки, используя

v = v 0 + at

скорость при остановке камня равна нулю.

0 = v 0 + при
при = v 0



t = 0,26 с

Часть c) Как далеко уходит камень, прежде чем он остановится?

У нас есть время остановиться.Используйте формулу:

x = v 0 t + ½ при 2

x = (0,5 м / с) (0,26 с) + ½ (-1,96 м / с2) (0,26) 2
x = 0,13–0,07 м
x = 0,06 м = 6 см

Если вы хотите больше проработанных примеров задач, связанных с трением, посмотрите:
Пример задачи о трении — Домашнее задание по физике Справка
Пример задачи о трении — скольжение по наклонной плоскости
Трение Пример задачи 2: коэффициент статического трения

Связанные сообщения

Трение на скользящем блоке | ME 270: Основы механики I

Рассмотрим блок, покоящийся на шероховатой горизонтальной поверхности.Сила P действует на блок вправо, при этом величина P постепенно увеличивается. Из того, что мы видели в лекции, сила трения f , действующая на блок в результате приложения силы P , будет вести себя следующим образом:

  • Направление f всегда будет противодействовать движению / приближающемуся движению блока. Поскольку при отсутствии трения блок будет двигаться вправо, f всегда будет действовать влево на блоке.
  • При низких значениях P блок останется в состоянии покоя (равновесие). Из соображений равновесия мы видим, что P = f , в то время как блок остается в равновесии.
  • Максимальная сила трения, которая может воздействовать на блок, равна f max = mu S * N, , где mu S — коэффициент статического трения . Из них мы видим, что блок будет в состоянии надвигающегося скольжения , когда P = f max = mu S * N.
  • Поскольку P постоянно увеличивается, блок теперь будет скользить, при этом сила трения, действующая на блок, будет: f = mu K * N, где mu K — коэффициент кинетического трения , при этом f остается постоянным после этого, поскольку P увеличивается.


Анимация

Рассмотрим анимацию из моделирования этой задачи, соответствующую mu S = 0.8 и mu K = 0,4. Как описано выше, сила трения f соответствует приложенной силе P один к одному до тех пор, пока проскальзывание не начнется при f = f max = mu S * N. При дальнейшем увеличении P сила трения f остается постоянной при f = mu K * N .

Обратите внимание, что f = mu S * N только при единственном значении P , при котором блок находится в приближающемся движении . Помните это!

Трение — Энциклопедия Нового Мира

Трение — это сила, которая противодействует относительному движению или тенденции такого движения двух соприкасающихся поверхностей. Однако это не фундаментальная сила, поскольку она возникает из электромагнитных сил и обменной силы между атомами. В ситуациях, когда соприкасающиеся поверхности движутся относительно друг друга, трение между двумя объектами преобразует кинетическую энергию в чувствительную энергию или тепло (атомные колебания) .Трение между твердыми телами и жидкостями (газы или жидкости) называется жидкостным трением.

Трение — чрезвычайно важная сила. Например, он позволяет нам ходить по земле без скольжения, помогает управлять автомобилями и другим наземным транспортом, а также удерживает гвозди, винты и гайки. С другой стороны, трение также вызывает износ контактирующих материалов.

Уравнения

Классическое приближение силы трения, известное как Кулоновское трение (названное в честь Шарля-Огюстена де Кулона), выражается как:

Ff = B.C.E. ; R {\ displaystyle F_ {f} = \ mu R \,},

где-

до н. Э. ; {\ displaystyle \ mu} — коэффициент трения,
R {\ displaystyle R} — сила реакции, нормальная к контактной поверхности,
Ff {\ displaystyle F_ {f}} — максимально возможная сила трения.

Эта сила действует в направлении, противоположном движению объекта.

Этот закон математически следует из того факта, что контактирующие поверхности имеют атомно близкие контакты только на чрезвычайно малой части их общей площади поверхности, и эта площадь контакта пропорциональна нагрузке (до насыщения, которое имеет место, когда вся площадь находится в атомном контакте, поэтому нет происходит дальнейшее увеличение силы трения).

Это простое (хотя и неполное) представление о трении подходит для анализа многих физических систем.

Коэффициент трения

Коэффициент трения (также известный как коэффициент трения ) — это безразмерная скалярная величина, которая описывает отношение силы трения между двумя телами и силы, прижимающей их друг к другу. Коэффициент трения зависит от используемых материалов — например, лед по металлу имеет низкий коэффициент трения (они легко скользят друг по другу), а резина по тротуару имеет высокий коэффициент трения (они не скользят друг по другу легко. ).Коэффициенты трения не должны быть меньше 1 — в хороших условиях шина по бетону может иметь коэффициент трения 1,7. Магнитно притягивающие поверхности могут иметь очень большие коэффициенты трения, и теоретически склеенные или сваренные вместе поверхности имеют бесконечные коэффициенты трения.

Трение скольжения (кинетическое) и трение покоя — это разные понятия. Для трения скольжения сила трения не зависит от площади контакта между двумя объектами. Это означает, что трение скольжения не зависит от размера площади контакта.

Когда поверхности являются адгезивными, кулоновское трение становится очень плохим приближением (например, прозрачная лента сопротивляется скольжению даже при отсутствии нормальной силы или отрицательной нормальной силы). В этом случае сила трения может зависеть от площади контакта. Некоторые шины для дрэг-рейсинга приклеиваются таким образом. [1]

Сила трения всегда действует в направлении, противоположном движению (для кинетического трения) или потенциальному движению (для статического трения) между двумя поверхностями.Например, камень для керлинга, скользящий по льду, испытывает статическую силу, замедляющую его движение. В качестве примера возможного движения ведущие колеса ускоряющегося автомобиля испытывают силу трения, направленную вперед; в противном случае колеса будут вращаться, и резина будет скользить назад по тротуару. Обратите внимание, что это не направление движения транспортного средства, которому они противостоят, а направление (потенциального) скольжения между шиной и дорогой.

Коэффициент трения является эмпирическим измерением — он должен быть измерен экспериментально и не может быть определен путем расчетов.Более грубые поверхности обычно имеют более высокие значения. Комбинация большинства сухих материалов дает значения коэффициента трения от 0,3 до 0,6. Поддерживать значения за пределами этого диапазона сложно. Значение 0,0 означает, что трения нет вообще. Резина при контакте с другими поверхностями может иметь коэффициент трения от 1,0 до 2,0.

Коэффициент трения, умноженный на силу реакции на объект на контактной поверхности, даст максимальную силу трения, препятствующую скольжению по объекту.Однако, если сила, тянущая к объекту, меньше максимальной силы трения, тогда сила трения будет равна силе, тянущей к объекту. Вы должны тянуть с силой, превышающей максимальное значение трения, чтобы переместить объект.

Виды трения

Сила трения в механике — это сила, которая противодействует относительному движению объекта. Он направлен противоположно движению объекта.

Есть три типа сил трения.

  1. Статическое трение — это трение, действующее на тело, когда оно не находится в движении, а когда на него действует сила. Статическое трение — это то же самое, что и приложенная сила (потому что тело не движется). Статическое трение действует, потому что тело имеет тенденцию двигаться, когда к нему прилагается сила.
  2. Предельное трение — это трение о тело непосредственно перед его движением. Обычно предельное трение самое высокое.
  3. Кинетическое трение — это трение, которое действует на тело при движении.Кинетическое трение обычно меньше предельного.

Кинетическая сила трения границы раздела твердое тело определяется выражением:

F = до н. Э. ; R {\ displaystyle \ F = \ mu R}

, где R — нормальная сила реакции, действующая между границей раздела и объектом, и г. до н. Э. ; {\ displaystyle \ \ mu} — коэффициент кинетического трения. Значение коэффициента зависит от характера поверхностей.

Предельное трение определяется по формуле

F = B.C.E. ; maxR {\ displaystyle \ F = \ mu _ {max} R}

, где R — нормальная сила реакции, действующая между границей раздела и объектом, и г. до н. Э. ; max {\ displaystyle \ \ mu _ {max}} — коэффициент предельного трения.

Для жидкости сила трения прямо пропорциональна скорости объекта.

Статическое трение

Статическое трение возникает, когда два объекта не движутся относительно друг друга (как книга на столе).Коэффициент трения покоя обычно обозначается как μ s . В начальной силе, заставляющей объект двигаться, часто преобладает статическое трение. Статическое трение в большинстве случаев выше кинетического.

Примеры статического трения:

Трение качения возникает, когда один объект «катится» по другому (как колеса автомобиля по земле). Это классифицируется как статическое трение, потому что пятно шины, контактирующее с землей, в любой точке, пока шина вращается, находится на неподвижно на относительно земли.Коэффициент трения качения обычно обозначается как μ r .

Предельное трение — это максимальное значение статического трения или силы трения, которая действует, когда тело находится на грани движения по поверхности.

Кинетическое трение

кинетический (или динамический ) трение возникает, когда два объекта движутся относительно друг друга и трутся друг о друга (как салазки по земле).Коэффициент кинетического трения обычно обозначается как μ k и обычно меньше коэффициента трения покоя. Однако с математической точки зрения разница между статическим и кинетическим трением не имеет большого значения: возьмите коэффициент трения, который зависит от скорости скольжения и равен 0 (статическое трение μ с ) — предел кинетического трения μ k для скорости, стремящейся к нулю.Тогда решение проблемы контакта с таким кулоновским трением решает также проблему с исходным μ k и любым статическим трением, превышающим этот предел.

Поскольку трение всегда действует в направлении, противоположном движению, кинетическое трение всегда выполняет отрицательную работу.

Примеры кинетического трения:

  • Трение скольжения — это когда два предмета трутся друг о друга. Положить книгу на стол и переместить ее — это пример трения скольжения
  • Трение жидкости — это трение между твердым предметом, когда он движется через жидкость или газ.Сопротивление воздуха в самолете или воды у пловца — два примера жидкостного трения.

Уменьшение трения

Устройства

Такие устройства, как шарикоподшипники или ролики, могут изменить трение скольжения на гораздо меньшее трение качения за счет уменьшения точек контакта с объектом.

Методы

Один из приемов, используемых инженерами-железнодорожниками, — это резервное копирование поезда для создания слабины в соединениях между вагонами. Это позволяет локомотиву двигаться вперед и принимать на себя статическое трение только одного вагона за раз, а не всех вагонов сразу, таким образом распределяя статическое трение во времени.

Как правило, при перемещении объекта на расстояние: Чтобы минимизировать работу против статического трения, движение по возможности выполняется за один интервал. Чтобы свести к минимуму работу против кинетического трения, движение выполняется с минимально возможной скоростью. Это также минимизирует напряжение трения.

Смазочные материалы

Распространенным способом уменьшения трения является использование смазки, такой как масло или вода, которая помещается между двумя поверхностями, часто значительно снижая коэффициент трения.Наука о трении и смазке называется трибология . Смазочная технология — это когда смазочные материалы смешиваются с применением науки, особенно для промышленных или коммерческих целей.

В графите был обнаружен недавно обнаруженный эффект сверхсмазки. Это существенное уменьшение трения между двумя скользящими объектами, приближающееся к нулевому уровню (очень небольшое количество энергии трения все равно будет рассеиваться).

Смазочные материалы для преодоления трения не всегда должны быть жидкими, турбулентными жидкостями или порошкообразными твердыми частицами, такими как графит и тальк; Акустическая смазка фактически использует звук в качестве смазки.

Энергия трения

Согласно закону сохранения энергии, энергия не разрушается из-за трения, хотя она может быть потеряна для рассматриваемой системы. Энергия преобразуется из других форм в тепло. Скользящая хоккейная шайба останавливается из-за трения, поскольку ее кинетическая энергия превращается в тепло. Поскольку тепло быстро рассеивается, многие ранние философы, включая Аристотеля, ошибочно пришли к выводу, что движущиеся объекты теряют энергию без движущей силы.

Когда объект толкает по поверхности, энергия, преобразуемая в тепло, определяется по формуле:

E = R B.C.E. ; kd {\ displaystyle E = R \ mu _ {k} d \,}
где
R — величина нормальной силы реакции,
μ k — коэффициент кинетического трения ,
d — это расстояние, которое проходит объект при контакте с поверхностью.

Физическая деформация связана с трением. Хотя это может быть полезно, как и при полировке, это часто является проблемой, поскольку материалы изнашиваются и могут больше не выдерживать указанные допуски.

Работа, выполняемая трением, может трансформироваться в деформацию и нагрев, что в конечном итоге может повлиять на характеристики поверхности и сам коэффициент трения. В некоторых случаях трение может привести к плавлению твердых материалов.

См. Также

Банкноты

Список литературы

  • Адамсон, Артур В. и Алиса П. Гаст. 1997. Физическая химия поверхности , 6-е изд. Нью-Йорк: Джон Вили. ISBN 0471148733
  • Типлер, Пол А. и Джин Моска.2003. Физика для ученых и инженеров: стандартная версия , 5-е изд. Нью-Йорк: В. Х. Фриман. ISBN 0716783398

Внешние ссылки

Все ссылки получены 16 июня 2021 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства.Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Почему статическое трение больше кинетического?

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

Вы когда-нибудь помогали другу переставить квартиру для большой вечеринки или просто для сезонной смены помещения? Большинство предметов можно легко переместить, но тяжелые обычно требуют некоторой командной работы и совместных усилий.Прежде чем вы начнете переносить диван из одной стороны комнаты в другую, вы обычно обсуждаете, куда вы планируете его переместить, потому что вы хотите перемещать его как можно реже.

Диван с парным переключением (Фото: Andrey_Popov / Shutterstock)

Возможно, вы этого не знаете, но вы предпочитаете минимизировать количество перемещений из-за статического и кинетического трения. По сути, как только вы действительно заставите большой диван передвигаться по полу, вам будет намного легче продолжать передвигать его, пока он не достигнет нового места, вместо того, чтобы останавливаться каждые несколько футов для отдыха.Почему так? Говоря более конкретно научными терминами, почему статическое трение больше кинетического?

Наука о трении

Для тех, кто не знаком с этим словом, «трение» — это сопротивление, которое один объект или поверхность испытывает при движении по другому объекту или поверхности. Существуют различные типы трения, которые применяются к слоям жидкости и другим веществам, такие как сухое трение , трение кожи, внутреннее трение, трение жидкости и трение со смазкой .Они могут применяться к различным сценариям, в которых существуют объекты, от трения жидкости, бегущей по поверхности кожи, до внутреннего сопротивления объекта, когда он меняет форму (химически или физически).

Трение — критическая сила в мире, учитывая, что оно сопротивляется и стабилизирует движение бесчисленным множеством различных способов. Мы можем бегать по земле и набирать скорость благодаря силам трения между нашими ногами и землей, что дает нам возможность «толкаться» вперед по плоской поверхности.Точно так же автомобильные транспортные средства полагаются на трение, чтобы сохранять контроль при полете по шоссе или крутых поворотах. Основным результатом трения является создание энергии в виде тепла, потому что трение между двумя поверхностями преобразует кинетическую энергию в тепло. Однако не всякое трение является хорошим, поскольку оно также может привести к износу, например, подошвы обуви, поверхности мебели, обращенной к полу, или колес автомобиля.

Сегодня мы рассмотрим две разновидности сопротивления, которые применяются к сухому трению — силу, которая противодействует движению двух твердых объектов, поверхности которых соприкасаются.Приведенный выше пример перемещения дивана по комнате — это форма сухого трения, основной тип, который чаще всего применяется в нашей повседневной жизни.

Кинетическое трение и статическое трение

Два типа трения, которые вступают в игру при перемещении двух объектов друг относительно друга, — это статическое трение и кинетическое трение. Статическое трение — это сила, которая удерживает неподвижный объект на месте. Это статическое трение будет оставаться на месте до тех пор, пока приложенная к объекту сила не превысит силу статического трения.Сила тяжести действует на объект все время, будь то неподвижный или движущийся, поэтому для простоты ее можно исключить из этого обсуждения.

Объяснение трения

Статическое трение

При обсуждении статического трения важно перейти на микроскопический уровень. Поверхность каждого объекта неровная на микроскопическом уровне, независимо от того, насколько гладкой он может быть на ощупь. Даже новый пол из линолеума, если его рассмотреть под микроскопом, будет иметь пики и впадины, как топографическая карта поверхности, полная горных хребтов и ущелий.Более формально эти крошечные неровности поверхности называют неровностями. Когда другой объект — со своим уникальным набором неровностей — соприкасается с полом, эти неровности взаимодействуют друг с другом и представляют собой фактические точки соприкосновения двух поверхностей. Хотя может показаться, что коробка находится «заподлицо» на полу, это только видимые области для контакта t; соприкасаются только определенные точки, в которых взаимодействуют микроскопические неровности, которые называются реальными областями контакта .

На молекулярном уровне эти реальные области контакта находятся под огромным давлением, и межмолекулярные силы вызывают некую форму связи (холодную сварку) между молекулами. Это создает сцепление между двумя поверхностями, один из основных элементов статического трения, сопротивляющихся движению. Однако это еще не все … столкновение неровностей вызывает сцепление поверхностей; другими словами, горы одной топографической карты могут упасть в долины другой.Это дополнительно способствует статическому трению, потому что эти области поверхности должны быть деформированы или сдвинуты под действием приложенной силы, прежде чем можно будет преодолеть порог статического трения. Между межмолекулярными силами и сцеплением неровностей поверхности статическое трение представляет собой значительную силу!

Кинетическое трение

Кинетическое трение, с другой стороны, возникает в момент преодоления порога статического трения, а именно в момент, когда объект начинает двигаться по другой поверхности.Как только межмолекулярные связи разорваны и неровности поверхностей расцеплены, поверхности могут скользить друг относительно друга. Это не означает, что все противостоящие силы устранены, но они уменьшены. Некоторое взаимодействие между неровностями поверхностей будет продолжаться, но им не хватит времени, чтобы «прижиться» друг к другу из-за постоянного движения. Точно так же межмолекулярные силы между двумя поверхностями, возникающие в результате сжатия, не развиваются.

Когда две силы, противостоящие движению, устранены, движение может происходить более свободно, что означает, что сила кинетического трения меньше силы трения покоя.С практической точки зрения вам не нужно будет прикладывать столько силы, чтобы удерживать объект в движении, сколько вам нужно, чтобы заставить объект двигаться в первую очередь. Удерживая объект в движении, когда вы скользите им по поверхности другого объекта, вместо того, чтобы останавливаться и позволять статическому трению восстанавливаться, вы уменьшаете общие затраты энергии, необходимые для завершения движения.

Заключительное слово

Статьи по теме

Статьи по теме

Наша жизнь находится в постоянном потоке между кинетическим и статическим трением, между движением и неподвижностью.Понимание основ физики, лежащей в основе этих типов трения, дает вам большее понимание того, как все движется в мире, и может также быть руководящей силой в следующий раз, когда один из ваших друзей попросит вас помочь их квартире!

Знакомство студентов с самым слабым трением.



Почему трение качения слабее, чем трение других типов? Студенты часто путают, как увеличение и уменьшение трения влияет на движение. Практическое открытие — лучший способ облегчить эту путаницу.

Что такое трение?


Трение — это сила, которая сдерживает движение объекта. Это сила, которая противодействует движению любых соприкасающихся объектов. Трение происходит в направлении, противоположном объекту, который хочет или находится в движении. Это называется силой сопротивления. Главное — научить учеников понимать трение, думая о силе сопротивления и усилиях, необходимых для перемещения объекта.

Почему трение качения слабее, чем трение других типов?


Четыре типа трения — это трение покоя, трение скольжения, трение качения и трение жидкости.Статическое трение — самое сильное, потому что оно удерживает объект на месте. Поскольку объекты не движутся, силы уравновешены. Чтобы объект переместился, необходимо приложить большую силу. При трении скольжения объекты скользят друг относительно друга. Сила сопротивления пытается остановить объект. Предмету труднее преодолевать силу сопротивления при скольжении. Трение качения слабее, потому что в основном это качение. Перекатывающее или циклическое движение позволяет ему легче перемещаться, изменять направление или скорость.Катить что-то лучше при преодолении силы сопротивления. Для перемещения объекта с колесами требуется меньше усилий, чем для перемещения плоского объекта. Трение жидкости — это когда твердые тела пытаются двигаться через жидкость (газ или жидкость). Этот тип трения трудно сравнить с трением качения, но он определенно сильнее.


В центре внимания
Ключом к тому, чтобы помочь студентам понять эту концепцию, является выполнение практической лабораторной работы, прежде чем вводить концепции и словарный запас. Это позволит им накапливать знания и видеть трение в действии.После лабораторной работы студенты должны сосредоточиться на задействованных силах, а не только на соприкасающихся друг с другом объектах. Им необходимо понять, что увеличение трения — это увеличение силы сопротивления, а уменьшение трения — это уменьшение силы сопротивления. Когда трение увеличивается, усилие для перемещения объекта возрастает. Когда трение уменьшается, усилие перемещения объекта уменьшается. Обязательно введите термин «сила сопротивления». Спросите студентов, какая поверхность имеет повышенную силу сопротивления? Как это влияет на величину трения? Я обнаружил, что многие студенты думают, что увеличение трения означает, что объект может легче перемещаться.Когда вы добавляете понятие силы сопротивления, становится понятнее, что объект не будет двигаться так легко.

Ресурсы

Попробуйте эту 30-минутную лабораторию как увлекательное введение в вашу фрикционную единицу. Это отличный способ пополнить словарный запас после лабораторной работы.

Исследуйте дальше с помощью закона сохранения энергии



Какие 4 типа трения?

Существует четыре типа трения: статическое, скольжение, качение и трение жидкости.
  • Трение — это сила, которая препятствует движению твердого объекта по другому твердому объекту.
  • Статическое трение существует между неподвижным объектом и поверхностью, на которой он установлен; он предотвращает перемещение вещей, когда мы их куда-то помещаем.
  • Трение качения или сопротивление качению — это сила, замедляющая движение катящихся шариков или колес.

Если вы когда-либо лазили по каменной стене, вы знаете, что гравитация постоянно тянет вас вниз, в то время как вы используете свою силу, чтобы тянуть себя вверх. Однако другая сила помогает вам при лазании, предотвращая скольжение ног и рук. Это трение.

Еще один хороший пример трения — тормоза в наших автомобилях.Когда мы используем тормоза, чтобы остановить машину, именно трение заставляет машину замедляться. Самый простой способ определить трение — это сила, которая препятствует движению твердого объекта по другому твердому объекту. Он сопротивляется движению твердых предметов и слоев жидкости, скользящих друг относительно друга. Есть четыре типа трения; статическое трение, трение скольжения, качения и жидкостное трение.

Статическое трение

Статическое трение — это тип трения, который существует между неподвижным объектом и поверхностью, на которой он находится.Это предотвращает перемещение вещей, когда мы их куда-то помещаем. Стекло, которое, вероятно, сейчас стоит на вашем столе, стоит неподвижно из-за статического трения. Даже если предметы слегка наклонены, статическое трение может творить чудеса в огромной степени.

Такие вещи, как книги, не будут скользить по столу сразу, если вы немного его наклоните.Если мы хотим переместить объект, нам сначала нужно преодолеть этот тип трения. Мы делаем это, используя силу и действуя между объектом, который мы хотим переместить, и поверхностью.

Трение скольжения

Силы трения.

Достаточно ясно, что это за тип трения, просто прочитав название, но, тем не менее, мы его объясним.Трение скольжения — это тип трения, возникающий между двумя объектами, которые скользят друг относительно друга. В трении скольжения всегда участвует другая сила. Эта сила заставляет объект двигаться. Толкая объект, мы создаем трение скольжения; это так просто. Та книга, которую вы положили на стол, о которой мы говорили ранее? Трение и трение скольжения заставят книгу двигаться по нему и, возможно, упадут на нее.

Трение качения

Трение качения, также известное как сопротивление качению, — это сила, замедляющая катящиеся шарики или колеса.Если быть точным, это замедляет их движение. Интересно, что трение качения также является причиной того, что вещи в первую очередь начинают двигаться в качательном режиме. Если мы приложим какую-то силу к неподвижному колесу, небольшое статическое трение будет удерживать его от начала качения.

Сопротивление от трения качения заставляет колесо в первую очередь начать движение. Однако, как только колесо катится, оно начинает препятствовать его движению и замедлять его.Чтобы объект двигался, нам нужно присутствие другой силы.

Трение жидкости

На трение жидкости в значительной степени влияет форма объекта и скорость, с которой он движется.

Сопротивление воздуха, также известное как сопротивление, — это то, что мы можем наблюдать повсюду вокруг нас. Бросок мяча создает его, как и запуск самолета. Стрельба из пистолета — еще один хороший тому пример. Мы считаем, что все эти вещи естественным образом замедляются, путешествуя по воздуху. Тем не менее, это не так. Трение жидкости — это то, что заставляет эти вещи замедляться, и на это в значительной степени влияет форма объекта и скорость, с которой он движется.

Антония Чирьяк в ответ
  1. Дом
  2. Отвечать
  3. Что такое 4 типа трения?

6 примеров трения в повседневной жизни — StudiousGuy

Вы когда-нибудь задумывались, что такое трение и сила? Как мы соотносим их с нашей повседневной деятельностью? С детства вы могли часто встречать термин «трение».«Один из лучших примеров — замедление движения автомобилей на дороге в сезон дождей. Трение — это естественное явление, возникающее при контакте двух предметов. Там, где есть трение, будет потеря энергии. Трение возникает из-за шероховатости трущейся поверхности. Во время трения молекулы на поверхности будут взаимодействовать друг с другом. Сила трения будет зависеть от материала трущейся поверхности. Это также зависит от скорости или интенсивности контакта двух поверхностей друг с другом.Чтобы преодолеть трение, нужно больше работать и прикладывать дополнительные усилия. Напротив, сила — это любое взаимодействие, которое имеет тенденцию изменять движение объекта.

Типы трения

Трение в целом подразделяется на три типа, а именно трение покоя, кинетическое трение и трение жидкости.

  • Статическое трение возникает между двумя неподвижными объектами. Даже если к объектам приложить большую силу, они не будут двигаться.
  • Кинетическое трение возникает между движущимися объектами, то есть когда один объект движется по другому объекту.Хороший пример — когда вы едете на велосипеде по дороге. Колеса велосипеда двигаются по дороге. Велосипед будет замедляться, пока не остановится. Двумя типами кинетического трения являются трение скольжения и трение качения.
  • Трение жидкости — это тип трения, который действует между слоями вязкой жидкости; эти слои перемещаются относительно друг друга. Жидкости и газы входят в состав жидкостей.

Давайте обсудим примеры трения в повседневной жизни

1.Ходьба

Без трения между ботинками и землей нельзя нормально ходить. Если бы не было трения, все мы скользили бы, не имея никакого контроля над собой. Во время ходьбы вы отталкиваете ногу назад, пытаясь сделать шаг вперед. Трение удерживает вашу обувь на земле, поэтому вы можете ходить. Поскольку на льду присутствует лишь небольшое трение, часто бывает трудно ходить по скользкой поверхности льда.

2. Вождение автомобиля

При управлении транспортными средствами и велосипедами возникает трение между колесами транспортного средства и поверхностью, по которой оно движется.Коэффициент трения определяет «липкость» между двумя объектами. Если трение равно нулю, автомобиль не сможет двигаться вперед. Только из-за трения мы можем остановить наш автомобиль.

3. Написание

Все мы пишем ручкой или карандашом в повседневной жизни. Что происходит, когда вы держите ручку или карандаш? Вы когда-нибудь задумывались об этом? Если вам интересно, ответ на ваш вопрос заключается в явлении трения.Это трение позволяет нам писать. Сила трения создается, когда кончик ручки или карандаша соприкасается с поверхностью бумаги. В случае письма шариковой ручкой между шариком и чернилами действует какая-то сила сцепления. Когда вы начинаете писать шариковой ручкой на бумаге, шарик начинает катиться, и чернила оседают на поверхности бумаги. При качении шара в игру вступает трение качения. Тогда как при письме карандашом вступает в действие трение скольжения; и отложения свинца на бумаге.

Аналогичная концепция применима при использовании ластика. Вы прикладываете некоторую силу к ластику, которая помогает стереть желаемый контент.

4. Растирание рук для тепла

Вы могли заметить, что ваши руки становятся теплыми, если вы потираете их вместе в течение нескольких секунд? Трение вызывает тепло в ваших руках. Когда две руки соприкасаются и трутся друг о друга, возникает некоторое сопротивление, которое вступает в игру.Однако, если вы просто сложите руки вместе, сопротивления не будет, следовательно, никакого трения. Скольжение поверхности кожи взад и вперед друг о друга заставляет молекулы в вашей коже двигаться немного быстрее. Температура повысится, когда молекулы будут двигаться быстрее. Это причина того, что ваши руки становятся теплыми, когда вы их растираете.

5. Катание на коньках

Чтобы кататься на льду, необходимо иметь возможность скользить по льду.Большинство людей считают, что это скользкий лед, но на самом деле лед не менее хрупок, чем мягкий бетонный тротуар! Тонкая пленка воды под лезвием имеет решающее значение для скольжения конька. Оказывается, тепло, создаваемое трением лезвия конька о поверхность льда, заставляет часть льда таять прямо под лезвием, где фигурист скользит по льду. Под коньком эта вода действует как смазка, уменьшая трение и помогая скольжению конька. Отталкиваясь от льда с силой, перпендикулярной лезвию конька, фигурист продвигается вперед.

6 световых спичек

Головка спички содержит легковоспламеняющиеся химические вещества.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.