Нормальная сила и трение покоя не равны, а перпендикулярны друг другу.

Нормальная сила вызывает отталкивание между двумя поверхностями. Следовательно, он ограничивает близость двух объектов. Для сравнения, статическое трение — это сила, которая образует связь между двумя поверхностями, соприкасающимися друг с другом.

Нулевое трение невозможно.

Если мы используем много смазочных материалов для уменьшения трения, оно никогда не уменьшится, потому что каждая поверхность испытывает небольшое трение. Поверхность без трения невозможна, так как поверхность не может устранить полное трение.

Статическое трение важно для проверки тормозной системы.

Статическое трение играет важную роль при испытании тормозной системы автомобиля. В этом исследовании можно точно определить точный контроль температуры и шероховатости поверхности и контакта с третьим телом.

Законы статического трения — определение, формулы и примеры

Статическое трение

Мы чувствуем себя более тяжело, когда вначале перемещаем тележку для покупок, чем при непрерывном движении тележки для покупок. Первоначальный толчок — самая сложная вещь, когда вы хотите передвинуть кровать через спальню. Возможно, многие думают, что это психологическая вещь, но причиной этого вопроса является физика. Основная причина – статическое трение.

Обычно причиной является сила, затрудняющая движение двух вещей с одной или с другой стороны. Трение возникает между устойчивым материалом и полом, на котором он находится.

Определение статического трения

Сила, препятствующая движению объекта в заданном направлении, называется статическим трением. Когда пара тел скользит друг относительно друга, возникает статическое трение. Трения есть во всем мире. Например, во время ходьбы наши ноги соприкасаются с поверхностью.

При ходьбе наше движение ноги назад прикладывает силу к поверхности, а другая нога идет вперед. При выполнении статического давления трения на поверхности поверхность на наших ногах также оказывает такое же давление и противоположную силу. Это контролируется одним из законов движения.

Если нам нужно избежать движения по острому холму из-за трения, мы сможем это сделать. Мы должны помнить, что трение происходит в направлении, противоположном относительному движению. Это поможет уменьшить скорость, и, наконец, он остановится.

Примеры

Примеры статического трения определены ниже:

• Камень на полу
• Транспортное средство остановилось на холме
• Удержание на предметах
• Толкание крупногабаритных грузов, таких как автобус
• Стикеры для заметок
• Ноги бахромчатого геккона
• Очки на нос
• Завязывание узлов
• Вещи, идущие в багажную карусель
• Вы стоите, но эскалатор движется
• Грязь, приставшая к земле
• Капли воды на стакане
• Крепление колпачка ручки к ручке
• Рубашка, брошенная на крючок
• Шапки на голову
• Размещение настенных часов
• Черепица
• Книги на столе
• Книга находится в папке
• Грузовик остановился на склоне

Что такое формула статического трения?

Сила сопротивления, приводящая тело в состояние покоя, называется трением покоя. Статическое трение возникает между объектом, находящимся в состоянии покоя, и поверхностью спуска.

Fs =мкс*Н

мкс – коэффициент статического трения и 

Н – нормальная сила

Из формулы статического трения мы узнали, что нормальная сила и статическое трение прямо пропорциональны. Когда вес объекта велик, статическое трение также велико.

• Трение покоя не зависит от площади поверхности.
• Статическое трение действует на поверхность скольжения в противоположном направлении движения.
• Статическое трение зависит от несоответствия поверхности объекта и поверхностей скольжения. Статическое трение возникает из-за интеграции этих неровностей.

Формула статического трения

Сила, которая останавливает движение скользящих материалов, называется трением. Мы увидим трения повсюду. Объект скользит, и сила, действующая на скользящий объект, направлена ​​в противоположную сторону.

Если мы движемся по дорожке и внезапно останавливаемся, мы сможем остановиться благодаря трению между нашими тапочками и полом. Трение может быть с движущимся или неподвижным объектом. Таким образом, это может быть сильным, а также статическим. В этой концепции мы рассмотрим тему и формулу статического трения вместе с примерами. Давайте посмотрим на это.

Предположим, что транспортное средство находится в состоянии покоя. Нам нужно приложить больше усилий, чтобы включить транспортное средство, не используя акселератор. Это из-за статического трения. Здесь транспортное средство без движения представляет собой силу, идущую на столкновение с силой трения. Статическое трение возникает под действием силы сопротивления, наблюдаемой в покоящемся объекте.

Это можно записать как Fs=мкс×Fn.

Где Fn — нормальная сила

           мкс — статическое трение Коэффициент статического трения

           А Fs — это трение покоя.

Рассмотрим простой пример.

В: На коробку весом 5 кг, статично закрепленную на поверхности, действует сила 300 Н. Если коэффициент трения равен 0,3, рассчитать статическое трение по формуле статического трения.

Ответ: Запишем данные значения

Нормальная сила, Fn=300 Н,

Коэффициент трения мкс=0,3,

Используя формулу статического трения:

Fs=мкс×Fn

=0,3×300 Н

= 90 Н.

Следовательно, 90 Н — это трение покоя.

Уравнение статического трения

Мы можем рассчитать статическое трение, используя формулу.

Статическое трение = Нормальная сила x коэффициент статического трения.

т. е. Fs=мкс×Fn

Например, возьмем 200 Н в качестве нормальной силы и трение равным 0,3,

Затем мы вычисляем статическое трение следующим образом.

 Статическое трение = 200 x 0,3.

Статическое трение = 60 Н.

Коэффициент статического трения

Трение – это препятствие, возникающее в месте, где пол или предмет встречаются, когда они движутся по другому. Это происходит несколькими способами: первый заключается в том, что кинетическое трение применяется к предмету, который скользит по земле. Напротив, статическое трение — это еще один метод, который имеет место, когда трение ограничивает движение материала. Коэффициент варьируется для всех наборов объектов, которые соприкасаются друг с другом, включая объект, который соединяется сам с собой.

Теперь взглянем на формулу коэффициента статического трения.

Статическая сила трения = (коэффициент статического трения) × (нормальная сила)

т. е. Fs=мкс×Н

Fs — статическая сила трения, мкс — статический коэффициент трения, а N — нормальная сила.

Коэффициент статического трения безграничен; он не содержит никакого значения. Это будет переменная величина, которая означает силовой путь, не влияющий на существенные значения. Значение коэффициента статического трения зависит от факторов, вызывающих трение.

Как правило, их значения находятся в диапазоне от 0 до 1, но они должны быть больше 1. Когда значение равно 0, между парой объектов нет трения. Каждый объект имеет минимальное трение, когда два объекта взаимодействуют друг с другом. Нормальная сила и силы трения равны, когда значение равно 1.

То, что коэффициент статического трения конечен до нуля и единицы между значениями, ошибочно. Нормальная сила слабее, чем сила трения, когда значение больше 1. Нормальная сила, такая как силиконовая резина, будет иметь статический коэффициент трения, намного превышающий единицу.

Законы статического трения

Законы статического трения определены ниже:

• Сила трения обратна движению объекта, который находится над землей устойчивого объекта практически до земли под действием внешняя сила.
• Трение всегда происходит на пути, не относящемся к основаниям контакта между обоими объектами.
• Когда приложенная сила меньше силы трения, она ограничивает движение объекта.
• В начале движения результирующая внешняя сила, приложенная в направлении движения, равна наибольшей силе трения, известной как ограничивающая сила.
• Величина предельного трения и нормальная сила пропорциональны друг другу.
• Когда нормальная сила постоянна, предельное трение в данной ситуации зависит от области контакта.
• Предельное трение основано на поверхности двух объектов областей контакта и неровностях между основаниями.

Заключение

Необходимо понимать основы статического трения и то, как оно работает в реальной жизни. Без статического трения мы не можем двигаться или вещи не могут оставаться в устойчивом равновесии. Статическое трение — это трение между парой соприкасающихся тел в состоянии покоя, которое необходимо для запуска системы.

Для сравнения, кинетическое трение определяет требуемую кинетическую энергию во время выполнения функции. Трение и срок службы вещи связаны; это означает, что легкоходные системы тоже без подшипников. Статическое трение возникает из-за прилипания, незначительного химического взаимодействия между поверхностями. Как правило, трение возникает из-за того, что параметры каждой поверхности по умолчанию взаимодействуют друг с другом и случайно.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Трение между парой объектов или очень простых объектов, находящихся в покое друг с другом, известно как статическое трение. Например, статическое трение может помешать предмету разрушить склон. А сила, удерживающая тело в покое, называется трением покоя. Статическое трение, которое возникает, когда человек пытается толкнуть неподвижный предмет на землю, даже не создавая никакого относительного движения между объектом и полом, на котором находится объект, называется статическим трением.

 Следующий набор точек для вызова системы, работающей в условиях трения покоя:

• Данные тела должны быть неподвижны и соприкасаться друг с другом.
• Должна быть взаимосвязь несоответствий в области контакта.
• Приложенная сила должна следовать за одним из тел и пытаться двигаться.
• Все-таки тело должно быть неподвижно по сравнению с другими полами на вещах, соприкасающихся.

Урок Видео: Статическое трение | Nagwa

Стенограмма видео

Статическое трение – наша тема в это видео. Это своего рода трение, которое существует между объектами, которые соприкасаются, но не движутся относительно одного еще один. Статическое трение – это сила предотвращение соскальзывания всех этих сложенных объектов вниз по склону или мимо них друг друга. Как мы увидим, это сила, которая имеет отношение к интерфейсам или точкам контакта между различными объектами.

Итак, трение покоя – это контакт сила. И что интересно, он существует только в ответ на другие силы. Скажем, например, у нас есть эта коробка в состоянии покоя на ровной поверхности. Коробка, которую мы видим, находится в контакте с поверхностью; допустим, это верх стола. Но даже при этом под этими условиях, сила трения покоя отсутствует. Скорее, единственные силы, действующие на коробка — это ее сила веса, ее масса, умноженная на ускорение свободного падения, и контактная сила или нормальная сила, действующая на коробку и противодействующая силе веса.

Но тогда представим, что мы приложите устойчивое и небольшое усилие к ящику, толкая его вправо. Мы можем назвать это 𝐹 sub A, чтобы показать что это приложенная сила, и именно в ответ на это статическое трение сила возникнет. То есть, когда мы нажимаем на ящик, который скользил бы им по столешнице, микроскопически шероховатый интерфейс между коробка и столешница сопротивляются этому. Масштабный эффект этих микроскопические взаимодействия — это сила трения, действующая влево. И до определенного момента это фрикционное сила будет точно соответствовать и противодействовать приложенной силе 𝐹 sub A.

Мы можем увидеть это, взглянув на график силы трения, возникающей как реакция на приложенную силу. В начале, прежде чем мы подтолкнули на коробке вообще, мы знаем, что приложенная сила равна нулю. И как мы видели, так и фрикцион сила в этот момент. Но потом мы начинаем настаивать коробка. И сказать, что мы равномерно увеличиваем прикладываемая сила от нуля до одного ньютона. В ответ сила трения также может равномерно соответствовать этой приложенной силе. И так как во всем этом прогрессия, величина силы трения равна нашей величине приложенной силы, коробка остается на месте.

Но, допустим, мы продолжаем нажимать сильнее на коробку, плавно увеличивая прилагаемое усилие до двух ньютонов. Мы можем обнаружить, что это все еще так что сила трения соответствует этой приложенной силе. Когда это происходит, мы знаем, что эта сила трения относится к трению покоя, поскольку объект под нашим приложенным сила не движется. Хотя мы знаем из опыта, что по мере того, как мы увеличиваем эту приложенную силу, в конечном итоге она превысит силу трения что может оказать интерфейс между нашей коробкой и столешницей. Когда это происходит, коробка начнет двигаться, и у нас больше не будет ситуации статического трения.

В этом уроке мы ограничим обсуждение тех сценариев, где сила трения действительно соответствует приложенной сила. Просто знай, что если бы мы продолжали увеличивая приложенную силу, в конце концов она превысит силу трения. Другими словами, мы будем требовать, чтобы 𝐹 sub f равно 𝐹 sub A. Теперь мы знаем, что приложенная сила каким-то образом определяется внешним условием. В случае с нашей коробкой на настольная, это определяется тем, насколько сильно мы нажимаем на коробку. А как же статическое трение? сила 𝐹 sub f? Если мы подумаем о собственном опыта с трением, мы можем вспомнить, что более тяжелые объекты, как правило, требуют больше сила, заставляющая их двигаться по поверхности. Например, если бы этот ящик был одним килограмм массы, то начать разгон было бы проще, чем если бы он был, скажем, 100 кг. Это указывает нам на идею что сила трения покоя, действующая на тело, пропорциональна его масса.

А дальше, как мы продолжаем думать относительно статического трения, мы могли бы также предположить, что это как-то связано с конкретные материалы, находящиеся в контакте друг с другом. Например, мы знаем, что если один материал — металл, скажем, лезвие конька, а другой материал — лед, тогда между этими двумя поверхностями очень мало трения. С другой стороны, скажем, мы представляя себе асфальтовое дорожное покрытие и резиновую шину на автомобиле. Мы очень рады тому, что между этими двумя поверхностями существует большое трение. Итак, в то время как сила статики трение зависит от веса объекта, поскольку он опирается на некоторую поверхность, а также зависит от того, каковы эти конкретные поверхности в контакте.

А на самом деле есть количественный, то есть основанный на числах, способ описания этих взаимодействий для различные материалы. Это зависит от того, что называется коэффициент статического трения, представленный 𝜇 с нижним индексом s. Коэффициент статического трения это число часто между нулем и единицей, но не всегда. Это становится выше для поверхностей в контакта, которые с меньшей вероятностью скользят друг мимо друга и ниже для поверхностей в контакты, которые с большей вероятностью ускользнут друг от друга.

Можно посмотреть таблицы коэффициенты статического трения для многих различных пар материалов. Например, если мы рассмотрим коэффициент статического трения между колесом из резины и сухим асфальтом, мы найдите это значение примерно равным 0,9. Обратите внимание, что коэффициент статики трение безразмерно; это чистое число. С другой стороны, если мы посмотрим вверх 𝜇 sub s для случая, когда сталь и лед соприкасаются, это значение на самом деле близко к нуль. Мы поднимаем все это, потому что это именно этот фактор, коэффициент статического трения, который нам нужно будет включить в нашем уравнении для силы трения.

Сила трения покоя, действующая на каком-либо предмете равен весу этого предмета, умноженному на коэффициент статическое трение, относящееся к материалу, из которого сделан объект, и материалу на котором он держится. И часто мы видим негатив перед этим выражением стоит знак. И это, чтобы выразить факт что сила трения в направлении всегда противодействует приложенной силе. Это и есть математическое отношение, которое мы можем использовать для расчета силы трения на объекте, который не в движении, то есть находится в статике. И заметьте, потому что величина статической силы трения всегда равна приложенной силе, стремящейся чтобы привести объект в движение, можно сказать, что приложенная сила равна величина правой части этого выражения, другими словами, 𝑚 умноженная на 𝑔 раз 𝜇 саб.

Прежде чем мы перейдем к примеру упражнений, в этом уравнении есть одна тонкость, о которой мы должны упомянуть. Напомним, что на нашем начальном экране вместо того, чтобы иметь плоскую поверхность для наших объектов, у нас была поверхность в наклоняться. Если мы поставим нашу коробку на этот склон, тогда мы знаем, что сила веса 𝑚𝑔 снова действует прямо вниз. Но сейчас норма или реакция сила не противодействует непосредственно силе веса. Это различие на самом деле имеет влияние на статическую силу трения между ящиком и наклонной плоскостью. Именно потому, что сила трения, а не зависит непосредственно от силы веса, на самом деле зависит от нормальная или реактивная сила. В большинстве случаев в нашем уравнение для статической силы трения, мы бы заменили 𝑚 умноженное на 𝑔 на 𝐹 sub №

Таким образом, включен ли наш объект плоской поверхности или на наклонной, мы все еще можем точно рассчитать на него действует статическая сила трения. В случаях, когда наш объект находится на плоская поверхность, 𝐹 sub N равно 𝑚 умноженному на 𝑔. Но в других сценариях нам понадобится использовать в этом выражении нормальную силу, а не силу веса. Зная все это о статике трения, давайте теперь рассмотрим пример.

На рисунке показаны два блока, блок A и блок B. Блоки имеют равные массы. Блок А находится на шероховатой поверхности, и блок B находится на блоке A. На блок B действует сила 𝐹, параллельная поверхности. Изначально блок B не движется, и 𝐹 неуклонно увеличивается. Когда 𝐹 увеличилось достаточно, чтобы заставить блок B начать двигаться, оба блока двигаются в направлении 𝐹 одновременно скорость. Что из перечисленного является правильным утверждение об отношении 𝜇 подединицы, коэффициента трения покоя между блоком А и поверхностью, до 𝜇 меньше двух, коэффициент статического трения между блоками? (A) 𝜇 sub единица равна 𝜇 sub два. (B) 𝜇 sub один меньше, чем 𝜇 sub два. (C) 𝜇 подединица больше, чем 𝜇 суб два.

Хорошо, в этом примере у нас есть эти два блока: блок B опирается на блок A, а затем блок A опирается на этот шероховатый поверхность. Пока два блока стационарно, к блоку B приложена сила 𝐹, параллельная поверхности раздела между блоками. Сначала ничего не происходит. Но тогда, по мере увеличения 𝐹, в конце концов блок B начинает двигаться. Однако в этот самый момент заблокируйте А также приводится в движение. И оба блока перемещаются влево на с той же скоростью, о которой нам говорят. Итак, это интересно. Несмотря на то, что сила 𝐹 действует применяется к блоку B, что в конечном итоге происходит, когда оба блока перемещаются как единое целое к оставил.

Зная это, мы хотим сделать сравнение между коэффициентом статического трения, который существует между двумя блоков, что называется 𝜇 sub two, а также коэффициент статического трения, который существует между блоком А и шероховатой поверхностью; это называется 𝜇 sub one. По сути, мы хотим сделать сравнение между этими двумя коэффициентами статического трения. Когда мы думаем о том, что происходит физически в этой ситуации мы видим, что даже если мы прикладываем силу только для того, чтобы блок B, по-видимому, сила трения между блоком B и блоком A велика достаточно, чтобы вся масса двух блоков вместе начала двигаться до блок B начинает скользить по верхней части блока A.

Тогда мы могли бы сказать, что этот статический здесь сила трения, действующая между блоком А и поверхностью, слабее, чем сила статического трения, действующая между двумя блоками. Мы можем написать уравнения для эти две силы трения покоя. Напомним, что величина статическая сила трения, действующая на какой-либо предмет, покоящийся на плоской поверхности равно массе этого объекта, умноженной на ускорение свободного падения, умноженное на коэффициент статического трения между телом и поверхностью, на которую оно опирается. Если мы назовем силу трения в наш сценарий, который существует между блоком A и поверхностью 𝐹 под одной, то мы знаем это равно массе блока A плюс масса блока B, потому что блок B покоится над блоком A, умноженный на 𝑔 раз 𝜇 под единицу, коэффициент статики трение между блоком А и поверхностью. По сравнению с этим, если мы назовем статическая сила трения между двумя блоками 𝐹 меньше двух, тогда это просто равно к массе блока B раз 𝑔 раз 𝜇 меньше двух.

В нашей постановке задачи мы сказал, что когда эти блоки двигаются, они двигаются как единое целое. Мы видели, что это означает, что сила трения между блоками должна быть больше, чем между блоком А и поверхность. Другими словами, 𝐹 sub two должно быть больше, чем 𝐹 меньше единицы. Затем мы можем заменить 𝐹 sub two в это неравенство с этим выражением и 𝐹 sub one с этим. И как только мы это сделали, давайте вспомнить важную информацию, которую нам дали ранее. Нам не сказали, какие массы блоки B и A равны, но нам сказали, что они равны. Тогда в стороне, мы можем написать что 𝑚 sub B равно 𝑚 sub A, и мы можем называть их обоих просто 𝑚. Если мы сделаем эту замену в нашем неравенство, то у нас есть это выражение, где 𝑚 и 𝑔 являются общими для обоих стороны.

Если мы разделим обе части на 𝑚 умножить на 𝑔, то это отменяет те члены по обе стороны от равенства, в то время как сохраняя свое направление прежним. И мы находим, что 𝜇 sub two равно более чем в два раза 𝜇 меньше единицы. Это означает, что даже если мы удвоим 𝜇 саб один, это все равно меньше, чем 𝜇 саб два. Глядя на наши три ответа вариантов, мы видим, что это соответствует варианту (Б) 𝜇 sub на единицу меньше, чем 𝜇 sub два.

Давайте теперь посмотрим на другой пример упражнение.

Кирпич изначально покоится сверху шероховатой горизонтальной поверхности, как показано на схеме. Кирпич толкается силой 𝐹 параллельно поверхности. Вес кирпича равен 30 ньютоны. Коэффициент статического трения кирпича с поверхностью 0,75. Какая должна быть величина 𝐹 превысить, чтобы кирпич начал двигаться по поверхности?

Итак, у нас есть этот кирпич первоначально в состоянии покоя на шероховатой горизонтальной поверхности. И мы видим, что этот кирпич толкается силой 𝐹 параллельно поверхности. Для достаточно малых значений 𝐹 кирпич на самом деле не будет двигаться. И это из-за трения эффекты между кирпичом и поверхностью, приводящие к силе трения на кирпич. Эта сила трения находится в противодействие применяемой силе 𝐹. Но сила трения имеет некоторую максимальное значение, которого он может достичь. Если приложенная сила 𝐹 превышает это максимальное значение, тогда кирпич начнет двигаться.

Чтобы вычислить максимально возможную силы статического трения, действующей на кирпич, можно вспомнить, что величина сила трения, действующая на какой-либо предмет на плоской поверхности, равна масса объекта, умноженная на коэффициент статического трения между объектами и поверхность, на которую он опирается. Тогда можно сказать, что максимально сила трения покоя, действующая на кирпич, равна его весу, при этом величина его веса, умноженная на коэффициент статического трения между кирпич и шероховатая поверхность.

В качестве примечания мы говорим, что это максимальная статическая сила трения, потому что на самом деле сила может быть меньше чем это. Когда сила 𝐹, которую мы прикладываем к кирпич очень мал, но увеличивается статическая сила трения на кирпиче удержание его на месте увеличивается с 𝐹. Но, как мы сказали, это происходит только до момента, когда эта приложенная сила меньше или равна веса этого кирпича, умноженного на коэффициент статического трения.

Когда 𝐹 превышает это значение, именно в тот момент, когда кирпич начнет двигаться. И именно поэтому мы решаем для 𝐹 сабж макс. Подставляя в наши данные значения, это равно 30 ньютонов умножить на 0,75. И если мы сохраним только два значимых цифры из нашего ответа, что в итоге составляет 23 ньютона. Как только наша приложенная сила 𝐹 превысит это значение, статическая сила трения больше не сможет поддерживаться, поэтому говорите, и кирпич начнет двигаться.

Подведем итог тому, что у нас есть узнали о статическом трении. На этом уроке мы видели, что статические трение — контактная сила. То есть это сила между двумя объекты, находящиеся в физическом контакте. Он удерживает данный объект от движется, и делает это, действуя в ответ на другие силы. Действующая сила трения покоя на предмет зависит от двух факторов: его веса или нормальной силы, действующей на него, если объект находится под наклоном, а коэффициент статического трения. Мы видели, что этот второй фактор, представленный с помощью 𝜇 sub s, зависит от материалов, из которых состоит объект и поверхность. он опирается на сделаны из.

Все это объединяется в выражение для статической силы трения, действующей на какой-либо предмет. Он равен нормальному или сила реакции, действующая на объект, которая равна 𝑚 умножить на 𝑔, если объект на плоской поверхности, умноженной на соответствующий коэффициент статического трения. И мы говорим, что эта сила отрицательна потому что он противостоит направлению приложенной силы, стремящейся сделать объект в ход вопроса. Это краткое изложение статики. трение.

2.2 Сила | Законы Ньютона

2.2 Сила (ЭСБХ)

Что такое

Сила — это все, что может вызвать изменение объектов. Силы могут делать такие вещи, как:

• изменить форму объекта,

• ускорить или остановить объект и

• изменить направление движущегося объекта.

Сила может быть классифицирована как контактная сила или бесконтактная сила .

Контактная сила должна коснуться или быть в контакте с объектом, чтобы вызвать изменение. Примеры контактные силы:

• сила, которая используется, чтобы толкать или тянуть предметы, например, дверь, чтобы открыть или закрыть ее

• сила, которую скульптор использует, чтобы превратить глину в горшок

• сила ветра, вращающая ветряную мельницу

Бесконтактная сила не обязательно должна касаться объекта, чтобы вызвать изменение. Примеры бесконтактных сил силы, обусловленные:

• гравитация

  , как Земля притягивает к себе Луну;

• электричество, как протон и электрон притягиваются друг к другу; и

• магнетизм, как магнит, притягивающий к себе скрепку.

Единицей силы в международной системе единиц (единицы СИ) является ньютонов (символ N ). Эта единица названа в честь сэра Исаака Ньютона, впервые определившего силу. Сила — это вектор количество, поэтому оно имеет величину и направление. Мы используем символ \(\overrightarrow{F}\) для силы.

В этой главе часто упоминается результирующая сила , действующая на объект. Результирующая сила просто векторная сумма всех сил, действующих на объект. Очень важно помнить, что все силы должны действовать на тот же объект . Результирующая сила – это сила, имеющая тот же эффект, что и все остальные силы, сложенные вместе.

Различные виды сил в физике (ESBKK)

Многие темы физики, которые вы будете изучать, вращаются вокруг воздействия или действия сил. Хотя там много разных сил, узнают некоторые фундаментальные принципы подхода к проблемам и применения в этой книге независимо от того, какая сила применяется

Физика изучает мир природы, и вы, вероятно, знаете физику намного больше, чем думаете. Ты видеть вещи, происходящие каждый день, которые регулируются законами физики, но вы, вероятно, не думаете о физике того времени. Если вы подбросите камень в воздух, он в конце концов упадет на землю. Много физики можно изучить, анализируя повседневную ситуацию.

Мы собираемся узнать о некоторых силах в следующих нескольких разделах, но прежде чем мы начнем, давайте опишем повседневная ситуация, в которой все они играют роль, чтобы вы могли визуализировать происходящее. Ты нуждаешься в стол и три книги, которые имеют разную массу. Возьмите любую книгу и положите ее на стол. Ничего такого бывает, книга просто ложится на стол, если стол ровный. Если медленно поднять одну сторону стола так что верхняя часть стола наклонена, книга не двигается сразу. Когда вы поднимаете стол больше и больше книга вдруг начинает соскальзывать со стола. Вы можете повторить это со всеми тремя книгами и увидеть насколько нужно наклонить стол, прежде чем книги начнут скользить.

Эта реальная ситуация иллюстрирует многое из физики, о которой мы хотим узнать в этой главе.

Нормальная сила

Когда объект помещается на поверхность, например, подумайте о том, чтобы положить книгу на стол, действует ряд сил. Во-первых, если бы не было стола, книга упала бы на пол. Сила, вызывающая это, — гравитация. Стол останавливает падение книги на пол. единственный способ, которым это может произойти, — это воздействие стола на книгу. Сила, которую стол воздействует на книгу, должна уравновешивать силу тяжести. Это сразу говорит нам о нескольких вещах! Гравитация — это сила, тянущая книгу вниз, это вектор. Сила, действующая на стол, должна уравновесить это, и он может сделать это только в том случае, если он имеет ту же величину и действует в противоположном направлении. направление.

Это происходит часто, гравитация притягивает человека к земле, но когда вы стоите на земле что-то должно уравновешивать его, если вы поставите тяжелую коробку на землю, гравитационная сила сбалансированный. Если положить кирпич в воду, он утонет, потому что ничто не уравновешивает силу гравитации. Мы даем силу, которую поверхность (любая поверхность) оказывает, чтобы уравновесить силы на объекте в контакте с этой поверхностью нормальный форс.

Нормальная сила – это сила, действующая на объект в результате взаимодействия с поверхностью и перпендикулярно поверхности. Эта последняя часть может показаться неожиданной (противоречивой интуиции). потому что, если мы немного наклоним стол, направление гравитационной силы не изменится, но направление нормальной силы имеет немного (нормаль не всегда прямо противоположна силе тяжести). Не паникуйте, все это станет понятным до конца этой главы. Помните: нормальная сила всегда перпендикулярно (под прямым углом) к поверхности.

Нормальная сила

Нормальная сила, \(\vec{N}\), представляет собой силу, действующую на поверхность на объект, находящийся в контакте с Это.

силы трения

Почему ящик, скользящий по поверхности, в конце концов останавливается? Ответ трение . Трение возникает там, где две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга. друг друга.

Для повседневного примера, сожмите руки вместе и двигайте одну вперед и назад, у нас есть две поверхности, соприкасающиеся с одной движущейся относительно другой. Твои руки согреются, у тебя будет испытал это раньше и, вероятно, зимой потирал руки, чтобы согреть их. Жара генерируются трением.

Трение возникает из-за того, что поверхности взаимодействуют друг с другом. Подумайте о наждачной бумаге с большим количеством неровности на поверхности. Если потереть наждачной бумагой, то неровности останутся в любой канавке.

Когда поверхность одного объекта скользит по поверхности другого, каждое тело создает силу трения. сила на другом. Например, если книга скользит по столу, стол создает силу трения. на книгу, и книга оказывает силу трения на стол. Действуют силы трения параллельно поверхностям .

Сила трения

Сила трения – это сила, противодействующая движению объекта, находящегося в контакте с поверхностью и он действует параллельно поверхности, с которой соприкасается объект.

Величина силы трения зависит от поверхности и величины нормальной силы. На разных поверхностях возникают разные силы трения, даже если нормальная сила равна такой же. Силы трения пропорциональны величине нормальной силы. \[F_{\text{трение}} \propto N\]

Для каждой поверхности мы можем определить постоянный фактор, коэффициент трения, который позволяет нам рассчитайте, какой была бы сила трения, если бы мы знали величину нормальной силы. Мы знаем что статическое трение и кинетическое трение имеют разные величины, поэтому мы имеем разные коэффициенты для двух видов трения:

• \(\mu_s\) — коэффициент статического трение
• \(\mu_k\) — коэффициент кинетического трения

Сила не всегда достаточно велика, чтобы заставить объект двигаться, например, малая приложенная сила может невозможность передвинуть тяжелый ящик. Сила трения, противодействующая движению ящика, равна приложенная сила, но действующая в противоположном направлении. Эта сила трения называется статической. трение . Когда мы увеличиваем приложенную силу (нажимаем сильнее), сила трения также увеличивается. увеличиваться до тех пор, пока не достигнет максимального значения. Когда приложенная сила больше, чем максимальная сила статического трения объект будет двигаться. {max} = \mu_sN\).

Когда приложенная сила превышает максимальную силу статического трения, объект перемещается, но все еще испытывает трение. Это называется кинетическим трением . Для кинетического трения значение остается неизменным независимо от величины приложенной силы. Величина кинетического трения: \(f_k = \mu_kN\).

Помните, что статическое трение присутствует, когда объект не движется, и кинетическое трение, когда объект объект движется. Например, когда вы едете на машине с постоянной скоростью по асфальтированной дороге, вы должны слегка нажимайте на педаль акселератора, чтобы преодолеть трение между асфальтовой дорогой и колесами. из машины. Однако при движении с постоянной скоростью колеса автомобиля катятся, поэтому это не случай, когда две поверхности «трутся» друг о друга, и мы на самом деле смотрим на статическое трение. Если вы резко сломаетесь, заставив машину остановиться, мы будем иметь дело с двумя поверхностями, трущимися друг о друга и, следовательно, с кинетическим трением. Чем выше значение для коэффициент трения, чем более «липкая» поверхность, и чем меньше значение, тем больше «скользкая» поверхность.

Трение очень полезно. Если бы не было трения и вы попытались бы прислонить лестницу к стене, он просто соскользнул бы на землю. Скалолазы используют трение, чтобы удержаться на скалах. Тормоза автомобилей были бы бесполезны, если бы не трение!

Рабочий пример 1: статическое трение

На коробку, покоящуюся на поверхности, действует нормальная сила величины \(\text{30}\) \(\text{N}\) а коэффициент статического трения между поверхностью и ящиком \(\mu_s\) равен \(\текст{0,34}\). Какова максимальная статическая сила трения? 9{макс.} &= \mu_sN \\ &= (\текст{0,34})(\текст{30}) \\ & = \текст{10,2} \end{align*}

Максимальная величина статического трения равна \(\text{10,2}\) \(\text{N}\).

Рабочий пример 2: Статическое трение

Нападающие вашей школьной команды по регби пытаются запустить свою скрам-машину. Нормальный сила, действующая на скрам-машину, равна \(\text{10 000}\) \(\text{N}\). Машина не вообще двигается. Если коэффициент статического трения равен \(\text{0,78}\), каков минимум сила, которую они должны приложить, чтобы заставить скрам-машину начать движение?

Минимум или максимум

Вопрос заключается в том, какой должна быть минимальная сила, необходимая для приведения в движение скрам-машины. Мы не знаю отношения для этого, но мы знаем, как рассчитать максимальную силу статическое трение. Нападающие должны прикладывать большее усилие, поэтому минимальное количество которые они могут оказывать, фактически равна максимальной силе статического трения.

Максимальная величина статического трения равна \(\text{7 800}\) \(\text{N}\).

Рабочий пример 3: Кинетическое трение

Нормальная сила, действующая на коляску, равна \(\text{100}\) \(\text{N}\). Тормоза коляски есть заблокированы, чтобы колеса не могли вращаться. Хозяин пытается толкнуть коляску, но она не двигается. Владелец давит все сильнее и сильнее, пока он внезапно не начнет двигаться, когда приложенная сила составляет три четверти нормальной силы. {max} &= \mu_sN \\ \text{75} &= \mu_s (\text{100}) \\ \mu_s &=\текст{0,75} \end{выравнивание*} 9{Максимум} \\ &= \frac{\text{1}}{\text{2}}(\text{75}) \\ & = \text{37,5}\text{N} \end{align*}

Мы знаем соотношение между величиной кинетического трения, величиной нормальная сила и коэффициент кинетического трения. Мы можем использовать его для решения коэффициента кинетического трения: \начать{выравнивать*} f_k &= \mu_kN \\ \text{37,5} &= \mu_k (\text{100}) \\ \mu_k &=\текст{0,375} \end{выравнивание*}

Рабочий пример 4: Коэффициент статического трения

На деревянный брусок действует нормальная сила \(\text{32}\) \(\text{N}\) от грубой, плоской поверхность. К блоку привязана веревка. Веревку натягивают параллельно поверхности и натяжение (сила) веревки может быть увеличено до \(\text{8}\) \(\text{N}\) перед блок начинает скользить. Определить коэффициент трения покоя.

Проанализируйте вопрос и определите, что задано

Нормальная сила задана (\(\text{32}\) \(\text{N}\)) и мы знаем, что блок не двигаться до тех пор, пока приложенная сила не станет \(\text{8}\) \(\text{N}\).

Нас просят найти коэффициент статического трения \({\mu }_{s}\).

Найти коэффициент статического трения

\begin{align*} F_f&=\mu_sN\\ \text{8} &= \mu_s(\text{32}) \\ \mu_s &= \text{0,25} \end{выравнивание*}

Обратите внимание, что коэффициент трения не имеет единицы измерения, так как он показывает соотношение. Значение для коэффициент трения трения может иметь любое значение вплоть до максимального \(\text{0,25}\). При приложении силы меньше \(\text{8}\) \(\text{N}\) коэффициент трения будет меньше \(\text{0,25}\).

Рабочий пример 5: Статическое трение

На ящик, лежащий на наклонной плоскости, действует нормальная сила величины \(\text{130}\) \(\text{N}\) и коэффициент статического трения, \(\mu_s\), между коробкой и поверхность \(\text{0,47}\). Какова максимальная статическая сила трения? 9{макс.} = \mu_sN.\] Это не зависит от того, наклонена поверхность или нет. Изменение наклона поверхность повлияет на величину нормальной силы, но метод определения сила трения остается неизменной.

Нам дано, что \(\mu_s = \text{0,47}\) и \(N=\text{130}\text{ N}\). Это все информация, необходимая для расчета. 9{макс.} &= \mu_sN \\ &= (\текст{0,47})(\текст{130}) \\ & = \text{61,1}\text{N} \end{align*}

Максимальная величина статического трения равна \(\text{61,1}\) \(\text{N}\).

Включен рекомендуемый практический метод для неформальной оценки нормальных сил и трения. В В этом эксперименте учащиеся исследуют взаимосвязь между нормальной силой и максимальной статическое трение. Учащиеся должны использовать разные поверхности, чтобы увидеть эффект статического трения. Если время позволяет учащимся также исследовать динамическое трение. Вам понадобятся пружинные балансы; несколько блоков из того же материала с крючками на одном конце; несколько грубых и гладких поверхности; и кирпичи или блоки для наклона поверхностей.

Нормальные силы и трение

Цель

Исследовать взаимосвязь между нормальной силой и трением.

Аппарат

Баланс пружинный, несколько блоков из одного материала, с крючками на одном конце, несколько шероховатые и гладкие поверхности, кирпичи или блоки для наклона поверхностей

Метод

• Прикрепите каждый из блоков к пружинным балансам по очереди и запишите показания.

• Возьмите один блок и прикрепите его к пружинным балансам. Теперь сдвиньте блок вдоль каждого из поверхности по очереди. Обратите внимание на показания. Повторите для других блоков.

• Повторите предыдущий шаг, но наклоните поверхности под разными углами.

Результаты

Запишите результаты в таблицу

Ранние люди использовали трение для создания огня. Трение может привести к сильному нагреву и преждевременному люди использовали этот факт, когда терли две палки друг о друга, чтобы разжечь огонь. Когда ты потираешь руки вместе быстро и сильно нажимая, вы почувствуете, что они согреваются. Это тепло, создаваемое трение. Вы можете использовать это, чтобы разжечь огонь.

Чтобы разжечь огонь, вам понадобятся два куска дерева, один длинный прямой круглый кусок примерно одного размера. толщиной с палец и около \(\text{40}\) \(\text{см}\) в длину, а также более толстый плоский кусок из дерева. Плоский толстый кусок дерева нуждается в отверстии, в которое может поместиться длинный прямой кусок. Затем вы положите плоский кусок на землю, длинный прямой в отверстие и потрите его между руками прикладывая давление вниз, чтобы увеличить нормальную силу и величину трения. Где два кусочки дерева трутся друг о друга трение приводит к трению множества крошечных кусочков дерева выключается и становится жарко.

Через некоторое время дыра начнет дымиться. В этот момент дымящиеся кусочки дерева, называемые тлеющими углями, нужно аккуратно высыпать из норы на небольшую подстилку из сухой травы. Вы покрываете уголь полностью и осторожно подуйте. Трава должна начать гореть. Затем вы используете горящую траву, чтобы зажечь несколько сухих веток и продолжайте продвигаться к более крупным кускам дерева.

Чтобы сделать это еще проще, можно использовать лук из дерева с тетивой, чтобы заставить дерево вращаться. По скручивая тетиву лука вокруг длинного куска дерева, ею можно управлять, не требуя человек использует свои руки.

Видео: 23 ГВт

Напряжение

Натяжение – это величина силы, которая существует в таких объектах, как веревки, цепи и распорки, которые оказание поддержки. Например, в канатах, поддерживающих детские качели, действуют силы натяжения. висит на дереве.

Учебник Упражнение 2.1

Коробка стоит на шероховатой поверхности. Он имеет нормальную силу величины \(\text{120}\) \(\текст{N}\). Сила \(\text{20}\) \(\text{N}\), приложенная справа, не может сдвинуть коробка. Вычислите величину и направление сил трения.

Нормальная сила задана (\(\text{120}\) \(\text{N}\)) и мы знаем, что блок не двигаться, когда используется приложенная сила \(\text{20}\) \(\text{N}\).

Нас просят найти величину и направление сил трения.

Так как ящик неподвижен и приложенной силы недостаточно для перемещения ящика, мы известно, что кинетическая сила трения равна \(\text{0}\) \(\text{N}\).

Сила трения определяется как сила, противодействующая движению объекта в контакт с поверхностью, и он действует параллельно поверхности, с которой объект контактирует с. Следовательно, статическая сила трения равна \(\text{20}\) \(\text{N}\) влево, чтобы дать результирующую ноль.

Какова величина силы трения, действующей на брусок, когда брусок в состоянии покоя?

Блок не движется, поэтому на него не действует кинетическая сила трения. блокировать. К блоку также не приложена сила, поэтому статическое трение сила также равна нулю.

Какой будет величина силы трения, если горизонтальная сила величины \(\text{5}\) \(\text{N}\) действует на блок?

Блок не движется, поэтому на него не действует кинетическая сила трения. блокировать.

Сила трения определяется как сила, противодействующая движению объекта соприкасается с поверхностью и действует параллельно поверхности, на которой находится объект. связаться с. Следовательно, статическая сила трения равна \(\text{5}\) \(\text{N}\) в направление, противоположное приложенной силе. 9{\ text {max}} & = \ mu_ {s} N \\ & = (\текст{0,40})(\текст{20}) \\ & = \текст{8}\текст{N} \конец{выравнивание*}

Таким образом, мы должны приложить силу больше, чем \(\text{8}\) \(\text{N}\), чтобы начать коробка движется.

Какова минимальная сила, необходимая для удержания блока в движении после того, как он был начал?

Чтобы найти минимальную силу, необходимую для удержания блока в движении, нам нужно вычислить величина силы кинетического трения:

\начать{выравнивать*} F_{k} & = \mu_{k} N \\ & = (\текст{0,20})(\текст{20}) \\ & = \текст{4}\текст{N} \конец{выравнивание*}

Итак, мы должны приложить силу \(\text{4}\) \(\text{N}\), чтобы удерживать коробку в движении.

Если горизонтальная сила равна \(\text{10}\) \(\text{N}\), определите силу трения сила.

Эта сила больше, чем сила, необходимая для начала движения блока. Итак статическая сила трения равна \(\text{0}\) \(\text{N}\).

При кинетическом трении значение силы трения остается неизменным независимо от величина приложенной силы. Таким образом, кинетическая сила трения равна \(\text{4}\) \(\текст{N}\).

Запишите выражение для коэффициента статического трения.

\[F_{s} \leq \mu_{s}N\]

Спланируйте расследование, которое вы проведете, чтобы помочь судье в его решении. Выполните шаги, описанные ниже, чтобы убедиться, что ваш план соответствует требованиям.

1. Сформулируйте вопрос для расследования.

2. Аппаратура: Перечислите все прочие аппараты, кроме плитки и обувь, которая вам понадобится.

3. Поэтапный метод: как вы будете проводить расследование? Включить соответствующая, помеченная диаграмма.

4. Результаты: Что вы будете записывать?

5. Заключение: Как вы будете интерпретировать результаты, чтобы сделать вывод?

Ниже приводится руководство к тому, что должны делать учащиеся. Этот эксперимент очень похоже на эксперимент с нормальными силами и трением, приведенный выше.

Контрольный вопрос: Каков коэффициент статического трения для плиток в супермаркет для разной обуви и веса людей?

Оборудование: пружинные балансы, несколько блоков из одного материала с прикрепленными крючками к одному концу несколько шероховатых и гладких поверхностей, кирпичи или блоки для наклона поверхности (и плитка, и обувь)

Способ:

1. Измерение силы трения для минимальной массы
2. Измерение силы трения для максимальной массы
3. Измерение силы трения для средней массы
4. Повторите каждое из вышеперечисленных измерений и возьмите среднее значение
5. Определить средний коэффициент трения

Результаты: Вы должны записать результаты для каждого шага, описанного выше

Вывод: Если коэффициент статического трения меньше минимально необходимого чем владелец супермаркета неправильный. Если коэффициент трения покоя больше минимально необходимого, чем дама неверна. Если коэффициент статическое трение равно минимальному, то необходимо учитывать другие факторы.

Силовые диаграммы (ЭСБКМ)

Силовые диаграммы представляют собой эскизы физической ситуации, с которой вы имеете дело, со стрелками для всех силы, действующие на систему. Например, если брусок лежит на поверхности, то на него действует сила сила тяжести тянет блок вниз, и на блок с поверхности действует нормальная сила. нормальная сила и сила тяжести в этом случае имеют одинаковую величину. График силы для такая ситуация:

Длина стрелок одинакова, чтобы указать, что силы имеют одинаковую величину.

Другим примером может быть тот же блок на поверхности, но с приложенной силой \(\vec{F}_L\) к слева от \(\text{10}\) \(\text{N}\) и приложенной силы, \(\vec{F}_R\), справа от \(\text{20}\) \(\текст{N}\). Вес и нормаль также имеют величины \(\text{10}\) \(\text{N}\).

При построении силовых диаграмм важно помнить следующее:

• Сделайте свой рисунок большим и четким.

• Вы должны использовать стрелки, и направление стрелки покажет направление силы.

• Длина стрелки будет указывать на величину силы, иными словами, чем длиннее стрелки в диаграмма (например, \({F}_{R}\)) указывает на большую силу, чем более короткая стрелка (\({F}_{L}\)). Стрелки одинаковой длины указывают силы равной величины (\({F}_{N}\) и \({F}_{g}\)). Используйте «маленькие линии», как в математике, чтобы показать это.

• Нарисуйте аккуратные линии с помощью линейки. Стрелки должны касаться системы или объекта.

• Все стрелки должны иметь метки. Используйте буквы с ключом сбоку, если вам не хватает места на вашем рисунке.

• На этикетках должно быть указано, что прикладывает силу (силу автомобиля), на что действует сила применяется (на прицепе) и в каком направлении (вправо)

• Если значения сил известны, эти значения можно добавить на диаграмму или ключ.

Свободные схемы корпуса (ESBKN)

На диаграмме свободного тела интересующий объект изображен в виде точки, и все силы, действующие на него, нарисованы в виде стрелок, указывающих в сторону от точки. Мы можем перерисовать две приведенные выше силовые диаграммы как свободное тело. диаграмм:

Разложение усилий на компоненты (ESBKP)

Мы рассмотрели разложение сил на компоненты. Мы рассмотрим одну ситуацию, когда это особенно полезны задачи, связанные с наклонной плоскостью. Это важно, потому что нормальная сила зависит от составляющей силы тяжести, которая перпендикулярна склону.

Рассмотрим брусок на наклонной плоскости. Плоскость наклонена под углом \(\theta\) к горизонтальный. Он чувствует гравитационную силу \(\vec{F}_g\) прямо вниз. Эту силу можно сломить на составляющие, перпендикулярные плоскости и параллельные ей. Это показано здесь:

Мы можем использовать любую систему координат для описания ситуации, и самое простое, что нужно сделать, это сделать Ось \(x\) декартовой системы координат совмещена с наклонной плоскостью. Вот тот самый физ. ситуация с нарисованной системой координат:

Это означает, что компоненты гравитационной силы выровнены (параллельны) одной из осей система координат. На рисунках показано, что угол между горизонталью и наклоном равен также угол между силой тяжести и ее составляющей, перпендикулярной наклонной плоскости (это нормально для самолета). Используя этот угол и тот факт, что компоненты образуют часть прямоугольного треугольника мы можем вычислить компоненты с помощью тригонометрии:

Используя тригонометрию, компоненты определяются как: \начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ {F}_{gy} & = {F}_g\cos(\theta) \конец{выравнивание*}

Рабочий пример 6: Компоненты силы тяжести

Блок на наклонной плоскости испытывает силу тяжести, \(\vec{F}_g\) из \(\text{137}\) \(\text{N}\) прямо вниз. Если склон наклонен в \(\text{37}\)\(\text{°}\) к горизонтальной, чему равна составляющая силы тяжести, перпендикулярная и параллельная склон?

Компоненты

Мы знаем, что для блока на склоне мы можем преобразовать силу тяжести \(\vec{F}_g\) в компоненты параллельны и перпендикулярны склону. \начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ {F}_{gy} & = {F}_g\cos(\theta) \конец{выравнивание*}

Расчеты

Эта задача проста, так как мы знаем, что склон наклонен под углом \(\текст{37}\)\(\текст{°}\). Это тот самый угол, который мы должны использовать для расчета компонентов, поэтому: \начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ & = (\текст{137})\sin(\текст{37}\текст{°})\\ & = \текст{82,45}\текст{N} \конец{выравнивание*} \начать{выравнивать*} {F}_{gy} & = {F}_g\cos(\theta)\\ & = (\текст{137})\cos(\текст{37}\текст{°})\\ & = \текст{109,41}\text{ N} \конец{выравнивание*}

Окончательный ответ

Компонент \(\vec{F}_g\), перпендикулярный наклону, равен \(\vec{F}_{gy}\)=\(\text{109,41}\) \(\text{N}\) в отрицательном \(y\)-направлении.

Компонент \(\vec{F}_g\), перпендикулярный наклону, равен \(\vec{F}_{gx}\)=\(\text{82,45}\) \(\text{N}\) в отрицательном \(x\)-направлении.

На брусок на наклонной плоскости действует сила тяжести, \(\vec{F}_g\) \(\text{456}\) \(\text{N}\) прямо вниз. Если склон имеет уклон \(\text{67,8}\)\(\text{°}\) к горизонтали, какова составляющая силы силе тяжести перпендикулярно и параллельно склону?

Мы знаем, что для блока на склоне мы можем определить силу гравитации, \(\vec{F}_g\) на составляющие, параллельные и перпендикулярные склону. \начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ {F}_{gy} & = {F}_g\cos(\theta) \end{выравнивание*}

Склон наклонен под углом \(\text{67,8}\)\(\text{°}\). Это тот самый угол нам нужно использовать для расчета компонентов, поэтому:

\начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ & = (\текст{456})\sin(\текст{67,8}\текст{°})\\ & = \текст{422,20}\текст{N} \конец{выравнивание*} \начать{выравнивать*} {F}_{gy} & = {F}_g\cos(\theta)\\ & = (\текст{456})\cos(\текст{67,8}\текст{°})\\ & = \текст{172,30}\текст{N} \конец{выравнивание*}

Компонент \(\vec{F}_g\), перпендикулярный наклону, равен \(\vec{F}_{gy}\)=\(\text{172,30}\) \(\text{N}\) в отрицательном \(y\)-направлении.

Компонент \(\vec{F}_g\), перпендикулярный наклону, равен \(\vec{F}_{gx}\)=\(\text{422,20}\) \(\text{N}\) в отрицательном \(x\)-направлении.

На брусок, лежащий на наклонной плоскости, действует сила тяжести \(\vec{F}_g\) \(\text{456}\) \(\text{N}\) прямо вниз. Если составляющая силы тяжести параллельна наклону \(\vec{F}_{gx}\)=\(\text{308,7}\) \(\text{N}\) в минусе \(x\)-направление (вниз по склону), чему равен наклон склона?

Мы знаем, что для блока на склоне мы можем вычислить силу тяжести, \(\vec{F}_g\) на составляющие, параллельные и перпендикулярные склону. \начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ {F}_{gy} & = {F}_g\cos(\theta) \end{align*}

Нам дана горизонтальная составляющая силы тяжести и сила тяжести. Мы можем использовать эти, чтобы найти наклон склона:

\начать{выравнивать*} {F}_{gx} & = {F}_g\sin(\theta)\\ \text{308,7} & = (\text{456})\sin \тета\\ \sin \theta & = \text{0,6769} \ldots \\ \тета & = \текст{42,61}\текст{°} \конец{выравнивание*}

Уклон имеет наклон \(\text{42,61}\)\(\text{°}\).

Нахождение равнодействующей силы (ESBKQ)

Самый простой способ определить результирующую силу — нарисовать диаграмму свободного тела. Помните из главы 1 мы используем длину стрелки, чтобы указать величину вектора и направление стрелка, чтобы показать, в каком направлении он действует.

После того, как мы сделали это, у нас есть диаграмма векторов, и мы просто находим сумму векторов, чтобы получить результирующая сила.

Например, два человека толкают коробку с противоположных сторон с силой \(\text{4}\) \(\text{N}\) и \(\text{6}\) \(\text{N}\) соответственно, как показано на рисунке 2.4 (а). Диаграмма свободного тела на рис. 2.4. (b) показывает объект, представленный точкой, а две силы представлены стрелками с хвостиками. вовремя.

Как видите, стрелки указывают в противоположных направлениях и имеют разную длину. Результирующая сила это \(\text{2}\) \(\text{N}\) слева. Этот результат можно получить и алгебраически, так как два силы действуют по одной линии. Сначала, как при движении в одном направлении, выбираем систему отсчета. Во-вторых, добавьте два вектора, принимая во внимание их направления.

Например, предположим, что положительное направление — вправо, тогда:\begin{align*} F_R & = (\текст{4}) + (-\текст{6}) \\ & = -\текст{2} \\ & = -\text{2}\text{ N}\ \text{влево.} \конец{выравнивание*}

Помните, что отрицательный ответ означает, что сила действует в направлении, противоположном направлению что вы решили быть положительным. Вы можете выбрать положительное направление быть любым, каким ты хочешь, но как только вы его выбрали, вы должны последовательно использовать его для решения этой задачи.

По мере того, как вы будете работать с большим количеством диаграмм сил, на которых силы точно уравновешены, вы можете заметить, что вы получаете нулевой ответ (например, \(\text{0}\) \(\text{N}\)). Это просто означает, что силы уравновешены и результат равен нулю.

После того, как силовая диаграмма будет построена, методы сложения векторов, представленные в главе 1 можно использовать. В зависимости от ситуации вы можете использовать графическую технику, такую ​​как метод «хвост к голове» или метод параллелограмма, или же алгебраический подход для определения результирующий. Поскольку сила является векторной величиной, применимы все эти методы.

Хорошая стратегия:

• разложить все силы на составляющие, параллельные направлениям \(x\) и \(y\);
• вычислить результирующую в каждом направлении, \(\vec{R}_x\) и \(\vec{R}_y\), используя коллинеарные векторы; и
• используйте \(\vec{R}_x\) и \(\vec{R}_y\) для вычисления результата, \(\vec{R}\).

Рабочий пример 7: Нахождение равнодействующей силы

Автомобиль (испытывающий гравитационную силу величины \(\text{12 000}\) \(\text{N}\) и нормальной силы той же величины) прикладывает силу \(\text{2 000}\) \(\text{N}\) к прицеп (испытывает силу гравитации величиной \(\text{2 500}\) \(\text{N}\) и нормальная сила той же величины). Постоянная сила трения величины \(\text{200}\) \(\text{N}\) действует на прицеп, и постоянная сила трения величины \(\text{300}\) \(\text{N}\) действует на автомобиль.

1. Нарисуйте диаграмму всех сил, действующих на автомобиль.

2. Нарисуйте диаграмму всех сил, действующих на прицеп.

3. Используйте диаграмму сил, чтобы определить результирующую силу, действующую на прицеп.

Начертите силовую диаграмму автомобиля.

Вопрос просит обратить все силы на машину. Это означает, что мы должны включить горизонтальные и вертикальные силы.

Определите результирующую силу, действующую на прицеп.

Чтобы найти результирующую силу, нам нужно сложить все горизонтальные силы вместе. мы не добавляем вертикальные силы, так как движение автомобиля и прицепа будет происходить в горизонтальном направлении, а ни вверх, ни вниз. \({F}_{R}=\text{2 000}+\left(-\text{200}\right)=\text{1 800} \text{N к Правильно}\).

Моделирование: 23х5

Силы и движение

Учебник Упражнение 2.3

Начертите обозначенную диаграмму сил, чтобы определить все силы, действующие на тележка.

Где:

\начать{выравнивать*} \vec{F}_{f} & \text{ сила трения} \\ \vec{F}_{A} & \text{приложенная сила} \\ \vec{F}_{g} & \text{ гравитационная сила} \\ \vec{N} и \text{нормальная сила} \конец{выравнивание*}

Нарисуйте диаграмму свободного тела всех сил, действующих на тележку.

Где:

\начать{выравнивать*} \vec{F}_{f} & \text{ сила трения} \\ \vec{F}_{A} & \text{приложенная сила} \\ \vec{F}_{g} & \text{ гравитационная сила} \\ \vec{N} и \text{нормальная сила} \конец{выравнивание*}

Определите результирующую силу, действующую на тележку.

Нормальная сила и гравитационная сила уравновешены и не производят результирующей силы на тележке.

Нам нужно определить результирующую силу, используя силу трения и приложенную сила. Мы выбираем вправо как положительное и предполагаем, что приложенная сила равна приложена вправо, а сила трения действует влево.

\начать{выравнивать*} \vec{F}_{R} & = \vec{F}_{f} + \vec{F}_{A} \\ & = -\текст{20} + \текст{75} \\ & = \text{55}\text{ N} \text{ вправо} \конец{выравнивание*}

Нарисуйте диаграмму свободного тела всех сил, действующих на осла.

Нарисуйте диаграмму всех сил, действующих на тележку.

Где:

\начать{выравнивать*} \vec{F}_{f} & \text{ сила трения} \\ \vec{F}_{2} & \text{ сила телеги на осле} \\ \vec{F}_{g} & \text{ гравитационная сила} \\ \vec{N} и \text{нормальная сила} \конец{выравнивание*}

Найти величину и направление силы трения, препятствующей движению тележки. движущийся.

Тележка не движется, так что это только статическое трение. Отметим, что фрикционная сила действует только в направлении \(x\) и будет равна компоненте \(x\) сила, приложенная ослом. Направление будет противоположным что осел тянет. Сила трения:

\начать{выравнивать*} \vec{F}_{f} & = F_{A}\cos\theta\\ & = \text{400} \cos(\text{30}) \\ & = \text{346,41}\text{ N} \text{ в направлении, противоположном приложенной силе} \конец{выравнивание*}

типов трения Рона Куртуса

SfC Home > Physics > Force > Friction >

Рон Куртус

Существует три основных типа трения : скольжение , качение и жидкость трение. Каждый может находиться в статическом (стационарном) или кинетическом (движущемся) режиме. Трение скольжения и качения связано с перемещением объекта по поверхности другого объекта. При трении скольжения и качения один или оба объекта могут быть твердыми или мягкими.

Жидкое трение может относиться к смазке между объектами, а также к сопротивлению между слоями жидкости.

Примечание : Некоторые источники утверждают, что существует четыре типа трения: статическое, скольжение, трение качения и жидкость. Однако они упускают из виду тот факт, что и трение качения, и жидкостное трение также могут находиться в статическом режиме трения.

У вас могут возникнуть следующие вопросы:

• Что такое трение скольжения?
• Каковы факторы трения качения?
• Каковы причины жидкостного трения?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц

Трение скольжения

Когда два сухих твердых объекта соприкасаются и прикладывается сила для скольжения одного объекта по другому, трение скольжения сопротивляется движению. Поверхности обычно относительно плоские, хотя часто видны неровности поверхности.

( Примечание : Если один или оба объекта мокрые, происходит смазка и трение уменьшается. Эта ситуация является частью жидкостного трения , как будет объяснено позже.)

Пример трения скольжения

Статическая