Что это — трение в физике?
Что такое трение? Каково значение данной физической величины? В окружающем мире есть много интересных физических явлений: молния, снег, град, гром. А что такое трение? Проанализируем особенности данного процесса, области его применения.
Примеры возникновения
Если разбежаться, можно по ледяной тропинке прокатиться на определенную длину. На асфальтовом покрытии подобная ситуация невозможна. В чем причина такого отличия? Определяет такую разницу трение. Физика детально рассматривает все причины возникновения этой силы.
Характеристика
Сила трения движения возникает при соприкосновении двух тел. Одно из них будет препятствовать передвижению второго, эта сила и является силой трения. Существует несколько вариантов таких сил, возникающих при определенных условиях.
Разновидности трения
Если необходимо сдвинуть с места тяжелый шкаф, сделать это одному человеку достаточно проблематично. Необходимо увеличить «сдвигающую» силу.
При этом будет возрастать и сила трения покоя. Ее направление противоположно движению передвигаемого шкафа.
В тот момент, когда сила тяги приобретает величину большую, чем трение покоя, шкаф меняет свое местоположение. В этот момент появляется другая сила трения. Ускорение, которым обладает трение движения, определяет характер перемещения. Если она преобладает над силой тяги, в таком случае сложно будет вести речь о быстром передвижении.
Иногда на автомобильных дорогах возникают ситуации, при которых несколько человек пытаются передвигать заглохшее транспортное средство. Во время толкания автомобиля они используют силу трения качения. Во время перекатывания тела по поверхности дороги возникает ускорение.
Коэффициент трения в этом случае зависит от рисунка на шинах, состояния дорожного полотна, погодных условий.
Если по поверхности будет передвигаться круглый шарик, трение имеет незначительную величину. Данное явление широко используют в повседневной жизни. Массивную мебель оснащают специальными колесиками, позволяющими (в случае необходимости) передвигать ее с одного участка помещения на другой.
Особенности силы
Что такое трение? Это сила, направленная противоположно движению тела. Данная физическая величина способствует уменьшению скорости тела. Если бы не было данной силы, можно было бы передвигаться на роликах или велосипеде, не прилагая для этого усилий. Именно существование силы трения объясняет передвижение транспортного средства на некоторое расстояние уже после того, как был заглушен двигатель. Основными видами трения являются: качение, скольжение, покой.
Природа трения
Рассуждая над тем, что такое трение, необходимо выявить природу возникновения данной силы. При наличии гладкой поверхности, например льда либо полированного стола, увидеть незначительные шероховатости можно только с помощью лупы или микроскопа. Именно за них будет «цепляться» тело, передвигающееся по поверхности. Так как определенные неровности есть и у самого движущегося объекта, возникает соприкосновение между поверхностями.
Сначала тела притягиваются друг к другу, но по мере удаления движущегося предмета сцепление разрушается.
В результате возникает колебание атомов, освободившихся от взаимного притяжения. Аналогично можно описать и состояние растягиваемой пружины.
При трении наблюдается повышение температуры, то есть выделяется определенное количество тепла.
Причины возникновения трения
Возникает данная сила при наличии на поверхности соприкосновения двух тел неровностей, а также из-за силы межмолекулярного взаимодействия.
Зависит сила трения от материала, из которого изготовлены соприкасающиеся поверхности, вес взаимодействующих объектов. Для математического вычисления данной физической величины существует специальная формула, связывающая силу трения с силой, действующей на опору, а также с коэффициентом трения.
Он отражает зависимость величины искомой силы от выбранного материала, а также от качества его обработки. Единица реакции опоры при передвижении тела по горизонтальной поверхности равна его весу. В случае наклонной плоскости ее величина уменьшается, поэтому с крутой горы на лыжах (санках) можно укатиться на весьма внушительное расстояние.
Данная сила совершает определенную работу. Если тело будет перемещаться, обязательным условием является совершение работы. Сила трения старается препятствовать передвижению предмета по поверхности. Именно поэтому у работы, совершаемой ею, отрицательное значение.
Применение трения
Человека в его повседневной жизни всегда сопровождает сила трения. Она способна оказывать как положительное, так и отрицательное действие. Например, если бы не существовало подобной силы в природе, тела бы сползали вниз, транспорт распадался на отдельные детали.
Трудно бы было завязать шнурки на ботинках, удержать на постоянном месте предметы интерьера. Человек при отсутствии трения не смог бы сделать даже одного шага. Для того чтобы решить подобную проблему, во время сильного гололеда стараются посыпать дорожки толстым слоем песка. Увеличивая шероховатость поверхности, увеличивают и силу трения, помогая людям без проблем передвигаться по скользким участкам дороги или тротуара.
Но помимо положительного эффекта, трение часто проявляет и отрицательные свойства.
Люди умеют увеличивать и уменьшать его величину, получая для себя максимальную пользу. К примеру, чтобы с одного места на другое перенести тяжелый груз, используют колесики. Для того чтобы превратить скольжение в качение, например, увеличивают шероховатость поверхности.
В зависимости от того, какой рисунок был нанесен на шины, они используются для передвижения транспортного средства по разным участкам дороги.
Резина имеет черный цвет, так как в ее состав входит уголь. Он необходим для придания шинам прочности, необходимой жесткости, увеличения трения о поверхность дороги. При правильном расчете силы трения можно получать желаемый результат.
Трение в природе и технике – примеры и доклад кратко (7 класс, физика)
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 75.
Обновлено 19 Июля, 2021
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 75.
Обновлено 19 Июля, 2021
Любые изменения движения тела — это результат действия на него некоторой силы со стороны других тел.
Чаще всего рассматривается силовое взаимодействие между двумя телами. Однако в реальных условиях чаще всего на тело действует ещё одна сила, исключить которую практически невозможно, — это сила трения. Кратко поговорим об этой силе в объёме, достаточном для доклада или сообщения на школьном уроке, приведём примеры силы трения в природе и технике.
Сила трения и ее физическая природа
Как известно из курса физики 7 класса, если на тело не действуют никакие силы, — оно либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно, причём такое состояние будет сохраняться вечно. Однако все знают, что в реальности, если тело не подталкивать, оно рано или поздно остановится. Почему?
Дело в том, что в реальных условиях на все тела практически всегда действует особая сила, противодействующая их движению, — сила трения. Она и приводит к тому, что скорость любого движущегося тела рано или поздно уменьшается до нуля.
Физическая природа силы трения лежит во взаимодействии молекул тела с окружающей средой, а также молекул между собой.
Разное сочетание такого взаимодействия создает различные виды силы трения — трение покоя, трение скольжения, трение качения, сухое и жидкое трение. И энергия движения в результате трения превращается во внутреннюю энергию тел и окружающей среды.
Роль трения в природе и технике
Казалось бы, существование сил трения — это исключительно вредное явление, которое только создаёт проблемы, приводит к потере энергии и дополнительным затратам.
Однако всё не так однозначно. Трение — это неотъемлемая часть материального мира, и без трения мир бы был совершенно иным.
Даже многие естественные природные явления невозможны без трения. Например, поверхность суши в немалой степени зависит от движения воздушных масс и от их трения о поверхность земли. Волнение на море — это результат трения воздуха о водную поверхность. Скорость суточного вращения Земли в немалой степени определяется трением внутри земного шара.
Для живой природы и человека трение еще важнее: практически любое произвольное движение живого существа происходит с участием трения.
Захват предметов, манипулирование ими, даже питание и переваривание пищи — всё это возможно благодаря трению. Чтобы сделать шаг, необходимо иметь хорошее сцепление подошвы ноги с грунтом. Любой знает, как непросто двигаться по скользкому льду, а ведь в этом случае трение просто уменьшено, оно не исключено совсем!
В жизни человека и в технике трение еще более важно. С помощью трения происходит движение, обработка материалов, большинство манипуляций в хозяйственной деятельности. Все разъёмные резьбовые соединения существуют исключительно благодаря трению.
Уменьшение трения
Всё сказанное не отменяет и вредные стороны трения.
В результате трения полезная энергия тел превращается в бесполезную внутреннюю энергию среды, кроме того, происходит изнашивание трущихся поверхностей. Поэтому там, где это необходимо, предпринимаются меры для уменьшения трения.
В первую очередь, сухое трение заменяется жидким, поскольку жидкое трение гораздо ниже сухого.
Во-вторых, трение скольжения по возможности заменяется на трение качения. Для этого используются подшипники — специальные устройства, в которых между движущимися частями перекатываются шарики или ролики. Кроме того, бывают гидравлические и пневматические подшипники — устройства, где между движущимися частями имеется слой жидкости или газа.
Рис. 3. Подшипники.Что мы узнали?
Трение — это физическое явление, которое может быть как необходимым, так и вредным. Благодаря трению в природе и технике совершается большинство произвольных движений, благодаря ему существуют разъёмные соединения. Если трение надо уменьшить, применяются подшипники, а сухое трение скольжения заменяется жидким трением и трением качения.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 75.
А какая ваша оценка?
Трение — IB Physics Stuff
Новый сайт вопросов и ответов
Есть вопрос?
Спросите здесь
Math Site
IB Math Stuff.
Примечания
+Механика
+Thermo
+волны
+Atomic & Nuke
+относительность
+Optics
. Полезность
+Optics
.
Подарите нам немного социальной любви:
Что-то стоящее
Купить…
Трение
8.4.1 Описать природу и свойства сил трения
Трение — это неконсервативная сила, которая всегда действует в противоположном направлении по отношению к объекту, на который она воздействует. Неконсервативная сила отбирает энергию у объекта таким образом, что объект не может восстановить потерянную энергию.
Гравитация — консервативная сила. Когда объект падает, он теряет потенциальную энергию, но эта энергия преобразуется в кинетическую энергию, поэтому энергия объекта не изменяется.
Если на объект действует сила трения, объект теряет кинетическую энергию в виде тепла или звука. Потерянная энергия распространяется в окружающую среду и не будет «перетекать обратно» в объект.
Трение чаще всего возникает, когда два объекта соприкасаются и/или скользят друг относительно друга. Например, прямоугольный блок, скользящий по пандусу. Смещение блока параллельно поверхности рампы, поэтому сила трения также параллельна рампе, но в направлении, противоположном перемещению.
Трение можно объяснить как две шероховатые поверхности, трущиеся друг о друга, как показано на рисунке справа. Ни одна поверхность не бывает абсолютно гладкой, каждая поверхность имеет неровности, вызывающие трение. Атомы можно представить себе как сферы, они не идеально подходят друг к другу, т.е. есть выпуклости…
Изображение взято из «Ньютоновской физики» Бенджамина Кроуэлла стр. 157
8.4.2 Различие между статическим и динамическим (скользящим) трением .
Если вы нажмете на тяжелый предмет с небольшим усилием, он не соскользнет. Трение предотвратит скольжение объекта. По мере того, как вы медленно увеличиваете силу, приложенную к объекту, статическая сила трения будет продолжать увеличиваться до определенного момента. В этот момент объект начнет двигаться, и сила трения уменьшится. Изменение силы иногда бывает очень значительным. Мы описываем эту ситуацию терминами статическое трение и динамическое (скользящее или кинетическое) трение.
Когда две поверхности соприкасаются, возникает трение. Если поверхности не движутся относительно друг друга, это статическая ситуация, и мы называем трение статическим трением. Если две поверхности движутся относительно друг друга, мы называем трение динамическим (скользящим или кинетическим) трением.
Статическое трение всегда больше динамического. В этом есть смысл… Представьте, что все было наоборот. Если вы приложите силу, едва достаточную для преодоления статического трения, то есть объект начнет ускоряться, то объект испытает увеличение силы трения (теперь это динамическое трение), и объект перестанет двигаться.
Но как только он перестает двигаться, статическое трение вступает во владение, и теперь ваша сила достаточно велика, чтобы заставить его ускоряться… Подумайте об этом, это просто не сработает и не будет иметь смысла.
8.4.3 Определение коэффициента трения
Силу трения математически можно описать следующим образом:
(1)
\begin{align} F_{fr} = \mu F_N \end{align}
Где μ — коэффициент трения, а N — нормальная сила между двумя поверхностями. μ является функцией двух трущихся поверхностей. У вас не может быть коэффициента трения для стали, вы можете иметь коэффициент трения только для двух поверхностей, стали и цемента, стали и дерева или стали и стали
Поскольку статическое трение и динамическое трение имеют разные величины, они должны иметь разные коэффициенты трения. Мы также даем им немного другие обозначения:
Статическая сила трения
(2)
\begin{align} F_{fr} \leq \mu _s F_N \end{align}
Сила динамического трения
(3)
\begin{align} F_{fr} = \mu _k F_N \end{align}
Два приведенных выше уравнения находятся в книге формул IB.
Поскольку статическое трение всегда больше кинетического, мы можем сказать $\mu_s \geq \mu_k$
Хотите добавить или прокомментировать эти заметки? Сделайте это ниже.
dynamicfrictionmechanicsnormalstatic
Если не указано иное, содержимое этой страницы находится под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License
Даже учебники по физике имеют тенденцию немного ошибаться в трении
Иногда вы думаете, что у вас есть полное понимание чего-то, а затем БУМ — простая проблема выбрасывает все на ветер. Давайте рассмотрим очень простую физическую задачу, связанную с толканием блока силой трения. Такого рода задачи распространены во вводных учебниках по физике, но в них часто упускаются некоторые тонкие детали.
Я собираюсь рассмотреть две фундаментальные идеи в физике: принцип импульса и принцип работы-энергии. Давайте воспользуемся этими двумя идеями для некоторых простых физических случаев и посмотрим, что получится.
Будет весело.
Принцип количества движения
Принцип количества движения гласит, что результирующая сила, действующая на объект, равна изменению количества движения (Δ p ), деленному на (Δ t ), изменению во времени (скорость изменения импульс). О, импульс (для большинства объектов) можно определить как произведение массы ( м ) и скорость ( v ). Я собираюсь показать вам это на одномерном примере, чтобы избежать использования векторной записи (так будет проще). Вот принцип импульса (в 1D):
Rhett Allain
Теперь воспользуемся этим. Предположим, у меня есть тележка с очень низким коэффициентом трения, на которую действует сила постоянной силы (в данном случае на нее установлен вентилятор). Поскольку есть сила, тележка ускорится. Вот как это выглядит.
Ретт Аллен
Rhett Allain Теперь мы можем использовать принцип импульса, чтобы найти изменение скорости за некоторый интервал времени. Вот некоторые в основном реальные значения для тележки выше (я сделал небольшие изменения из-за ошибок измерения).
- Масса тележки = 0,85 кг
- Сила вентилятора = 0,15 ньютона
- Временной интервал = 3,0 секунды /с. Разделив это изменение импульса на массу, я получаю конечную скорость (при условии, что она начинается из состояния покоя) 0,53 м/с. Ура.
Хорошо, повторим еще раз. На этот раз с ДВУМЯ болельщиками. Вот тележка с двумя равными силами, толкающими в противоположных направлениях. Включив два вентилятора, я толкаю тележку, чтобы она двинулась вправо.
Ретт Аллен
Rhett AllainВ этом случае чистая сила, действующая на тележку, равна нулю ньютонов, поскольку сила, толкающая вправо, имеет ту же величину, что и сила, толкающая влево. При нулевой результирующей силе изменение количества движения равно нулю, и тележка движется с постоянной скоростью.
Еще одно дело. Предположим, я беру ящик с массой и тяну его по столу с постоянной скоростью. В этом случае есть сила, тянущая вправо (струну), и сила трения, тянущая влево.
Ретт Аллен
Rhett AllainОпять же, поскольку результирующая сила равна нулю, импульс не меняется.
