Что называется силой трения: Сила трения — определение, формула, виды, как найти?

Содержание

Сила трения — определение, формула, виды, как найти?

Сила трения: величина, направление

С силой трения вы сталкиваетесь буквально каждую секунду. Каждый раз, когда вы взаимодействуете с любой поверхностью — идете по асфальту, сидите на стуле, пьете чай из чашки — на вас действует сила трения.

Трение — это и есть взаимодействие в плоскости соприкосновения двух поверхностей.

Чтобы перевести трение на язык физики, вводится понятие сила трения.

Сила трения — это величина, которая характеризует процесс трения по величине и направлению.

Измеряется сила трения, как и любая сила — в Ньютонах.

Возникает сила трения по двум причинам:

Различные шероховатости, царапины и прочие «несовершенства» поверхностей. Эти дефекты задевают друг друга при соприкосновении и создается сила, тормозящая движение.
Когда контактирующие поверхности практически гладкие (до идеала довести невозможно, но стремиться к нему — значит устремлять силу трения к нулю), то расстояние между ними становится минимальным. В этом случае возникает взаимное притяжение молекул вещества этих поверхностей. Притяжение обусловлено взаимодействием между электрическими зарядами атомов. В связи с этим можно часто услышать формулировку «Сила трения — сила электромагнитной природы»

Направлена сила трения всегда против скорости тела. В этом плане все просто, но всегда есть вопрос:

В задачах часто пишут что-то вроде: «Поверхность считать идеально гладкой». Это значит, что сила трения в данной задаче отсутствует. Да, в реальной жизни это невозможно, но во имя красивой математической модели трением часто пренебрегают.

Не переживайте из-за этой несправедливости, а просто решайте задачи без трения, если увидели словосочетание «гладкая поверхность».

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Сухое и вязкое трение

Есть очень большая разница между вашим соприкосновением с водой в бассейне во время плавания и соприкосновением между асфальтом и колесами вашего велосипеда.

В случае с плаванием мы имеем дело с вязким трением — явлением сопротивления при движении твердого тела в жидкости или воздухе. Самолет тоже подвергается вязкому трению и вон тот наглый голубь из вашего двора.

А вот сухое трение — это явление сопротивления при соприкосновении двух твердых тел. Например, если школьник ерзает на стуле или злодей из фильма потирает ладоши — это будет сухое трение.

А если злодей чистоплотный и потирает ладоши, капнув на них антисептик?

Тогда это вязкое трение, не смотря на то, что руки — твердые тела. В данном случае есть влажная прослойка.

Вязкое трение в школьном курсе физики не рассматривается подробно, а вот сухое — разбирают вдоль и поперек. У сухого трения также есть разновидности, давайте о них поговорим.

Трение покоя

Если вы решите сдвинуть с места грузовик, вряд ли у вас это получится. Не то, чтобы мы в вас не верим — просто это невозможно сделать из-за того, что масса человека во много раз меньше массы грузовика, да еще и сила трения мешает это сделать. Мир жесток, что тут поделать.

В случае, когда сила трения есть, но тело не двигается с места, мы имеем дело с силой трения покоя.

Сила трения покоя равна силе тяги. Например, если вы пытаетесь сдвинуть с места санки, действуя на них с силой тяги 10 Н, то сила трения будет равна 10 Н.

Сила трения покоя

F_тр = F_тяги

F_тр — сила трения покоя [Н]

F_тяги — сила тяги [Н]

Немного потренируемся!

Задача

Найти силу трения покоя для тела, на которое действуют сила тяги в 4 Н.

Решение:

Тело покоится, значит

F_тр = Fтяги = 4 Н

Ответ: сила трения равна 4 Н.

Учёба без слёз (бесплатный гайд для родителей)

Пошаговый гайд от Екатерины Мурашовой о том, как перестать делать уроки за ребёнка и выстроить здоровые отношения с учёбой.

Трение скольжения

А теперь давайте скользить на коньках по льду. Каток достаточно гладкий, но, как мы уже выяснили, сила трения все равно будет присутствовать и вычисляться будет по формуле:

Сила трения скольжения

F_тр = μN

F_тр — сила трения скольжения [Н]

μ — коэффициент трения [—]

N — сила реакции опоры [Н]

Сила трения, которую мы получим по этой формуле будет максимально возможной — то есть больше уже некуда.

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она численно равна силе нормального давления и противоположна по направлению.

Сила нормального давления — это то же самое, что и вес тела?

Не совсем. Сила нормального давления направлена всегда перпендикулярно поверхности (нормаль — перпендикуляр к поверхности). Вес не обязательно направлен перпендикулярно поверхности.

В рамках школьного курса вес всегда направлен перпендикулярно поверхности, поэтому силу реакции опоры можно численно приравнивать к весу.

Подробнее про вес тела читайте в нашей статье😇

Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.

Коэффициент трения — это характеристика поверхности. Он определяется экспериментально, не имеет размерности и показывает, насколько поверхность гладкая — чем больше коэффициент, тем более шероховатая поверхность. Коэффициент трения положителен и чаще всего меньше единицы.

Будем бдительны!

Из формулы не следует зависимость силы трения от площади соприкосновения. Например, если вы положите брусок на один бок и протащите по столу, а потом перевернете на другой, не равный по площади, и сделаете то же самое — сила трения не изменится.

Задача 1

Масса котика, лежащего на столе, составляет 5 кг. Коэффициент трения µ = 0,2. К коту прилагают внешнюю силу, равную 2,5 Н. Какая сила трения при этом возникает?

Решение:

По условию данной задачи невозможно понять, двигается наш котик или нет. Решение о том, приравниваем ли мы к силе тяги силу трения, принять сразу нельзя. В таких случаях нужно все-таки рассчитать по формуле:

F = μN

Так как котик лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

F = μmg = 0,2 · 5 · 10 = 10Н

Мы получили максимально возможную силу трения. Внешняя сила по условию задачи меньше максимальной. Это значит, что котик находится в покое. Сила трения уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется 2,5 Н.

Ответ: возникает сила трения величиной 2,5 Н

Задача 2

Барсук скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость — 20 Н.

Решение:

В данной задаче нам известно, что барсучок скользит. Значит нужно воспользоваться формулой:

F_тр = μN

Так как барсук находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе давления на плоскость: N = F_д.

F_тр = μF_д

Выражаем коэффициент трения:

μ = F_тр / F_д = 5 / 20 = 0,25

Ответ: коэффициент трения равен 0,25

Задача 3

Пудель вашей бабушки массой 5 кг скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если пудель сильно похудеет, и его масса уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Решение:

В данной задаче нам известно, что пудель скользит. Значит, нужно воспользоваться формулой:

F_тр = μN

Так как пудель находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

F_тр = μmg

Выразим коэффициент трения:

μ = F_тр / mg = 20 / 5 · 10 = 0,4

Теперь рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза:

Ответ: сила трения будет равна 10 Н.

Задача 4

Ученик провел эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра.

Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.

Силы трения

Силой трения называют обратное усилие, распределенное по площади контакта соприкасающихся твердых тел, возникающее при движении или удержании в равновесии одного тела относительно другого.

Рисунок 1

При стремлении сдвинуть тело, лежащее на шероховатой поверхности, возникает сила реакции R, которая имеет две составляющие – нормальную N и силу трения F_mp (рисунок 1).

В теоретической механике обычно рассматривается только сухое трение между поверхностями, при этом различают трение при покое или равновесии тела и трение скольжения при движении одного тела по поверхности другого с некоторой относительной скоростью.

Сила трения скольжения

Рисунок 2

При покое сила трения скольжения зависит только от активных сил и может быть определена (рисунок 2) как:

F_mp=∑F_iτ

. (2.49)

В результате экспериментальных исследований французскими учеными Гийомом Амонтоном и Шарлем Кулоном были установлены законы для сухого трения:

сила трения находится в общей касательной плоскости соприкасающихся поверхностей тел и направлена в сторону, противоположную направлению возможного скольжения тела под действием активных сил. Величина силы трения зависит от активных сил и заключена между нулем и своим максимальным значением, которое достигается в момент выхода тела из положения равновесия:
0 ≤ F_mp ≤ F_mp^max;
максимальное значение силы трения при прочих равных условиях не зависит от площади контакта трущихся поверхностей и пропорционально нормальной реакции:
F_mp^max=fN [Н],
где f – коэффициент трения, являющийся безразмерной величиной и зависящий от материала и физического состояния трущихся поверхностей.

Угол трения

Если твердое тело под действием активных сил находится на шероховатой поверхности в предельном состоянии равновесия (сила трения достигает своего максимального значения), то полная реакция шероховатой поверхности отклонена от нормали к общей касательной плоскости трущихся поверхностей на наибольший угол φ, который называют углом трения (рисунок 3). При этом

tgφ=F_mp^max/N=fN/N=f. (2.50)

То есть тангенс угла трения равен коэффициенту трения.

Рисунок 3

Конус трения

Конусом трения называют конус, описанный линией действия полной реакции, построенной на максимальной силе трения, вокруг направления нормальной реакции.

Для равновесия тела на шероховатой поверхности необходимо и достаточно, чтобы линия действия равнодействующей активных сил, действующих на тело, проходила внутри конуса трения или по его образующей через его вершину.

Сила трения качения

Трением качения называется сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.

Вследствие деформации тел их касание происходит вдоль площадки AB, появляется распределенная система сил реакций, которая, согласно основной теореме статики, может быть заменена силой и парой сил (рисунок 4).

Сила раскладывается на две составляющие – нормальную N и силу трения F_mp, пара сил называется моментом сопротивления качению M_C.

Рисунок 4

При равновесии тела момент сопротивления качению определяется из условий равновесия системы сил. При этом установлено, что момент сопротивления принимает значения от нуля до максимального значения. Максимальное значение момента сопротивления, соответствующее началу качения, определяется равенством

M_C max=δN [Нм],

где δ – коэффициент трения качения, измеряемый в метрах и зависящий от материала контактирующих тел и геометрии зоны контакта.

Примеры решения задач >
Равновесие при трении качения
Трение на наклонной плоскости
Трение скольжения
Приведенный коэффициент трения
Учет трения в механизмах

Сохранить или поделиться с друзьями

Вы находитесь тут:

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Подробнее

Стоимость мы сообщим в течение 5 минут
на указанный вами адрес электронной почты.

Если стоимость устроит вы сможете оформить заказ.

НАБОР СТУДЕНТА ДЛЯ УЧЁБЫ

На нашем сайте можно бесплатно скачать:

— Рамки A4 для учебных работ
— Миллиметровки разного цвета
— Шрифты чертежные ГОСТ
— Листы в клетку и в линейку

Сохранить или поделиться с друзьями

Помощь с решением

ВЫБЕРИТЕ РАЗДЕЛ МЕХАНИКИ

Техническая механика (техмех)
Теоретическая механика (теормех)
Сопротивление материалов (сопромат)
Строительная механика (строймех)
Теория механизмов и машин (ТММ)
Детали машин и ОК (ДМ)

Поиск по сайту

Сила трения — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: силы в механике, сила трения, коэффициент трения скольжения.

Сила трения — это сила взаимодействия между соприкасающимися телами, препятствующая перемещению одного тела относительно другого. Сила трения всегда направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел.

В школьной физике рассматриваются два вида трения.

1.Сухое трение. Оно возникает в зоне контакта поверхностей твёрдых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки.
2.Вязкое трение. Оно возникает при движении твёрдого тела в жидкой или газообразной среде или при перемещении одного слоя среды относительно другого.

Сухое и вязкое трение имеют разную природу и отличаются по свойствам. Рассмотрим эти виды трения по отдельности.

Сухое трение.

Сухое трение может возникать даже при отсутствии относительного перемещения тел. Так, тяжёлый диван остаётся неподвижным при слабой попытке сдвинуть его с места: наша сила, приложенная к дивану, компенсируется силой трения, возникающей между диваном и полом. Сила трения, которая действует между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению движения, называется силой трения покоя.

Почему вообще появляется сила трения покоя? Соприкасающиеся поверхности дивана и пола являются шероховатыми, они усеяны микроскопическими, незаметными глазу бугорками разных форм и размеров. Эти бугорки зацепляются друг за друга и не дают дивану начать движение. Сила трения покоя, таким образом, вызвана силами электромагнитного отталкивания молекул, возникающими при деформациях бугорков.

При плавном увеличении усилия диван всё ещё не поддаётся и стоит на месте — сила трения покоя возрастает вместе с увеличением внешнего воздействия, оставаясь равной по модулю приложенной силе. Это понятно: увеличиваются деформации бугорков и возрастают силы отталкивания их молекул.

Наконец, при определённой величине внешней силы диван сдвигается с места. Сила трения покоя достигает своего максимально возможного значения. Деформации бугорков оказываются столь велики, что бугорки не выдерживают и начинают разрушаться. Возникает скольжение.

Сила трения, которая действует между проскальзывающими поверхностями, называется силой трения скольжения. В процессе скольжения рвутся связи между молекулами в зацепляющихся бугорках поверхностей. При трении покоя таких разрывов нет.

Объяснение сухого трения в терминах бугорков является максимально простым и наглядным. Реальные механизмы трения куда сложнее, и их рассмотрение выходит за рамки элементарной физики.

Сила трения скольжения, приложенная к телу со стороны шероховатой поверхности, направлена противоположно скорости движения тела относительно этой поверхности. При изменении направления скорости меняется и направление силы трения. Зависимость силы трения от скорости — главное отличие силы трения от сил упругости и тяготения (величина которых зависит только от взаимного расположения тел, т. е. от их координат).

В простейшей модели сухого трения выполняются следующие законы. Они являются обобщением опытных фактов и носят приближённый характер.

1. Максимальная величина силы трения покоя равна силе трения скольжения.
2. Абсолютная величина силы трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры:

Коэффициент пропорциональности — называется коэффициентом трения.

3. Коэффициент трения не зависит от скорости движения тела по шероховатой поверхности.
4. Коэффициент трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Этих законов достаточно для решения задач.

Задача. На горизонтальной шероховатой поверхности лежит брусок массой кг. Коэффициент трения . К бруску приложена горизонтальная сила . Найти силу трения в двух случаях: 1) при 2) при .

Решение.Сделаем рисунок, расставим силы. Силу трения обозначаем (рис. 1).

Рис. 1. К задаче

Запишем второй закон Ньютона:

(1)

Вдоль оси брусок не совершает движения, . Проектируя равенство (1) на ось , получим: , откуда .

Максимальная величина силы трения покоя (она же сила трения скольжения) равна

1) Сила меньше максимальной силы трения покоя. Брусок остаётся на месте, и сила трения будет силой трения покоя:
2) Сила больше максимальной силы трения покоя. Брусок начнёт скользить, и сила трения будет силой трения скольжения: .

Вязкое трение.

Сила сопротивления, возникающая при движении тела в вязкой среде (жидкости или газе), обладает совершенно иными свойствами.

Во-первых, отсутствует сила трения покоя. Например, человек может сдвинуть с места плавающий многотонный корабль, просто потянув за канат.

Во-вторых, сила сопротивления зависит от формы движущегося тела. Корпус подводной лодки, самолёта или ракеты имеет обтекаемую сигарообразную форму — для уменьшения силы сопротивления. Наоборот, при движении полусферического тела вогнутой стороной вперёд сила сопротивления очень велика (пример — парашют).

В третьих, абсолютная величина силы сопротивления существенно зависит от скорости. При малых скоростях движения сила сопротивления прямо пропорциональна скорости:

При больших скоростях сила сопротивления прямо пропорциональна квадрату скорости:

Например, при падении в воздухе зависимость силы сопротивления от квадрата скорости имеет место уже при скоростях около нескольких метров в секунду. Коэффициенты и зависят от формы и размеров тела, от физических свойств поверхности тела и вязкой среды.

Так, парашютист при затяжном прыжке не набирает скорость безгранично, а с определённого момента начинает падать с установившейся скоростью, при которой сила сопротивления становится равна силе тяжести:

Отсюда установившаяся скорость:

(2)

Задача. Два металлических шарика, одинаковых по размеру и различных по массе, падают без начальной скорости с одной и той же большой высоты. Какой из шариков быстрее упадёт на землю — лёгкий или тяжёлый?
Решение. Из формулы (2) следует, что у тяжёлого шарика установившаяся скорость падения больше. Значит, он дольше будет набирать скорость и потому быстрее достигнет земли.

Сила трения в физике — формулы и определения с примерами

Содержание:

Сила трения и коэффициент трения скольжения:

Наблюдение: автомобиль после выключения двигателя через определённое время останавливается. Шайба, движущаяся по льду, также со временем остановится. Останавливается велосипед, если прекратить крутить педали.

Что же является причиной уменьшения скорости движения тел ?

Из ранее изученного вы знаете, что причиной изменения скорости движения тел есть действие одного тела на другое. Значит, в рассматриваемых случаях на каждое движущееся тело действовала сила. Тела остановились, поскольку на них в направлении, противоположном их движению, действовала сила, называемая силой трения

Сила трения возникает между взаимодействующими твёрдыми телами в местах их соприкосновения и препятствует их относительному перемещению.

Одной из причин возникновения силы трения является шероховатость соприкасающихся поверхностей тел. Даже гладкие на вид поверхности тел имеют неровности, бугорки и царапины. На рисунке 81 эти неровности изображены в увеличенном виде.

Когда одно тело скользит по поверхности другого, эти неровности зацепляются одна за другую, что создает силу, затрудняющую движение. Вторая причина трения — взаимное притяжение молекул соприкасающихся поверхностей тел. Если поверхности тел очень хорошо отполированы, то их молекулы оказываются так близко друг от друга, что начинает заметно проявляться притяжение между ними. Различают несколько видов трения в зависимости от того, как взаимодействуют трущиеся тела: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

Опыт 1. Положим брусок на наклонную доску. Брусок находится в состоянии покоя. Что удерживает его от соскальзывания вниз? Трение покоя обеспечивает сцепление бруска и доски.

Опыт 2. Прижмите свою руку к тетради, лежащей на столе, и передвиньте её. Тетрадь будет двигаться относительно стола, но находиться в покое относительно вашей ладони. С помощью чего вы принудили эту тетрадь двигаться? С помощью трения покоя тетради об руку. Трение покоя перемещает грузы, которые размещаются на подвижной ленте транспортёра, предотвращает развязывание шнурков, удерживает шурупы и гвозди в доске и т. п.

Если тело скользит по другому, то трение, возникающее при этом, называют трением скольжения. Такое трение возникает при движении саней или лыж по снегу, подошв обуви по земле.

Если одно тело катится по другому, то говорят о трении качения. При качении колес вагона, автомобиля, телеги, при перекатывании бочек по земле проявляется трение качения.

А от чего зависит сила трения ?

Опыт 3. Прикрепим к бруску динамометр и будем тянуть его, сообщая бруску равномерное движение (рис. 82).

При этом динамометр будет показывать силу, с которой мы тянем брусок, а тем самым и силу трения, возникающую во время движения бруска по поверхности стола. Положим на брусок грузики и повторим опыт. Динамометр зафиксирует большую силу трения.

Чем большая сила прижимает тело к поверхности, тем большая сила трения возникает при этом.

Выполним предыдущий опыт, но тело будем двигать по поверхности стекла, по бетону. Выясним, что сила трения зависит от материала и качества поверхности, по которой движется тело.

Сила трения зависит от материала и качества обработки поверхности, по которой движется тело.

Силу трения скольжения определяют по формуле:

где — сила трения скольжения; N — сила реакции опоры, значение которой равно силе давления тела на поверхность скольжения; — коэффициент трения скольжения. Если поверхность скольжения горизонтальна, то сила давления на неё равна весу тела, т. е. , а , где ; — масса тела.

В таблице 5 указаны коэффициенты трения скольжения для некоторых пар материалов.

Опыт. Положим деревянный брусок на круглые карандаши (рис. 83).

Потянем брусок динамометром, карандаши за счёт трения между ними, бруском и доской начнут вращаться, а брусок — двигаться. Сила трения качения окажется меньше силы трения скольжения.

При одинаковых нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

Рассматривая швейную иглу, вы сразу заметите, что она отполирована до блеска. Для чего нужна такая полировка? А легко ли шить заржавевшей иглой? Здесь вы непосредственно ощущаете, какую роль играет трение в быту.

В природе и технике трение может быть и полезным, и вредным. Когда оно полезное, его стараются увеличить, а когда вредное — уменьшить.

Из-за трения изнашиваются механизмы и машины, стираются подошвы обуви и шины автомобилей, усложняется перемещение разных грузов. Но представьте, что трение исчезло. Тогда движущийся автомобиль не смог бы остановиться, а неподвижный — сдвинуться с места; пешеходы упали бы на дорогу и не смогли бы подняться; ткани распались бы на нити, так как они удерживаются трением; вы даже не смогли бы перелистать страницы этого учебника.

Вы, наверное, неоднократно замечали, что на автомобильных шинах есть рельефные рисунки (так называемые протекторы), которые размещены вдоль и поперёк шины (рис. 84).

Они сделаны для увеличения трения, т. е. силы сцепления колёс с полотном дороги. Поперечные полосы увеличивают сцепление колеса с полотном дороги, а продольные полосы и выступы, размещённые под углом, препятствуют боковому смещению, соскальзыванию автомобиля.

Во всех машинах вследствие трения нагреваются и изнашиваются подвижные части. Чтобы уменьшить трение, соприкасающиеся поверхности делают гладкими и между ними вводят смазочное масло, поскольку трение между поверхностью твердого тела и жидкостью значительно меньше, чем между поверхностями твёрдых тел. Вращающиеся валы машин и станков устанавливают на подшипниках. Подшипники качения бывают шариковыми и роликовыми (рис. 85). Они дают возможность уменьшить силу трения в 20—30 раз по сравнению с подшипниками скольжения.

Известно, что смазка трущихся поверхностей значительно уменьшает трение между ними. Почему же тяжелее удерживать топорище топора сухой рукой, чем влажной? Оказывается, что при смазке дерева мелкие волокна на его поверхности набухают, поэтому трение между рукой и топорищем увеличивается, что и помогает удерживать топор в руках.

Наблюдение. Когда вы стараетесь бежать в воде бассейна, реки или озера, то ощущаете большое сопротивление со стороны воды и не можете передвигаться быстро. Перенося лёгкие большие предметы в ветреную погоду, вы ощущаете такое сопротивление со стороны ветра, что вам очень тяжело идти. Когда в безветренную погоду вы стоите у дороги и мимо вас проезжает большой грузовой автомобиль на большой скорости, то вы обязательно ощутите ветер, сопровождающий движение автомобиля. Сила этого ветра тем больше, чем выше скорость автомобиля.

Силы трения, возникающие при движении тел в жидкости или газе, называют силами сопротивления среды.

Сила сопротивления зависит от формы тела. Ракетам, самолётам, подводным лодкам, кораблям и автомобилям придают обтекаемую форму, т. е. форму, при которой сила сопротивления минимальна.

Опыт. Возьмём два измерительных цилиндра, наполним один из них водой, а второй — постным или машинным маслом. Бросим одновременно в них одинаковые металлические шарики. В результате опыта увидим, что шарик в воде упадёт на дно быстрее, чем в масле, т. е. сила сопротивления движения шарика в масле больше, чем в воде.

Лодки, корабли не могут развить таких скоростей, какие развивают самолёты, так как сила сопротивления движения в воде намного больше, чем в воздухе.

Сила трения

Как наблюдать силу трения:

Взаимодействие тел, вследствие чего изменяются скорости этих тел, происходит не только при их столкновении. В природе можно наблюдать множество примеров, когда одно тело скользит или катится по поверхности другого. О взаимодействии этих тел можно судить по тому, что скорость этих тел изменяется. Скатившись с горы, камень даже на ровной поверхности со временем остановится. Хоккейная шайба двигается по льду в течение определенного времени, а потом останавливается.

Закрепим наклонно на столе доску, положим на нее шарик и отпустим. Шарик скатится, приобретя определенную скорость, прокатится по столу и, в конце концов, остановится. Если на стол положить стекло, то шарик прокатится на большее расстояние. Таким образом, причиной изменения скорости шарика является его взаимодействие со столом или стеклом.

В рассмотренных примерах скорости камня, шайбы, шарика уменьшались. Значит, на них действовала некоторая сила, направленная против движения. Эта сила возникла в результате взаимодействия тел, касающихся друг друга и осуществляющих взаимное перемещение. Движущийся камень взаимодействует с поверхностью Земли, шайба — с поверхностью льда, шарик — с поверхностью стола или стекла. При движении тела в жидкости или газе тоже возникает сила трения.

Силу, возникающую при относительном перемещении соприкасающихся тел, называют силой трения.

Как измерить силу трения

Опыты показывают, что сила трения может иметь различные значения. Измерить ее можно при помощи динамометра. Положим деревянный брусок на доску, присоединим к нему крючок динамометра и начнем тянуть за него. Стрелка динамометра начнет отклоняться от нулевой отметки, а когда брусок начнет двигаться равномерно, остановится на определенном делении. Это и будет значение силы трения при движении бруска но поверхности доски. Сила трения всегда пропорциональна силе, с которой прижимается одно тело к другому. Эту зависимость можно выразить формулой:

где — сила трения; N — сила реакции опоры; — коэффициент трения.

Коэффициент трения зависит от качества поверхностей соприкасающихся тел и от веществ, с которых они изготовлены.

Почему возникает сила трения

Природу силы трения можно объяснить, если учесть свойства взаимодействующих тел. Поверхность каждого тела всегда имеет микроскопические неровности. При относительном перемещении двух тел эти неровности мешают взаимному смещению тел, что и проявляется как сила трения (рис. 53). Даже тщательная полировка не поможет преодолеть трение. Исследования показали, что трение даже будет возрастать. Так как в этом случае расстояния между молекулами тел уменьшаются, то можно сделать выводы, что трение связано с взаимодействием молекул.

Виды трения

Различают три вида трения: трение скольжения, трение качения и трение покоя.

Трение скольжения возникает тогда, когда одно тело скользит по поверхности другого. Трение качения возникает при качении одного тела шарообразной или цилиндрической формы по поверхности другого тела. Сила трения скольжения всегда больше силы трения качения. Этот факт хорошо известен грузчикам, которые вместо того, чтобы тянуть бочку, катят ее.

Как учитывают силы трения

Трение везде встречается в природе и может как содействовать, так и мешать деятельности человека. В каждом случае люди научились управлять этим явлением, создавая условия, когда силы трения уменьшаются или, наоборот, увеличиваются. Так, для увеличения безопасности движения автомобиля его шины изготавливают с шероховатой поверхностью, которая дополнительно имеет узорчатые углубления (рис. 54), что способствует увеличению силы трения колес об асфальт.

Во всех транспортных средствах есть тормоза, предназначенные для торможения, то есть для ускорения остановки автомобиля или поезда. Тормоза оснащены тормозными колодками, которые покрыты специальным материалом, коэффициент трения которого по стали велик (рис. 55).

В то же время, бывают случаи, когда силу трения нужно существенно уменьшить. Тогда трущиеся поверхности разделяют жидкостью — минеральной смазкой или даже водой, как это происходит в стиральных машинах. Слой жидкости разделяет трущиеся поверхности, и они не взаимодействуют друг с другом (рис. 56).

На различных деталях современных машин и механизмов устанавливают шариковые или роликовые подшипники качения (рис. 57). Как правило, это две стальные обоймы, между которыми находятся металлические шарики или цилиндрики — ролики. Такие подшипники существенно уменьшают трение, так как в них действуют только силы трения качения, которые при равных условиях значительно меньше сил трения скольжения. Заполненные смазкой шариковые и роликовые подшипники обеспечивают быстрое, бесшумное и экономное вращение деталей.

Что такое сила трения

Трение, при котором твердые тела взаимодействуют своими поверхностями, называют внешним. Внутренним считают трение, возникающее во время движения жидкостей и газов.

Сила трения — это сила, возникающая в плоскости касания поверхностей двух тел, прижатых одно к другому, и препятствующая их относительному перемещению.

Сила трения возникает не только во время относительного движения тел, но и в случае их относительного покоя (сила трения покоя).

Сила трения покоя равна внешней силе, которая пытается сдвинуть тело с места. Она направлена противоположно направлению приложенной силы.

В зависимости от вида перемещения одного тела по другому различают трение скольжения и трение качения.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры:
где — коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом трения скольжения и характеризует природу и качество соприкасающихся поверхностей (шероховатость, волнистость и т. д.). На коэффициент трения скольжения влияет наличие между трущимися поверхностями разных веществ (пленок, масел или смазок), их температура и т. д.

Если приложенная к телу сила которая лежит в плоскости поверхности тел (рис. 2.21), недостаточна для того, чтобы вызвать скольжение данного тела относительно другого, то такая сила называется силой трения покоя (рис. 2.22, отрезок ОА).

Сила трения покоя во время взаимодействия изменяется от нуля до максимального значения (точка А). Когда сила F достигает этого значения, трение покоя переходит в
трение скольжения.

Тело начинает скользить. При этом сила трения скольжения несколько меньше силы трения покоя. Дальше сила трения скольжения уже остается постоянной.

При движении тела по наклонной плоскости (рис. 2.23) на силу реакции опоры влияет угол наклона этой плоскости к горизонту а: N = mg cos а.

Значения коэффициента трения скольжения в зависимости от характера трущихся поверхностей для сухого трения (без масел) приведены в таблице 1.

Сила трения качения имеет более сложную зависимость, также обусловленную деформацией соприкасающихся поверхностей.

Таблица 1

Коэффициент трения скольжения

Пример №1

По горизонтальной дороге тянут за веревку (под углом 30°) сани с грузом, общая масса которых 80 кг. Сила натяжения 50 Н. Определить коэффициент трения скольжения, если сани движутся с ускорением 0,15 .
Дано:

m = 80 кг,

= 30°,

F = 50 Н,

а = 0,15

Решение

На сани действуют силы: тяжести

реакции дороги натяжения и трения Выполним рисунок, связав систему координат с дорогой (рис. 2.24).

Сначала рассмотрим случай, когда сани движутся равномерно. Силу трения уравновешивает проекция силы натяжения веревки на ось ОХ:

Тогда
Для равноускоренного движения запишем второй закон механики Ньютона для саней в векторной форме:

В проекциях на оси координат данное уравнение будет иметь такой вид:

на ось ОХ: та = Fcos —

на ось ОУ: 0 — Fsin + N — mg.

Поскольку составим систему уравнений:

Разделив первое уравнение на второе, получим

Ответ:

Работа силы трения

Движение тел на Земле происходит под действием различных сил, но практически всегда присутствуют силы трения, силы сопротивления среды, в которой движется тело. Поэтому рассмотрим на частных примерах работу этих сил.

Проведем следующий опыт. Толкнем брусок, лежащий на столе. Он придет в движение, а затем остановится. В процессе движения на него действуют сила тяжести , сила нормальной реакции стола и сила трения скольжения (рис. 141). Под действием этих сил брусок движется. Равнодействующая сил:
, (1)

поскольку сила тяжести компенсируется силой нормальной реакции стола. По теореме об изменении кинетической энергии тела работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела. Если в начальный момент времени скорость тела была равна , а затем тело остановилось, то

C другой стороны, эта работа есть работа сил трения, т. е.:

(2)

Таким образом, работа силы трения скольжения отрицательна.

При скольжении одного тела по поверхности другого происходит, во-первых, деформация шероховатостей обеих поверхностей и, во-вторых, трущиеся тела нагреваются, т. е. повышается их температура. В этом можно легко убедиться, если потереть деревянный брусок о доску. Из курса физики 8-го класса известно, что температура тел определяется средней кинетической энергией движения молекул, из которых они состоят. Повышение температуры трущихся тел означает увеличение средней кинетической энергии хаотического движения молекул этих тел, а следовательно, их внутренней энергии. Таким образом, можно сказать, что начальная кинетическая энергия бруска превратилась во внутреннюю энергию трущихся тел.

Рис. 141

Работу силы трения скольжения мы можем легко подсчитать и иначе. По закону сухого трения , где μ — коэффициент трения скольжения. Пусть брусок совершил перемещение . Тогда работа силы трения будет равна:
(3)
так как = 180^o, cos = -l.

Из формулы (3) следует, что работа силы трения зависит от модуля перемещения тела. Если тело вернется в исходную точку, то работа силы трения не будет равна нулю. Таким образом, сила трения не является потенциальной силой. Для нее нельзя ввести понятие потенциальной энергии. Такие силы, работа которых зависит от формы траектории движения тела, называются непотенциальными или диссипативными (лат. dissipative — рассеяние).

Очевидно, что сила сопротивления среды (газа или жидкости) при движении некоторого тела, направленная в сторону, противоположную скорости тела, также совершает работу. Однако не надо думать, что работа сил трения всегда отрицательна. Ведь именно благодаря силе трения покоя человек и различные машины движутся по земле. Действительно, при ходьбе человек действует на поверхность Земли с силой (кроме силы нормальной реакции), а по третьему закону Ньютона Земля действует на ногу человека с силой трения покоя , равной по модулю , но противоположно направленной (рис. 142). Благодаря этой силе человек и движется. Сила направлена также, как и скорость человека, следовательно, и работа этой силы положительна.

Рис. 142

Если тело лежит на движущейся ленте транспортера, то именно благодаря силе трения оно приобретает скорость (рис. 143).

Рис. 143

Точно так же под действием силы трения покоя движутся и автомобили. На ведущие колеса автомобиля от мотора передается вращательный момент.

Колеса пытаются провернуться, следовательно, в горизонтальном направлении они действуют на поверхность земли с силой (рис. 144). По третьему закону Ньютона земля действует на колеса, а следовательно, и на машину с силой трения покоя. Если колесо проскальзывает, то с силой трения скольжения, направленной для ведущих колес в сторону движения автомобиля.

Рис. 144

Главные выводы

Силы трения не являются потенциальными силами.
Работа сил трения зависит от формы траектории движения тела. Работа сил трения по замкнутой траектории не равна нулю.
Работа сил трения обычно отрицательна. Она идет на увеличение внутренней энергии взаимодействующих тел.

Сила трения и движение под действием силы трения

Сила трения возникает между соприкасающимися друг с другом телами и направлена вдоль поверхности соприкосновения против их относительного движения. Причиной возникновения силы трения являются неровности соприкасающихся поверхностей и «силы сцепления» (силы притяжения) между молекулами этих поверхностей. Возникновение таких сил между молекулами определяет электромагнитную природу силы трения.

Существуют три вида силы трения:

Сила трения скольжения — это сила трения, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого тела.
Сила трения качения — это сила трения, возникающая, когда одно тело катится по поверхности другого.
Сила трения покоя — это сила трения, возникающая между телами, находящимися в состоянии покоя друг относительно друга. Численно сила трения покоя равна силе (b) тяги, направленной параллельно поверхности соприкосновения неподвижных тел, и направлена против нее (b).

При определенном значении силы тяги тело начинает двигаться и скользить по поверхности другого тела — возникает сила трения скольжения.

Численное значение силы трения скольжения прямо пропорционально силе реакции опоры (силе давления) и равно максимальному значению силы трения покоя:

Где — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения скольжения. Коэффициент трения скольжения зависит от материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, и качества обработки соприкасающихся поверхностей. — безразмерная величина, единица измерения отсутствует.

В зависимости от свойств соприкасающихся поверхностей силу трения называют сухой силой трения и силой сопротивления.

Сухое трение — это трение, возникающее между поверхностями соприкасающихся твердых тел.
Сила сопротивления — это сила, возникающая во время движения твердого тела в жидкости или газе.

Движение под действием силы трения

Исследуем разные движения тела массой под действием силы трения:

Тело движется прямолинейно равномерно по горизонтальной поверхности

Все силы, действующие на тело, показаны на схеме (с). При равномерном движении тела его ускорение следовательно, II закон Ньютона, или уравнение движения тела в векторном виде записывается так:

Выбрав координатную ось вдоль направления силы тяги (в направлении движения) и получив проекции всех сил на эту ось, можно написать уравнение движения (см: с):

Здесь было принято во внимание, что проекции силы реакции и силы тяжести на ось равны нулю — эти векторы перпендикулярны оси.

Таким образом, модули сил, действующих на тело, движущееся равномерно прямолинейно по горизонтальной поверхности, попарно равны и компенсируют взаимное действие друг друга:

Тело движется прямолинейно равнопеременно по горизонтальной поверхности (d).

В этом случае уравнение движении тела в общем виде:

Спроецировав силы на горизонтальную координатную ось, запишем уравнение движения в скалярном виде:

Любая величина, входящая в последнее выражение, с легкостью определяется.

На движущееся тело действует только сила трения

Так как сила трения всегда направлена против направления движения, то ускорение, сообщаемое этой силой, направлено против скорости движения тела. Поэтому, если на движущееся тело действует только сила трения, то оно тормозится. В этом случае уравнение движения записывается в виде:

Для ускорения тела имеем

Отсюда можно определить тормозной путь и время торможения тела, движущегося по горизонтальной дороге:

Тело движется по наклонной плоскости

Наклонная носкость — это плоскость, образующая определенный угол с горизонтом. Как показано на рисунке, сила тяжести, действующая на тело, движущееся равномерно под действием силы тяги по наклонной плоскости, раскладывается на две составляющие силы: составляющую, параллельную поверхности и составляющую, перпендикулярную поверхности (е). В этом случае модуль силы реакции опоры равен модулю составляющей

Уравнение движения тела по наклонной плоскости в общем виде записывается так:

Для решения уравнения выбираем прямоугольную систему координат XOY, находим проекции сил на ее оси и получаем систему двух уравнений:

Ввиду отсутствия движения вдоль оси OY Учитывая этот факт и уравнения (2.39) — (2.41), можно определить ускорение тела:

Определение силы трения

При движении одного тела по поверхности другого (при попытке к такому движению) возникает сила трения, направленная против движения (против возможного движения).

Опыт показывает, что в земных условиях всякое неподдерживаемое механическое движение с течением времени прекращается под действием сил трения (сопротивления).

Трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися телами, препятствующее их относительному перемещению.

Силы трения имеют электромагнитное происхождение, поскольку их появление обусловлено взаимодействием «пограничных» атомов, расположенных на поверхностях соприкасающихся тел. Вследствие этого, силы трения, как правило, действуют параллельно трущимся поверхностям.

Различают силы сухого трения (покоя, скольжения, качения) и вязкого трения (силы сопротивления, возникающие при движении в жидкости или газе).

Отметим, что действие сил трения приводит к переходу механической энергии во внутреннюю энергию тела.

Трение покоя

Силы трения покоя возникают между неподвижными телами при попытке сдвинуть одно из них (рис. 36).

Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к телу, параллельно поверхности соприкасающихся тел. В зависимости от приложенной силы модуль силы трения может меняться в пределах

Экспериментально установлено, что

где N — модуль силы нормальной реакции опоры в месте соприкосновения тел, — коэффициент трения покоя, зависящий от свойств веществ соприкасающихся поверхностей и от степени их шероховатости (качества обработки). Установлено также, что коэффициент трения покоя не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Согласно третьему закону Ньютона модуль силы нормальной реакции опоры N равен модулю силы нормального давления
Трение скольжения. Сила трения скольжения возникает между движущимися относительно друг друга телами и препятствует их относительному перемещению (рис. 37).

Она направлена противоположно скорости относительного движения поверхностей. Модуль силы трения скольжения прямо пропорционален модулю силы нормальной реакции опоры и определяется по формуле

где — коэффициент трения скольжения, зависящий от тех же параметров, что и коэффициент трения покоя

Этот закон был установлен экспериментально и называется законом Кулона — Амонтона.

Точные измерения показывают, что коэффициент трения скольжения зависит также и от модуля скорости относительного движения соприкасающихся тел (при малых скоростях в большинстве случаев
Как следует из формулы для модуля силы трения скольжения, коэффициент трения можно выразить как отношение модулей силы трения к силе нормального давления:

Поверхность называется гладкой, если силы трения равны нулю при любом характере движения.

Вязкое трение

Эксперименты показывают, что при движении в жидкости или газе (сплошной среде) на тело действует сила вязкого трения Она зависит от размеров и формы тела, от скорости его движения (рис. 38), а также свойств жидкости или газа. Сила вязкого трения возникает также между слоями жидкости или газа при их относительном движении.

При небольших скоростях движения (малых по сравнению со скоростью звука в воздухе) можно считать, что модуль силы вязкого трения прямо пропорционален скорости движения тела:

а при больших скоростях — квадрату скорости:

где — постоянные коэффициенты сопротивления (рис. 39).

Заказать решение задач по физике

Откуда появилась сила трения

Почему профили самолетов и подводных лодок напоминают контуры тела дельфина? Почему зимой автомобили «переобувают» в шипованную резину? Почему трудно двигаться в гололед? Как «падает» парашютист? Как уменьшить силу трения? А может, ее не стоит уменьшать, а наоборот, нужно увеличивать? Что будет, если трение исчезнет вообще?

При любом движении тело обязательно контактирует с микро- или макротелами вокруг (поверхностью другого тела, частицами жидкости или газа, внутри которых тело движется, и т. д.). При таком контакте возникают силы, замедляющие движение тела, — силы трения.

Сила трения — это сила, возникающая при движении или попытке движения одного тела по поверхности другого либо при движении тела внутри жидкой или газообразной среды.

Сила трения всегда направлена вдоль поверхности соприкасающихся тел и противоположно направлению скорости их относительного движения (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Относительно поверхности снега и относительно воздуха лыжник движется вправо, поэтому сила трения и сила сопротивления , действующие на лыжника, направлены влево. Снег относительно лыжника движется влево, со стороны лыжника на снег действует сила трения , направленная вправо

Трение между поверхностью твердого тела и окружающей жидкой или газообразной средой называют сопротивлением среды или жидким (вязким) трением. Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел называют сухим трением.

Почему возникает сила сухого трения

Если рассмотреть поверхность любого тела в лупу, можно увидеть множество мелких неровностей. Когда одно тело скользит или пытается скользить по поверхности другого, неровности цепляются друг за друга и деформируются. Возникают силы упругости, направленные в сторону, противоположную деформации (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Один из механизмов возникновения сухого трения связан с наличием неровностей на поверхностях соприкасающихся тел

Это одна из причин возникновения силы сухого трения. Есть и другие причины. Так, в некоторых местах выступы тел плотно прижаты друг к другу — расстояние между ними настолько мало, что действуют силы межмолекулярного притяжения, в результате чего выступы оказываются как бы «склеенными». Понятно, что такое «склеивание» происходит в ходе всего движения и препятствует ему.

И сила упругости, и сила межмолекулярного притяжения имеют электромагнитное происхождение, поэтому природа силы сухого трения — электромагнитная.

Какие существуют виды сухого трения

Различают три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения. Если вы попробуете, прикладывая небольшую силу, сдвинуть с места санки с тяжелым грузом, они не сдвинутся, поскольку возникнет сила трения покоя, которая уравновесит прилагаемую внешнюю силу.

Сила трения покоя — это сила трения, возникающая между соприкасающимися поверхностями двух тел и препятствующая возникновению их относительного движения.

Рис. 13.4. Внешние силы пытаются сдвинуть тело. Сила трения покоя, возникающая при этом, уравновешивает внешние силы, и тело находится в состоянии покоя

Сила трения покоя всегда равна по модулю и противоположна по направлению равнодействующей внешних сил , которая пытается сдвинуть тело с места (рис. 13.4):

Чем большая сила будет приложена, тем больше будет сила трения покоя. Наконец при определенном значении равнодействующей внешних сил (а следовательно, и силы трения покоя) тело сдвинется с места. То есть сила трения покоя имеет некоторое максимальное значение.

Чаще всего действие силы трения покоя «полезно»: благодаря ей вещи не выскальзывают из рук, грифель карандаша оставляет след на бумаге; эта сила позволяет выполнять повороты, удерживает корни растений в почве. Благодаря силе трения покоя передвигаются люди, животные, транспорт (рис. 13.5).

Рис. 13.5. Шины автомобиля в момент соприкосновения с поверхностью дороги по сути пытаются осуществить движение назад. В результате возникает сила трения покоя, направленная вперед, — движущая сила

В технике, на транспорте, в быту часто принимают меры для увеличения максимальной силы трения покоя: на ступеньки и обувь наклеивают противоскользящие накладки, автомобили «переобувают» в зимние шины и т. д.

После того как равнодействующая внешних сил становится равной максимальной силе трения покоя, тело начинает скольжение, — и тогда говорят о силе трения скольжения.

Сила трения скольжения — это сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную направлению относительной скорости движения тел.

Сила трения скольжения действует вдоль поверхности соприкосновения тел, и она немного меньше максимальной силы трения покоя (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Когда сила трения покоя достигает максимального значения, тело трогается с места (начинает скольжение)

Именно поэтому тела сдвигаются с места рывком и сдвинуть их труднее, чем затем перемещать. Это особенно заметно, когда тела массивные. Ваш жизненный опыт показывает, что сила трения скольжения зависит от свойств соприкасающихся поверхностей и увеличивается с увеличением силы нормальной реакции опоры (рис. 13.7). Закон, отражающий зависимость был экспериментально установлен французским ученым Г. Амонтоном (1663–1705) и проверен его соотечественником Ш. Кулоном (1736–1806), поэтому называется закон Амонтона — Кулона:

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел и прямо пропорциональна силе N нормальной реакции опоры:

Здесь — коэффициент трения скольжения, который зависит от материалов и качества обработки соприкасающихся поверхностей, незначительно зависит от относительной скорости движения соприкасающихся поверхностей и является безразмерной величиной:

Рис. 13.7. Сила трения скольжения зависит от качества и рода поверхностей (а) и увеличивается с увеличением силы нормальной реакции опоры (б)

Значения коэффициентов трения скольжения устанавливают исключительно экспериментально. Обычно таблицы коэффициентов трения скольжения содержат ориентировочные средние значения для пар материалов (см. таблицу).

Материалы	Коэффициент трения скольжения
Сталь по льду	0,02
Сталь по стали	м
Бронза по бронзе	0,20
Дерево по дереву	0,25
Бумага (картон) по дереву	0,40
Резина по бетону	0,75

Силу трения скольжения можно уменьшить, смазав соприкасающиеся поверхности. Твердая смазка изменяет качество поверхности; жидкая смазка отдаляет соприкасающиеся поверхности друг от друга — сухое трение заменяется значительно более слабым жидким трением.

Трение существенно уменьшится, если между соприкасающимися поверхностями расположить твердые катки, то есть скольжение заменить качением. Опыты показывают, что при одинаковых условиях сила трения качения в десятки раз меньше, чем сила трения скольжения.

Одна из причин возникновения силы трения качения заключается в том, что поверхность, по которой движется шарообразное тело (цилиндр, колесо, шар), деформируется, поэтому тело все время словно закатывается на небольшую наклонную плоскость (рис. 13.8).

Чем больше деформация поверхности, тем больше угол наклона плоскости и тем больше сила трения качения. Именно поэтому сила трения качения:

уменьшается с увеличением твердости поверхности, по которой катится тело, и твердости материала, из которого изготовлено тело;
увеличивается с увеличением давления тела на поверхность;
уменьшается с увеличением радиуса тела.

Сила сопротивления среды

Сила сопротивления среды (сила вязкого трения) — сила, возникающая при движении тела внутри жидкости или газа.

Рассмотрим причины возникновения силы сопротивления среды.

Ламинарное обтекание. Если твердое тело движется внутри жидкости или газа, то прилегающие слои среды движутся вместе с телом (рис. 13.9). Чем больше вязкость среды, тем больше ее слоев вовлекаются в движение.
Лобовое сопротивление. Частицы среды сталкиваются с телом и замедляют его движение.
Вихревое обтекание. Если тело движется с большой скоростью, то ламинарное обтекание переходит в вихревое: непосредственно за телом образуется зона пониженного давления, и тело как бы втягивается в эту зону, замедляя свое движение.

Сила сопротивления среды существенно зависит от формы тела (рис. 13.10).

Сила сопротивления среды увеличивается:

Обратите внимание! Не существует силы жидкого трения покоя. То есть если тело, расположенное в жидкой или газообразной среде, находится в состоянии покоя относительно среды, то сила сопротивления среды на него не действует.

Пример №2

На горизонтальной дороге автомобиль выполняет поворот радиусом 45 м. Какую наибольшую скорость может иметь автомобиль, чтобы «вписаться» в поворот, если коэффициент трения скольжения шин об асфальт = 0,5?

Анализ физической проблемы. Автомобиль «не впишется» в поворот, если , направленная к центру окружности, достигнет максимального значения и «перейдет» в силу трения скольжения. Обратите внимание: кроме силы трения покоя, направленной к центру окружности и препятствующей боковому скольжению автомобиля, существует еще сила трения покоя, препятствующая проскальзыванию колес вдоль направления движения автомобиля, — она и является силой тяги автомобиля (рис. 13.12).

Выполним пояснительный рисунок, указав силы, действующие на автомобиль, и направление ускорения его движения. Систему координат свяжем с телом на поверхности Земли.

Решение:

Запишем второй закон Ньютона:

Спроецируем уравнения на оси координат:

Поскольку , то получим: . Проверим единицу, найдем значение искомой величины:

Ответ: = 15 м/с.

Выводы:

Сила трения — это сила, возникающая при движении или попытке движения одного тела по поверхности другого, а также при движении тела внутри жидкой или газообразной среды. Сила трения всегда направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел и противоположно скорости их относительного движения.
Различают силы трения покоя, трения скольжения, трения качения и сопротивления среды. Все эти силы, кроме силы трения качения, имеют электромагнитную природу.
Сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению равнодействующей внешних сил, действующих на тело:
Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры: . Коэффициент трения скольжения µ зависит от материалов соприкасающихся поверхностей и качества их обработки.
Сила трения качения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры, намного меньше силы трения скольжения, зависит от радиуса тела, материала и твердости соприкасающихся поверхностей.
Сила сопротивления среды существенно зависит от формы тела, увеличивается с увеличением скорости движения тела, площади его поперечного сечения, а также с увеличением вязкости и плотности среды.

Вычисление силы трения

Французский физик Гийом Амонтон (1663–1705), размышляя о роли трения, писал: «Всем нам случалось выходить в гололедицу: сколько усилий стоило нам, чтобы удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделывать, чтобы устоять!.. Представим, что трение исчезло вовсе. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: все будет скользить и катиться…. Не будь трения, Земля представляла бы собой шар без неровностей, подобный жидкой капле».

Сила трения покоя

Если вы пытаетесь передвинуть тяжелое тело, например большой ящик, и не можете сдвинуть его с места, это означает, что силу, которую вы прикладываете к ящику, уравновешивает сила трения покоя, возникающая между полом и нижней поверхностью ящика (рис. 21.1).

Сила трения покоя — это сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами при попытке сдвинуть одно тело относительно другого и направленная в сторону, противоположную той, в которую двигалось бы тело, если бы трения не было.

Сила трения покоя приложена вдоль поверхности, которой тело соприкасается с другим телом, и по значению равна силе пытающейся сдвинуть тело с места (рис. 21.2):

При увеличении силы которая пытается сдвинуть тело, увеличивается и сила трения покоя. Когда сила достигает такого значения, что тело вот-вот начнет движение, сила трения покоя максимальна. С началом движения сила трения покоя переходит в силу трения скольжения. Таким образом, для каждого случая сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения. Чаще всего действие силы трения покоя очень «полезно»: благодаря ей предметы не выскальзывают из рук, не развязываются узлы; эта сила удерживает песчинки в куче песка, тяжелые камни на склоне горы, корни растений в почве. Именно сила трения покоя является той силой, благодаря которой движутся люди, животные, транспорт (рис. 21.3).

В технике, на транспорте, в быту часто принимают меры, чтобы поверхность одного тела не двигалась относительно поверхности другого. Например, для увеличения максимальной силы трения покоя тротуары во время гололедицы посыпают песком, зимой автомобили «переобувают» в зимние шины. Попробуйте привести еще несколько подобных примеров.

От чего зависит сила трения скольжения

— это сила, которая возникает при скольжении одного тела по поверхности другого и направлена в сторону, противоположную направлению движения тела. Сила трения скольжения действует вдоль поверхности соприкосновения тел (рис. 21.4) и немного меньше максимальной силы трения покоя.

Именно поэтому тела сдвигаются с места рывком и сдвинуть их тяжелее, чем затем двигать. Это особенно заметно, когда тела массивные. Прикрепим к деревянному бруску крючок динамометра и будем равномерно тянуть брусок по горизонтальной поверхности (рис. 21.5). На брусок в направлении его движения действует сила упругости со стороны пружины динамометра, а в противоположном направлении — сила трения скольжения. Брусок движется равномерно, поэтому сила упругости уравновешивает силу трения скольжения. Следовательно, динамометр показывает значение силы трения скольжения. Рассмотрите рис. 21.5 и сделайте вывод о том, как зависит сила трения скольжения от свойств соприкасающихся поверхностей. Обратите внимание: если провести те же опыты, перевернув брусок на меньшую грань, показания динамометра не изменятся.

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Проведем еще один опыт. Положим на брусок дополнительный груз, увеличив таким образом силу нормальной реакции опоры (рис. 21.6). Опыт покажет, что сила трения скольжения возросла.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры*: где N — сила нормальной реакции опоры; µ — коэффициент пропорциональности, который называют коэффициент трения скольжения.

Этот закон был установлен французским ученым Г. Амонтоном и проверен его соотечественником Ш. Кулоном, поэтому получил название закон Амонтона — Кулона.

Поскольку и силу трения скольжения, и силу нормальной реакции опоры измеряют в ньютонах, коэффициент трения скольжения — величина, не имеющая размерности: Коэффициент трения скольжения определяется, в частности, материалами, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, и качеством обработки их поверхностей. Значения коэффициентов трения скольжения устанавливают экспериментально. Таблицы коэффициентов трения скольжения обычно содержат ориентировочные средние значения для пар материалов (см. таблицу).

Причины возникновения и способы уменьшения силы трения

Поверхности твердых тел всегда шероховатые, неровные. При движении или попытке движения неровности цепляются друг за друга и деформируются или даже сминаются. В результате возникает сила, противодействующая движению тела, — сила трения (рис. 21.7).

Сила трения, как и сила упругости, — проявление сил межмолекулярного взаимодействия. Казалось бы, для уменьшения силы трения нужно тщательно отполировать поверхности и таким образом свести неровности к минимуму. Однако в таком случае поверхности будут настолько плотно прилегать друг к другу, что значительное количество молекул окажется на расстоянии, на котором становится существенным межмолекулярное притяжение. В результате сила трения возрастет*. Силу трения скольжения можно уменьшить, смазав соприкасающиеся поверхности. Смазка (как правило, жидкая), попав между соприкасающимися поверхностями, отдалит их друг от друга. То есть будут скользить не поверхности тел, а слои смазки, — трение скольжения (так называемое сухое трение) сменится вязким (жидким) трением, при котором сила трения значительно меньше.

Исследование трения и обоснование причин его возникновения достаточно сложны и вы ходят за рамки школьного курса физики.

Сила трения качения

Давний опыт человечества показывает, что, например, каменную глыбу легче перекатить на бревнах, чем просто тащить по земле. Если одно тело катится вдоль поверхности другого, то мы имеем дело с трением качения. Сила трения качения обычно намного меньше, чем сила трения скольжения (рис. 21.8, 21.9).

Поэтому для уменьшения силы трения люди издавна используют колесо, а в различных механизмах — подшипники (рис. 21.10).

Пример №3

Чтобы равномерно двигать по столу книгу массой 1 кг, нужно приложить горизонтальную силу 2 Н. Чему равен коэффициент трения скольжения между книгой и столом? Анализ физической проблемы. Выполним пояснительный рисунок, на котором изобразим все силы, действующие на книгу: — сила тяжести; — сила нормальной реакции опоры; — сила, под действием которой книга движется по поверхности стола; — сила трения скольжения. Книга движется равномерно, следовательно, силы, действующие на нее, попарно скомпенсированы: Исходя из этого и найдем искомый коэффициент трения.

Дано:

Найти:

Решение:

По формуле для определения силы трения скольжения имеем:

Поскольку а

Проверим единицу, найдем значение искомой величины:

Анализ результатов: коэффициент трения 0,2 соответствует паре «дерево по дереву»; результат правдоподобен. Ответ: µ=0,2.

Итоги:

Сила трения покоя — это сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами при попытке сдвинуть одно тело относительно другого. Сила трения покоя всегда препятствует появлению относительного движения соприкасающихся тел; она равна по значению и противоположна по направлению силе F, пытающейся сдвинуть тело с места:

Сила трения скольжения — это сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры , где µ — коэффициент трения скольжения, зависящий от материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, качества обработки их поверхностей. Смазка поверхностей существенно уменьшает силу трения. При качении одного тела по поверхности другого возникает сила трения качения, которая обычно меньше силы трения скольжения.

Урок 09. Лабораторная работа № 01. Исследование движения тела под действием постоянной силы (отчет)

Лабораторная работа №1

Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела

Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.

2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.

Выполнение работы.

1. Определили цену деления шкалы динамометра.

Цена деления динамометра:

(2H-1H)/10 дел = 0,1Н/дел

2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска Pбруска=0,7Н

Зная, что P=mg и g=10м/с² получим m_бруска=P/g

m_бруска=0,7Н/10м/с²=0,07кг

Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:

Р=N=(m1+m2)∙g

1.Р=N=(0,07кг+0,1кг)∙10м/с2=1,7Н

2.Р=N=(0,07кг+0,2кг)∙10м/с2=2,7Н

3.Р=N=(0,07кг+0,3кг)∙10м/с2=3,7Н

4.Р=N=(0,07кг+0,4кг)∙10м/с2=4,7Н

5. Р=N=(0,07кг+0,5кг)∙10м/с2=5,7Н

Провели измерения силы трения.

5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	Масса бруска, m₁, кг	Масса груза, m₂, кг	Общий вес тела (сила нормального давления), Р=N=(m₁+m₂)g, Н	Сила трения, F_тр, Н	Коэффициент трения, μ	Среднее значение коэффициента трения, μ_ср
1	0,07	0,1	1,7	0,4
2		0,2	2,7	0,6
3		0,3	3,7	0,8
4		0,4	4,7	1
5		0,5	5,7	1,2

6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)

7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: .

μ=0,4Н/1,7Н=0,235

μ=0,6Н/2,7Н=0,222

μ=0,8Н/3,7Н=0,216

μ=1,0Н/4,7Н=0,213

μ=1,2Н/5,7Н=0,211

Результаты расчётов занесли в таблицу.

8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления:

Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:

N=3Н

Fтр=0,68Н

Вычислили среднее значение коэффициент трения:

μ_ср=0,68Н/3Н=0,227

Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227

Ответы на контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.

2. Какова природа сил трения?

Сила трения — это сила электромагнитной природы.

3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

4. Перечислите виды трения.

Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.

5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

1 Учебники
2 Механика
- 2.1 Кинематика
- 2. 2 Динамика
- 2.3 Законы сохранения
- 2.4 Статика
- 2.5 Механические колебания и волны
3 Термодинамика и МКТ
- 3.1 МКТ
- 3.2 Термодинамика
4 Электродинамика
- 4.1 Электростатика
- 4.2 Электрический ток
- 4.3 Магнетизм
- 4. 4 Электромагнитные колебания и волны
5 Оптика. СТО
- 5.1 Геометрическая оптика
- 5.2 Волновая оптика
- 5.3 Фотометрия
- 5.4 Квантовая оптика
- 5.5 Излучение и спектры
- 5.6 СТО
6 Атомная и ядерная
- 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
- 6. 2 Ядерная физика
7 Общие темы
8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
разработки уроков, тем;
flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Квантовая оптика

Излучение и спектры

СТО

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Сила, давление и трение, EPI Inc.

WHAT’S
NEW
HERE ?EPI
Products
and Services

Technical Articles and Product Descriptions

Mechanical Engineering FundamentalsPiston
Engine
TechnologyEPI
Engine
ProjectsAircraft
Engine
ConversionsDetailed
Gearbox TechnologyEPI
Gearbox
ProjectsAircraft
Propeller
TechnologySpecial
Purpose
СистемыRotorWay
Helicopter
Выпуски

Справочные материалы

EPI
Справочник
Руководства LibraryEPI
и
Publications Some
Интересные
ссылки

Дополнительные продукты

для продажи
(случайно)

Журнал Race Engine Technology

ВВЕДЕНИЕ в Race Engine TechnologyПОДПИСАТЬСЯ
на Race Engine TechnologyДОСТУПНО
НАЗАД
ВЫПУСКИ

Последнее обновление: 02 июля 2016 г.

ПРИМЕЧАНИЕ. Все наши продукты, дизайны и услуги являются УСТОЙЧИВЫМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗ ГЛЮТЕНОВ, ГМО и не огорчают чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА или деликатные ЧУВСТВА.

СИЛА

A СИЛА можно определить как « Толчок или тяга объекта». СИЛА (толкание или притяжение) может возникать в результате контакта между двумя объектами или в результате воздействия, при котором контакт не происходит, такого как магнетизм или гравитация. СИЛА может вызвать изменение движения объекта. Если на объект не воздействуют другие толчки и/или притяжения, которые в совокупности образуют равное и противоположное противодействующее действие, то СИЛА изменит движение объекта, к которому она приложена.

Сила является векторной величиной, что означает, что она имеет как величину , так и направление . Силы иногда описываются только с точки зрения величины, и во многих из этих случаев направление самоочевидно.

Сэр Исаак Ньютон, английский математик 17-го века, сформулировал ряд наблюдений об основном поведении сил, действующих на объекты. Эти наблюдения стали известны как «законы движения Ньютона» и имеют фундаментальное значение для изучения сил, действующих на объекты. Их:

Каждый объект остается в состоянии покоя или равномерного движения до тех пор, пока сила не вынуждает его изменить свое состояние покоя или движения.
Изменение движения объекта пропорционально чистой величине комбинации приложенных сил и происходит вдоль прямой линии, на которой действует комбинация приложенных сил (иногда указывается как: F = MA или сила = масса х ускорение).
На каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Другими словами, когда два объекта действуют друг на друга, силы равны по величине, противоположны по направлению и коллинеарны.

Уравнение «F = MA» представляет собой упрощение второго закона Ньютона, но оно имеет чрезвычайно важное значение. Это означает, что сила, необходимая для ускорения объекта, равна массе объекта, умноженной на желаемое ускорение . Это простое уравнение составляет основу для определения нагрузок, прикладываемых к объектам в результате движения («динамика»).

Другим распространенным примером второго закона Ньютона является расчет силы, необходимой для подъема объекта (его веса).0078 вес объекта — это ускорение свободного падения (в среднем 32,2 фута в секунду в секунду на Земле; совсем другое на других планетах), умноженное на массу объекта.

ДАВЛЕНИЕ

A ДАВЛЕНИЕ является результатом СИЛЫ, приложенной к определенной площади поперечного сечения, и определяется как СИЛА на единицу ПЛОЩАДИ, как в ФУНТАХ на КВАДРАТНЫЙ ДЮЙМ. Например, если направленная вниз СИЛА в 1000 фунтов равномерно приложена к квадратной стальной пластине размером 2 дюйма на 2 дюйма (4 квадратных дюйма площади), то ДАВЛЕНИЕ, приложенное к этому блоку (Сила на единицу ПЛОЩАДИ), определяется выражением деление СИЛЫ (1000 фунтов) на ПЛОЩАДЬ (4 квадратных дюйма), что составляет 250 фунтов на квадратный дюйм («psi») .

Если ту же 1000-фунтовую СИЛУ приложить к пластине размером 2 x 4 дюйма (8 квадратных дюймов), то ДАВЛЕНИЕ уменьшится до 125 фунтов на квадратный дюйм, поскольку площадь пластины удвоится. Та же сила действует на большую площадь, что приводит к МЕНЬШЕЙ силе на единицу площади.

Сделав еще один шаг вперед, предположим, что у вас есть гидравлический цилиндр с поршнем диаметром 1/2″. Площадь этого поршня = диаметр x диаметр x 0,785, или, в данном случае, 0,5 x 0,5 x 0,785 = 0,19.6 квадратных дюймов. Теперь, если вы приложите 1000 фунтов к штоку этого цилиндра, СИЛА в 1000 фунтов будет приложена штоком к поршню, который воздействует на масло в цилиндре, создавая давление в масле 5102 (1000 / 0,196 = 5102). ) фунтов на квадратный дюйм . Если это масло направляется по какой-либо трубке к другому гидравлическому цилиндру с поршнем диаметром 2,5 дюйма, то 5102 фунтов на квадратный дюйм будет применяться к поршню площадью 4,91 кв. дюйма (2,5 x 2,5 x 0,785 = 4,91), что приведет к На конце штока этого цилиндра имеется усилие 25 050 фунтов.

ТРЕНИЕ

ТРЕНИЕ — особенно интересный пример силы. Это сопротивление движению, которое имеет место, когда одно тело перемещается по другому. Трение обычно определяется как «та сила, которая действует между двумя телами на поверхности их контакта, чтобы препятствовать их скольжению друг по другу» .

Предположим, что металлический блок весом 40 фунтов лежит на плоской горизонтальной поверхности стола. Если, используя точную шкалу натяжения, вы приложите к блоку небольшое горизонтальное усилие, блок не сдвинется с места. Теперь предположим, что вы увеличиваете горизонтальную силу до тех пор, пока блок не сдвинется с места, и вы заметите, что значение силы равно 8 фунтам.

Теперь у вас достаточно данных для расчета важного параметра трения, известного как коэффициент трения (μ), который определяет природу сопротивления движению, которое эти два тела оказывают друг другу. Значение коэффициента трения (м) представляет собой горизонтальную силу, необходимую для перемещения блока (8 фунтов), деленную на вертикальную силу, прижимающую блок и стол друг к другу (40 фунтов). μ = 8 / 40 = 0,20)

Существует несколько интересных свойств трения между сухими несмазанными поверхностями, которые можно резюмировать следующим образом:

При низких скоростях трение не зависит от скорости трения. С увеличением скорости трение уменьшается. Другими словами, сила, необходимая для преодоления трения и приведения тела в движение, больше, чем сила, необходимая для поддержания результирующего движения. Этот факт отражается в существовании двух разных коэффициентов трения для каждой пары материалов: статического коэффициента и динамического коэффициента.
При низком контактном давлении ( нормальная {перпендикулярная} сила на единицу площади) трение прямо пропорционально нормальной силе между двумя поверхностями. По мере увеличения контактного давления трение не увеличивается пропорционально, а когда давление становится очень высоким, трение быстро увеличивается, пока не произойдет заедание.
При постоянной нормальной силе трение, как по своей общей величине, так и по коэффициенту, не зависит от площади контактной поверхности (пока давление недостаточно велико, чтобы войти в область заедания).

Теперь предположим, что вы нанесли тонкий слой масла на стол под блоком. Масло снижает коэффициент трения где-то около 0,025, так что теперь блок можно перемещать с горизонтальной силой около 1 фунта (0,025 * 40 = 1).

Свойства трения между хорошо смазанными поверхностями значительно отличаются от указанных выше для сухих поверхностей.

Сопротивление трению почти не зависит от контактного давления, если поверхности залиты маслом.
При низком контактном давлении трение напрямую зависит от скорости. При высоком контактном давлении трение очень велико при низких скоростях, падает до минимума примерно при 2 футах в секунду, а затем увеличивается как квадратный корень из скорости.
Для хорошо смазанных поверхностей трение резко уменьшается с повышением температуры из-за влияния (а) быстро уменьшающейся вязкости масла и (б) для подшипников скольжения, увеличения диаметрального зазора.
Если поверхности подшипников залиты маслом, трение почти не зависит от природы материалов контактных поверхностей. По мере уменьшения смазки коэффициент трения становится более зависимым от материалов.

<< Вернуться к: Содержание Перейти к началу страницы ↑ Следующая тема: Скорость и ускорение >>

Что такое трение? | Живая наука

(Изображение предоставлено: Getty Images)

Трение – это сопротивление движению одного объекта, движущегося относительно другого. Согласно International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems (открывается в новой вкладке), она не рассматривается как фундаментальная сила, как гравитация или электромагнетизм . Вместо этого ученые считают, что это результат электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях.

Ученые начали собирать воедино законы, управляющие трением, в 1400-х годах, согласно книге Механика грунтов (открывается в новой вкладке), но поскольку взаимодействия настолько сложны, определение силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и может нельзя вывести только из уравнений или законов.

На каждое общее правило о трении есть столько же исключений. Например, в то время как две шероховатые поверхности (например, наждачная бумага), трущиеся друг о друга, иногда имеют большее трение, очень гладко отполированные материалы (например, стеклянные пластины), которые были тщательно очищены от всех поверхностных частиц, могут на самом деле очень сильно прилипать друг к другу. согласно Королевскому обществу (открывается в новой вкладке).

Типы трения

Существует два основных типа трения: статическое и кинетический , согласно журналу Учитель физики (открывается в новой вкладке). Статическое трение действует между двумя поверхностями, которые не движутся друг относительно друга, а кинетическое трение действует между движущимися объектами.

В жидкостях трение представляет собой сопротивление между движущимися слоями жидкости, которое также известно как вязкость. Как правило, более вязкие жидкости гуще, согласно журналу Дисфагия , поэтому мед имеет большее жидкостное трение, чем вода.

атома внутри твердого материала также могут испытывать трение. Например, если твердый блок металла сжимается, все атомы внутри материала движутся, создавая внутреннее трение.

В природе не бывает сред, полностью лишенных трения, по данным Американского физического общества : даже в глубоком космосе мельчайшие частицы материи могут взаимодействовать, вызывая трение.

Атомное трение может создаваться между слоями атомов. (Изображение предоставлено Kronber1)

Коэффициент трения

Два твердых объекта, движущихся друг против друга, испытывают кинетическое трение, согласно журналу Physical Review Letters (открывается в новой вкладке). В этом случае трение представляет собой некоторую долю перпендикулярной силы, действующей между двумя телами (доля определяется числом, называемым коэффициентом трения, который определяется экспериментально). В общем, сила не зависит от площади контакта и не зависит от того, насколько быстро движутся два объекта.

Трение действует и на неподвижные объекты. Согласно журналу Wear , статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, выше, чем сила трения, испытываемая теми же двумя объектами при их движении относительно друг друга. Статическое трение — это то, что удерживает коробку на наклонной поверхности от соскальзывания вниз.

Применение трения

Трение играет важную роль во многих повседневных процессах. Например, когда два тела трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения превращается в тепло в соответствии с 9.0183 Американское химическое общество (открывается в новой вкладке). Вот почему трение двух палочек друг о друга в конечном итоге вызовет пожар.

Трение также является причиной износа шестерен велосипеда и других механических частей. Вот почему смазочные материалы или жидкости часто используются для уменьшения трения и износа между движущимися частями, согласно Journal of Mechanical Design .

Дополнительные ресурсы

Подробнее о том, как работает трение в космосе, можно узнать из астронавт Пол Ричардс (открывается в новой вкладке). Кроме того, вы можете узнать больше о различных типах трения в этой статье World Atlas (откроется в новой вкладке).

Библиография

«Логические и информационные аспекты в науке о поверхности: трение, капиллярность и супергидрофобность». Международный журнал параллельных, возникающих и распределенных систем. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17445760.2017.1419350 (откроется в новой вкладке)

Ламбе Т.В. и Уитмен Р.В. «Механика грунтов» Том. 10 (1991). Джон Уайли и сыновья. https://books.google.co.uk/books?id=oRLcDwAAQBAJ&pg=PA62&lpg=PA62&dq=laws+of+friction+1400s&source=bl&ots=rKx9ZWwiml&sig=ACfU3U0PBzqILMCPr29_W7mr_HhZt8qqhQ&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwi8i6Of-u31AhWXi1wKHeLaAssQ6AF6BAgsEAM#v=onepage&q=laws %20of%20friction%201400s&f=false

«Влияние шероховатости поверхности на адгезию упругих тел». Труды Королевского общества А (1975). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1975.0138 (открывается в новой вкладке)

«Влияние температуры поверхности на кинетическое трение». Учитель физики (2005). https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1869429 (открывается в новой вкладке)

«Измерение температуры и вязкости подачи нектаро- и медово-густых жидкостей». Дисфагия (2008). https://link.springer.com/article/10.1007/s00455-007-9098-z (открывается в новой вкладке)

«Фотоны — это помеха». Американское физическое общество (2003 г.). https://physics.aps.org/story/v12/st22 (открывается в новой вкладке)

«Природа механических неустойчивостей и их влияние на кинетическое трение». Письма с физическим обзором (2002 г.). https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.89.224301

«О природе статического трения, кинетического трения и ползучести». Одежда (2003). https://www.sciencedirect. com/science/article/abs/pii/S0043164803002345 (открывается в новой вкладке)

«Влияние потерь на трение на эффективность цепного привода велосипеда». Журнал механического дизайна (2001). https://asmedigitalcollection.asme.org/mechanicaldesign/article-abstract/123/4/598/445688/Effects-of-Frictional-Loss-on-Bicycle-Chain-Drive (открывается в новой вкладке)

Тиа — главный редактор, а ранее — старший писатель журнала Live Science. Ее работы публиковались в журналах Scientific American, Wired.com и других изданиях. Она имеет степень магистра биоинженерии Вашингтонского университета, диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз и степень бакалавра машиностроения Техасского университета в Остине. Тиа была частью команды журнала Milwaukee Journal Sentinel, которая опубликовала серию «Пустые колыбели» о преждевременных родах, получившую множество наград, в том числе медаль Кейси 2012 года за заслуги перед журналистикой.

Что такое сила трения? Определение, уравнение, формула, типы, примеры

Что такое сила трения? Есть идеи! В этой статье мы изучим основы трения, определения, уравнения или формулы, типы, а также примеры.

Давайте исследовать!

Что такое сила трения?

Концепция силы трения

Когда вы оглянетесь вокруг, вы увидите, что многие силы действуют, выполняя свою работу в соответствующих областях

Возьмем, к примеру, водителя грузовика, управляющего грузовиком, когда тормоз приближается к вам, чтобы услышать громкие звуки. и грузовик имеет тенденцию останавливаться, когда он нажимает на тормоз.

Так как же небольшой компонент весом не более килограмма может остановить такой тяжелый грузовик от движения на высокой скорости?

Что такое формула формулы определения силы трения

Это вам должно быть интересно. Итак, сила трения действует противоположно обычному движению и тормозит движение движущегося объекта.

Сила трения Примеры

Возьмем в качестве примера велосипед, где небольшой дисковый тормоз помогает вам остановить его, и там также применяется аналогичная сила. Это примеры, когда сила торможения была приложена, а как быть с местами, где она не приложена, а движение объекта все равно останавливается.

Все мы знаем, что поверхности тел никогда не бывают идеально гладкими.
Когда часть поверхности рассматривается под микроскопом, мы видим, что она имеет шероховатости и дефекты по всей поверхности, независимо от степени полировки этой поверхности, которые могут быть незаметны невооруженным глазом.
Если какой-либо блок материала помещается на другой, он может быть из того же или другого материала, тогда эти блоки будут блокироваться из-за неровностей поверхности.

Это не связано с силой трения, но как только они перемещаются по касательной друг к другу, действует сила трения, и ее блокирующее свойство препятствует движению и препятствует движению.

Определение силы трения

Эта противодействующая сила, действующая в направлении, противоположном движению верхнего блока, известна как сила трения или просто трение.

Сила трения определяется как сила, создаваемая двумя поверхностями, которые соприкасаются и скользят друг относительно друга.

В результате в каждом соединении машины трение вызывается относительным движением двух компонентов, поэтому на преодоление трения затрачивается некоторая энергия.

Хотя трение считается нежелательным явлением, оно играет значительную роль как в природе, так и в технике, например,

ходьба по дороге,
движение локомотива по рельсам,
передача мощности через ремни, шестерни и т. д. .

Чтобы автомобиль двигался вперед, необходимо трение между колесами и дорогой.

Сила трения Уравнение или формула

Силу трения можно легко рассчитать по определению:

F= мкН

μ = Коэффициент, известный как коэффициент трения

Н = Нормальная сила, действующая перпендикулярно поверхности, на которую действует сила.

Уравнение силы трения или формула

Отсюда, Нормальная сила, Н,

Н = сила, действующая на поверхность
Н = сила, действующая из-за веса
Н = мг

Где,

м = масса объекта
г = ускорение свободного падения
1

1, отсюда этого веса, формула силы трения может быть записана как,

F= μ мг

Теперь, если поверхность наклонена и если она составляет угол θ, то

Формула уравнения силы трения угол Примеры

Весовая составляющая = мг cosθ
N = Весовая составляющая = мг cosθ

Следовательно, учитывая этот угол, формула силы трения может быть записана как

F= μ мг cosθ

является одним из видов силы, единица силы трения будет такой же, как сила.

S.I Единица силы трения: Ньютон (Н)
СГС Единица силы трения: Дина (Дин)
FPS Единица силы трения: фунт-сила

Коэффициент трения

Определяется как отношение предельного трения (F) между двумя телами к их нормальной реакции (N). Обычно обозначается μ.

Математически коэффициент трения

μ = F/N

Его значение различно для разных материалов. Поскольку коэффициент трения представляет собой отношение двух различных сил, он будет безразмерным. Для металла от 0,15 до 0,60, а для камня от 0,40 до 0,70.

Как рассчитать силу трения?

Этапы расчета

У нас есть основное уравнение для силы трения. Это F= µ Rn. Следовательно, зная Rn и µ, легко будет найти силу трения!

Давайте посмотрим, как рассчитать силу трения простыми шагами?

Шаг 1: Вычислить Нормальная сила

Когда объект удерживается на поверхности, вес объекта действует вертикально вниз.

В нашем примере объект стабилен, а поверхность горизонтальна. Следовательно, нормальная сила будет действовать на поверхность вертикально вверх, чтобы уравновесить вес, действующий вертикально вниз.

Следовательно, нормальная сила, Н,

Н = мг

Теперь, если поверхность наклонена и образует угол θ, то

Компонент веса = мг cosθ
Н = Компонент веса = мг cosθ

Шаг 2: Нахождение значения коэффициента Трение

Коэффициент трения зависит от типа материалов, шероховатости поверхности и т. д. Поверхность кадмия и хрома: μ = 0,41

Поверхность меди и чугуна: μ = 1,05

Таким образом, мы получим значение μ.

Шаг 3: Расчет силы трения

Итак, мы получили значение N и μ.

Теперь, чтобы получить силу трения, F

F = нормальная сила x коэффициент трения
F = мкН.

Примеры расчета

Давайте рассмотрим простой пример, чтобы понять силу трения.

Медный блок массой 5 кг на горизонтальной чугунной поверхности. Медный блок находится в состоянии покоя, и коэффициент трения между медным блоком и чугунной поверхностью равен 1,05.

Определите силу трения.

Приведенные данные,

м = масса медного блока = 5 кг
г = ускорение свободного падения = 9,8 м/с ²
Н = нормальная сила = вес = мг = 5 x 9,8 = 49 Н
μ
= Coefficient of friction = 1.05

Hence, frictional force, F

F = μ x N
F = 1. 05 x 49
F = 51.45 N

Types of Friction

Static friction

Это трение, которое испытывает тело, когда оно находится в состоянии покоя.

Динамическое трение

Сила трения, испытываемая движущимся телом. Динамическое трение также известно под названием кинетическое трение и всегда меньше, чем у статического трения.

Существует три типа

Трение скольжения – это трение, которое испытывает тело, скользя по другому телу.

Трение качения – это трение между поверхностями, между которыми находятся шарики или ролики.

Осевое трение – это трение, ощущаемое телом в результате его вращательного движения, как в случае с подножками.

Трение может быть дополнительно классифицировано как:

Трение между несмазанными поверхностями
Трение между смазанными поверхностями.

Без смазки Поверхности

Сухое или твердое трение — это трение, возникающее при контакте двух сухих и несмазанных поверхностей. Это связано с шероховатостью поверхности материалов. Обычно встречается в обуви или однодисковом сцеплении.

Смазанные Поверхности

Граничное трение (также известное как жирное трение или невязкое трение)

Это слой трения, возникающий между двумя постоянно трющимися очень тонкими поверхностями. смазки между ними.
Толщина этого тонкого слоя имеет молекулярный размер. В этом типе трения этот тонкий слой действует как связующий материал между двумя поверхностями.
Смазка впитывается и образует тонкий слой на поверхностях. Эта тонкая пленка пытается уменьшить износ и уменьшает трение. Граничное трение обычно подчиняется законам твердого трения.

Жидкостное трение (также известное как пленочное трение или вязкое трение)

Это трение между трущимися поверхностями, когда поверхности имеют толстый слой смазки между сопрягаемыми поверхностями.
В этом случае поверхности, на которые он наносится, не позволяют им соприкасаться и, следовательно, не трутся друг о друга. Из этого следует, что жидкостное трение вызвано вязкостью и маслянистостью смазки, а не контактирующими поверхностями.

Сила трения с вязкостью и маслянистостью

Что такое вязкость?

Вязкость смазочного материала является мерой сопротивления, которое оно оказывает, когда один слой смазки перемещается по другому. Сила, необходимая для перемещения пластины единичной площади с единичной скоростью относительно параллельной пластины, разделенной слоем смазки единичной толщины, определяется как абсолютная вязкость смазки.

Что такое жирность?

Сравнивая два смазочных материала с сопоставимой вязкостью и температурой, можно легко распознать характеристику маслянистости смазочного материала. Когда эти смазки распределяются по двум различным поверхностям, обнаруживается, что сила трения с одной смазкой отличается от силы трения с другой.
Это изменение вызвано маслянистостью смазочного материала. Говорят, что смазка, дающая меньшую силу трения, обладает большей маслянистостью.
Вязкость жидкой смазки определяет ее эффективность: слишком густая будет создавать трение и препятствовать скольжению, а слишком жидкая будет растекаться слишком быстро.

Предельное трение

Рассмотрим одно тело A весом W, которое находится в равновесии благодаря своему весу. Оно лежит на поверхности тела B. Нормальная реакция силы N состоит в том, что на тело A действует тело B, равное A. Теперь, если малая величина силы P приложена к телу, проходящему через его центр тяжести , то он должен сдвинуться со своего места.
Но он не движется, потому что на него действует сила трения, которая препятствует его движению, поскольку действует в противоположном направлении. Это показывает, что сила P точно уравновешена силой F, которая является силой трения. Пусть будет 2 условия до F > P тогда тело продолжит находиться в состоянии покоя.
Если мы увеличим силу P, то на столько же увеличится и сила трения. Таким образом, здесь видно P2 = F2 . Таким образом, каждый раз, когда усилие, прикладываемое для перемещения тела, будет увеличиваться, сила трения также будет возрастать и станет в точности равной силе Р.
Всегда есть предел такому сценарию, за которым сила трения не может возрастать. После этого любое увеличение приложенного усилия не приведет к дальнейшему увеличению силы трения.
Таким образом, это тело А будет двигаться в направлении приложенной силы Р. Предельная сила трения или предельное трение – это максимальное значение силы трения, вступающее в действие, когда тело начинает скользить по другой поверхности тела.
Факт остается фактом: когда приложенная сила меньше предельной силы трения, тогда такое трение называется трением покоя. А когда тело А будет продолжать скользить по телу, преодолевая сопротивление тела Б, это называется динамическим трением.

Законы трения

Законы статического трения

1. Сила трения всегда действует в направлении, прямо противоположном направлению приложенной силы.

2. Величина силы трения в точности равна приложенной силе, заставляющей тело двигаться.

3. Величина предельного трения (F) образует постоянное отношение к нормальной реакции (N) между двумя поверхностями.

Математически

F/N = константа

4. Сила трения не зависит от площади контакта между двумя поверхностями.

5. Сила трения зависит от шероховатости промежуточных поверхностей.

Законы кинетического или динамического трения

1. Сила трения всегда действует в направлении, прямо противоположном направлению приложенной силы.

2. Величина кинетического трения пропорциональна нормальной реакции между двумя поверхностями. Однако это отношение несколько ниже, чем в случае ограниченного трения.

3. Сила трения остается постоянной на умеренных скоростях. Тем не менее, он продолжает несколько падать по мере увеличения скорости.

Законы трения твердых тел

1. Сила трения пропорциональна нормальной нагрузке между поверхностями.

2. При заданной нормальной нагрузке сила трения не зависит от площади контактной поверхности.

3. Сила трения определяется материалом контактных поверхностей.

4. Сила трения не зависит от скорости скольжения одного тела относительно другого.

Законы жидкостного трения

1. Сила трения практически полностью не зависит от нагрузки.

2. Сила трения уменьшается по мере повышения температуры смазки.

3. На силу трения не влияют материалы поверхностей подшипника.

4. Сила трения зависит от смазочного материала.

Предельный угол трения

Рассмотрим тело A на поверхности тела B. К нему приложена сила P, а сила F — это сила трения, которая сопротивляется его движению, когда оно действует в противоположном направлении.

Тело начнет двигаться, как только P>F.
Сила трения F= мкН.

Где Rn — нормальная реакция. Под действием трех сил тело будет находиться в равновесии.

Вес тела A равен W
Приложенная сила P
Реакция N между обоими телами.

В результате реакция R должна быть равна и противоположна произведению W и P, а также наклонена под углом к нормальной реакции N. Этот угол известен как угол фрикционного ограничения.

Определяется как угол, образованный результирующей реакцией R с нормальной реакцией N.

tan φ = F/N = μ N/ N = μ быть минимальным, если его наклон с горизонталью равен углу трения.

Применение Сила трения
Муфта
Основная функция муфты — передача мощности от первичного двигателя к валу. Он размещается между валом и первичным двигателем и необходим, поскольку машины должны запускаться и останавливаться во время погрузки и разгрузки.
Нагрузка также постоянно меняется. Таким образом, вместо постоянного включения или выключения используется муфта первичного двигателя.
В то время как в автомобилях для плавного переключения передач без рывков возникает необходимость отключения силового привода. Это устройство постепенно набирает скорость.
Принцип его работы – когда два вращающихся диска высокой шероховатости при соприкосновении друг с другом передают мощность, а при их отсутствии передача прекращается.
В зависимости от назначения муфты бывают разных типов:
Дисковая или пластинчатая муфта
Конусная муфта
Центробежная муфта
Тормоз
Это устройство, которое используется для остановки автомобиля или его замедления после повышенного ускорения. По сути, это снижает скорость, это делается за счет силы трения, которую тормозные колодки прикладывают к вращающемуся колесу.
Принцип его конструкции прост.
Очень грубый и абразивный материал используется в качестве тормозной колодки, которая трется о колесный барабан или тормозной диск.
В зависимости от конструкции бывает 2 типов.
Барабанные тормоза
Дисковые тормоза
Аэродинамика
Это отрасль техники, которая занимается проектированием форм таким образом, чтобы уменьшить трение о тело.
Даже воздух оказывает сопротивление движущемуся телу, когда он движется с высокой скоростью, поэтому для уменьшения этого трения транспортному средству придается аэродинамическая форма.
Конструкция высокоскоростных поездов, спортивных автомобилей и самолетов является распространенным примером, в котором важна конструкция корпуса с уменьшенной силой трения.
Подшипники
Для обеспечения минимального трения при передаче мощности за счет точечного или линейного контакта.
Подшипник скольжения состоит из постоянной неподвижной опорной поверхности, такой как обработанный металл или запрессованная втулка, которая служит опорной поверхностью с низким коэффициентом трения для вращающихся или скользящих поверхностей.
Смазочное масло часто используется в подшипниках скольжения для отделения подвижного компонента от сопрягаемой неподвижной поверхности подшипника.
Желаемое трение Нежелательное трение
Это приводит к потере энергии, но это конечная цель. Взрывозащищенное транспортное средство Это приводит к потере энергии, но это не конечная цель. Ex двигательные установки самолетов, ракет.
Это приводит к износу объекта, но здесь делается для удаления материала. Ex шлифовальный станок Приводит к износу объекта. Бывшие машины шестерни
Принцип конструирования конкретных гаджетов. Ex сцепление, тормоз Этого можно избежать, используя другое вещество. Взрывозащищенная смазка, консистентная смазка
Пример расчета силы трения
Вопрос
Металлический предмет массой 50 кг на горизонтальном столе толкается горизонтальной силой
, равной 246 Н. Коэффициент трения равен 0,5.
Определите, будет ли металлический предмет двигаться или нет.
Примеры расчета формулы уравнения силы трения
Решение
Полученные данные
Из вопроса мы можем записать данные,
м = Масса металлического предмета = 50 кг
Н = Нормальная сила = мг = 50 x 9,8 Н
Fh= Горизонтальная сила = 246 Н
мк = коэффициент трения = 0,5.
Что доказывать?
Нам нужно проверить, будет ли металлический предмет двигаться или нет.
Пояснение
Металлический предмет держится на горизонтальной поверхности, и очевидно, что между предметом и поверхностью действует сила трения.
Теперь может быть два варианта,
Если приложенная сила больше силы трения, то объект будет двигаться.
Если приложенная сила меньше силы трения, то объект не будет двигаться.
Расчет и доказательство
Сначала рассчитаем силу трения, F
F = мкН
F = 0,5 x 50 x 9,8
F = 211 900 Н 900 горизонтальная сила, Fh=246 Н.
F < Fh
Следовательно, металлический предмет будет двигаться.
Заключение
Итак, мы получили представление о силе трения. Любые вопросы, пожалуйста, дайте нам знать.
Дальнейшее исследование
Let’s Train Try Try несколько интересных статей:
Соотношение Пуассона
Бесплатная диаграмма тела
Основы напряжения и деформации
Mohr’s Circle
Curve Curve
7
. Расчеты жидкостного трения красивы, но сложны. Вместо этого мы сосредоточимся на двух типах сухого трения: статическом и кинетическом. Сухое трение возникает при соприкосновении двух твердых поверхностей.
скорость
трение
Даже кажущиеся гладкими поверхности на микроскопическом уровне являются шероховатыми. Сухое трение может возникать из-за того, что шероховатые поверхности зацепляются друг за друга. Это приводит к микроскопическим деформациям. Трение также может возникать из других источников, таких как химическая связь между поверхностями.
Сухое трение трудно моделировать, потому что поверхности могут иметь широкий диапазон форм и химического состава. Эти 5 правил нарушаются так же часто, как и соблюдаются.
Сила трения увеличивается линейно с нормальной силой.
На трение не влияет площадь контакта между поверхностями.
Неподвижные объекты имеют большее трение, чем скользящие.
На трение скольжения не влияет скорость скольжения.
Вы можете посмотреть величину трения для каждой пары материалов.
Эта модель трения является лишь «грубым» приближением, поэтому не ожидайте большой точности или аккуратности.
Статичный означает неподвижный. Статическое трение — это трение между твердыми телами, которые не движутся друг относительно друга. Например, статическое трение может предотвратить скольжение объекта по наклонной поверхности.
Сила статического трения уравновешивает приложенные силы, чтобы удерживать объект в неподвижном состоянии. Мы можем оценить максимальную силу трения покоя.
v = 0F сф №
$F_s$ = сила трения покоя [Н, ньютон]
изменение направления и величины, чтобы удерживать ускорение равным нулю
, но только до максимального значения
$F_N$ = нормальная сила [Н, ньютоны]
$\mu_s$ = mu, коэффициент трения [без единиц измерения]
F НФ св = 0 Коэффициенты трения (μ) различны для каждой пары поверхностей. Таблица данных коэффициента трения (википедия)
Материалы Статическое трение Кинетическое трение
Сухой Смазанный Сухой Смазанный
Алюминий Сталь 0,61 0,47
Алюминий Алюминий 1,5
Золото Золото 2,5
Платина Платина 3,0
Серебро Серебро 1,5
Алюмокерамика Керамика из нитрида кремния 0,004 (влажный)
БАМ (керамический сплав AlMgB ₁₄ ) Борид титана (TiB ₂ ) 0,04–0,05 0,02
Латунь Сталь 0,35-0,51 0,19 0,44
Чугун Медь 1,05 0,29
Чугун Цинк 0,85 0,21
Бетон Резина 1,0 0,30 (мокрый) 0,6-0,85 0,45-0,75 (влажный)
Бетон Дерево 0,62
Медь Стекло 0,68
Медь Сталь 0,53 0,36
Стекло Стекло 0,9-1,0 0,4
Синовиальная жидкость человека Хрящ 0,01 0,003
Лед Лед 0,02-0,09
Полиэтилен Сталь 0,2 0,2
(тефлон) ПТФЭ (тефлон) 0,04 0,04 0,04
Сталь Лед 0,03
Сталь ПТФЭ (тефлон) 0,04 0,04 0,04
Сталь Сталь 0,74 0,16 0,42-0,62
Дерево Металл 0,2–0,6 0,2 (мокрый)
Дерево Дерево 0,25–0,5 0,2 (мокрый)
Ф сФ = ?0,42 кг
Пример: Вы ставите стакан весом 0,42 кг из ИКЕА под названием ПОКАЛ на плоский медный противень. Какую горизонтальную силу нужно приложить, чтобы заставить стекло двигаться?
решение $$ F_s \leq \mu_{s} F_{N} $$ $$ F_{s\mathrm{\,max}} = \mu_{s} F_{N} $$ $$F_{N}=мг$$ $$F_{s\mathrm{\,max}}= \mu_{s}мг$$ $$F_{s\mathrm{\,max}}= (0,68)( 0,42)(9,8)$$ $$F_{s\mathrm{\,max}}= 2,80 \, \mathrm{N}$$ 10 кг 10 кг Ф=?Ф s
Пример: 10-килограммовый деревянный брусок лежит поверх другого 10-килограммового деревянного бруска, лежащего на бетонной плите. Какая сила потребуется, чтобы преодолеть трение покоя между землей и нижним ящиком?
раствор
Включить обе массы в общую массу.
20 кг Ф НФ гФ=?Ф с $$F_g = mg$$ $$F_g = (20)(9. 8)$$ $$F_g = 196\,\mathrm{N}$$ Поскольку блок не движется с ускорением по вертикали, нормальная сила равна силе тяжести для обоих блоков. $$F_{s\mathrm{\,max}} = \mu_s F_N$$ $$F_{s\mathrm{\,max}} = \mu_s F_g$$ $$F_{s\mathrm{\,max}} = \mu_s 196$$ Коэффициент статического трения по бетону и дереву равен 0,62. $$F_{s\mathrm{\,max}} = (0,62) (196)$$ $$F_{s\mathrm{\,max}} = 122 \, \mathrm{N}$$ 5,0 кг0,0 кгсброс
μ _k =
мк _с =
м = кг
Пример: Вычислите максимальное значение, которое могла бы иметь подвешенная масса, прежде чем две массы начнут двигаться. Вы можете проверить свой ответ в симуляции.
Блок весом 5 кг изготовлен из алюминия, а стол из стали. Таблица данных коэффициента трения (википедия)
Материалы Статическое трение Кинетическое трение
Сухой Смазанный Сухой Смазанный
Алюминий Сталь 0,61 0,47
Алюминий Алюминий 1,5
Золото Золото 2,5
Платина Платина 3,0
Серебро Серебро 1,5
Алюмокерамика Керамика из нитрида кремния 0,004 (влажный)
БАМ (керамический сплав AlMgB ₁₄ ) Борид титана (TiB ₂ ) 0,04–0,05 0,02
Латунь Сталь 0,35-0,51 0,19 0,44
Чугун Медь 1,05 0,29
Чугун Цинк 0,85 0,21
Бетон Резина 1,0 0,30 (мокрый) 0,6-0,85 0,45-0,75 (влажный)
Бетон Дерево 0,62
Медь Стекло 0,68
Медь Сталь 0,53 0,36
Стекло Стекло 0,9-1,0 0,4
Синовиальная жидкость человека Хрящ 0,01 0,003
Лед Лед 0,02-0,09
Полиэтилен Сталь 0,2 0,2
(тефлон) ПТФЭ (тефлон) 0,04 0,04 0,04
Сталь Лед 0,03
Сталь ПТФЭ (тефлон) 0,04 0,04 0,04
Сталь Сталь 0,74 0,16 0,42-0,62
Дерево Металл 0,2–0,6 0,2 (мокрый)
Дерево Дерево 0,25–0,5 0,2 (мокрый)
подсказка
Сначала нарисуйте диаграмму свободного тела. Затем рассчитайте максимальную силу трения покоя на блоке массой 5 кг.
Поскольку блоки не двигаются, противодействующие силы равны. Сила трения равна силе натяжения, которая также равна силе тяжести для правого блока. Это означает, что мы можем установить максимальное статическое трение равным силе тяжести для правого блока.
Замените силу тяжести на «мг» и найдите массу.
5 кгтф сф НФ gTmF gsolution
$$\text{алюминий на стали}$$ $$\mu_s = 0,61$$
$$F_N = F_g = мг$$ $$F_N = (5) (9,8)$$ $$F_N = 49 \, \mathrm{N}$$
$$ F_{s\mathrm{\,max}} = \mu_{s} F_{N} $$ $$ F_{s\mathrm{\,max}} = (0,61)(49\, \mathrm{N}) $$ $$ F_{s\mathrm{\,max}} = 29,89 \, \mathrm{N} $$
Поскольку система не движется, ускорение равно нулю. Это означает, что противодействующие силы должны быть равны. Сила трения равна силе натяжения, которая также равна силе тяжести на правом бруске.
5 кгтф стф гм $$F_{s\mathrm{\,max}} = T = F_g = мг$$ $$F_{s\mathrm{\,max}} = мг$$ $290,89 = м(9,8)$$ $$м = 3,05 \, \mathrm{кг}$$
Кинетика означает движение. Кинетическое трение — это сила, возникающая, когда две соприкасающиеся поверхности скользят друг относительно друга. Кинетическая сила трения остается постоянной в широком диапазоне скоростей.
$F_k$ = сила кинетического трения [Н, ньютон]
направлен против направления движения
$F_N$ = нормальная сила [Н, ньютон]
$\mu _k$ = mu, коэффициент трения [без единиц измерения]
F НФ к
В большинстве случаев сила трения не зависит от степени контакта между поверхностями. Это связано с тем, что большая площадь контакта распределяет нормальную силу.
Ф k0,42 кг
Пример: Вы двигаете стеклянную чашку POKAL весом 0,42 кг по стеклянному столу со скоростью 3,0 м/с.
Найдите силу кинетического трения и время, за которое чашка остановится. Таблица данных коэффициента трения
(википедия) 9{2}}} \quad \Delta t=? \quad v_{i}=3,0 \mathrm{\tfrac{m}{s}}\quad v_{f}=0$$ $$v_{f} = v_{i}+a \Delta t$$ $$\frac{v_{f} — v_{i}}{a}=\Delta t$$ $$\frac{0 — 3}{-3. 90}=\Дельта t$$ $$0,77 \mathrm{s}=\Дельта t$$
Статическое трение будет соответствовать приложенной силе до тех пор, пока приложенная сила не превысит максимальное значение статического трения. Силы выше этой точки вызовут движение.
Когда тело движется, трение переходит в кинетическое. Кинетическое трение ниже и менее точно. Этот переход часто вызывает рывки, так как сила трения быстро падает до нижнего значения. 92}}) $$ $$F_N = 196 \, \mathrm{N}$$
Из графика видно, что сила кинетического трения составляет около 70 Н.
$$F_k = \mu_{k} F_{N} $$ $70 \, \mathrm{N}= \mu_{k} 196 \, \mathrm{N}$$ $$\frac{70 \, \mathrm{N}}{196 \, \mathrm{N}} = \mu_{k} $$ $0,36 = \mu_{k}$$ раствор статического трения $$F_N = F_g = мг$$ $$F_N = (20 \, \mathrm{кг})(9,8 \, \mathrm{ \tfrac{m}{s^2}}) $$ $$F_N = 196 \, \mathrm{N}$$
По пунктирной линии видно, что максимальное значение статического трения составляет 100 Н.
$$ F_s \leq \mu_{s} F_{N} $$ $$ F_{s\mathrm{\,max}} = \mu_{s} F_{N} $$ $$ 100 \, \mathrm{N} = \mu_{s} 196 \, \mathrm{N}$$ $$\frac{100 \, \mathrm{N}}{196 \, \mathrm{N}} = \mu_{s} $$ $0,51 = \mu_{s}$$
Материалы Статическое трение Кинетическое трение
Сухой Смазанный Сухой Смазанный
Алюминий Сталь 0,61 0,47
Алюминий Алюминий 1,5
Золото Золото 2,5
Платина Платина 3,0
Серебро Серебро 1,5
Алюмокерамика Керамика из нитрида кремния 0,004 (влажный)
БАМ (керамический сплав AlMgB ₁₄ ) Борид титана (TiB ₂ ) 0,04–0,05 0,02
Латунь Сталь 0,35-0,51 0,19 0,44
Чугун Медь 1,05 0,29
Чугун Цинк 0,85 0,21
Бетон Резина 1,0 0,30 (мокрый) 0,6-0,85 0,45-0,75 (влажный)
Бетон Дерево 0,62
Медь Стекло 0,68
Медь Сталь 0,53 0,36
Стекло Стекло 0,9-1,0 0,4
Синовиальная жидкость человека Хрящ 0,01 0,003
Лед Лед 0,02-0,09
Полиэтилен Сталь 0,2 0,2
(тефлон) ПТФЭ (тефлон) 0,04 0,04 0,04
Сталь Лед 0,03
Сталь ПТФЭ (тефлон) 0,04 0,04 0,04
Сталь Сталь 0,74 0,16 0,42-0,62
Дерево Металл 0,2–0,6 0,2 (мокрый)
Дерево Дерево 0,25–0,5 0,2 (мокрый)
Нажмите запустить
Моделирование: Рассчитать коэффициенты кинетического и статического трения? Используйте настройки по умолчанию для режима трения для симуляции выше.
коэффициент статического трения решение
Щелкните значок сброса, чтобы убедиться, что симуляция находится на трении по умолчанию.
Установите флажок «Массы».
Медленно увеличивайте силу, пока масса не начнет двигаться.
Это максимальная сила статического трения. У меня 125 Н. $$F_{\mathrm{max}}= \mu_{s}F_{N}$$ $$ F _ {\ mathrm {max}} = \ mu_ {s} мг $ $ $$\frac{F_{\mathrm{max}}}{мг} = \mu_{s}$$ $$\frac{125}{(50)(9.8)} = \mu_{s}$$ $$0,255 = \mu_{s}$$
коэффициент кинетического трения решение
Щелкните значок сброса, чтобы убедиться, что симуляция находится на трении по умолчанию.
Установите флажки «Силы» и «Значения».
Установите прикладываемую силу, достаточную для перемещения ящика.
Вы должны увидеть значение силы трения. (94 Н)
$$F_N = mg$$ $$F_N = (50)(9.8)$$ $$F_N = 490 \, \mathrm{N}$$
$$F_{k}=\mu_{k} F_ {N}$$ $$\frac{F_{k}}{F_{N}}=\mu_{k}$$ $$\frac{94\, \mathrm{N}}{490\, \mathrm{N}}=\mu_{k}$$ $$0,1918 =\mu_{k}$$
мФ НФ сф гΘ
Исследование: По мере увеличения угла наклона неподвижная масса на склоне начнет скользить.
Какие переменные определяют коэффициент статического трения? решение
Направления гравитации не совпадают с направлениями других сил, поэтому мы не можем использовать второй закон Ньютона. Нам нужно разделить вектор гравитации на составляющие, параллельные и перпендикулярные земле.
$$F_{г}=мг$$ FgFg⊥Fg∥
Поскольку ускорение равно нулю, все противоположные силы должны быть одинаковыми.
mFn= мг cos ΘFs= мг sin Θ мг sin Θ мг cos ΘΘ
Это говорит нам о нормальной силе и силе трения покоя.
$$F_N = F_{g\perp}=мг \cos{\theta}$$ $$F_s =F_{g\parallel}= мг\sin{\theta}$$
Для максимального угла, точно в точке, где масса начнет скользить, мы можем использовать уравнение статического трения.
$$F_{\mathrm{s\,max}} = \mu_s F_N$$
Максимальное статическое трение будет равно параллельной составляющей силы тяжести под максимально возможным углом, прежде чем масса начнет скользить.
$$F_{g\parallel} = F_{\mathrm{s\,max}}$$ $$F_{г\параллельно} = \mu_s F_N$$ $$ мг \sin{\theta}= \mu_s мг \cos{\theta}$$ $$ \sin{\theta}= \mu_s \cos{\theta}$$ $$ \frac{\sin{\theta}}{\cos{\theta}}= \mu_s $$ $$ \boxed{\tan{\theta}= \mu_s} $$
Угол, под которым объект начинает скользить, зависит только от коэффициента статического трения, а не от массы или ускорения свободного падения!

Какие переменные определяют коэффициент кинетического трения? решение
Направления гравитации не совпадают с направлениями других сил, поэтому мы не можем использовать второй закон Ньютона. Нам нужно разделить вектор гравитации на составляющие, параллельные и перпендикулярные земле.
$$F_{г}=мг$$ FgFg⊥Fg∥
Ускорение перпендикулярно земле равно нулю. Это означает, что нормальная сила равна составляющей силы тяжести в этом направлении.
ммг cos ΘF кмг sin Θмг cos ΘΘ $$\сумма F = ма$$ $$-F_k + мг \sin{\theta} = ma$$ $$-\mu_kF_N + мг \sin{\theta} = ma$$ $$-\mu_k м г \cos{\theta} + мг \sin{\theta} = ma$$ $$-\mu_k г \cos{\theta} + г \sin{\theta} = a$$ $$-\mu_k g \cos{\theta} = a — g \sin{\theta}$$ $$\mu_k г \cos{\theta} = g \sin{\theta}-a$$ $$ \boxed{\mu_k = \frac{g \sin{\theta}-a}{g \cos{\theta}}}$$
Коэффициент кинетического трения зависит от ускорения тела, ускорения свободного падения и угла наклона.
Трение
Трение
Предположим, вы хотите переместить тяжелый картотечный шкаф, который стоит посреди вашего кабинета, в угол. Вы толкаете на нем, но ничего не происходит. Что здесь происходит?
Вы прикладываете силу, но ускорения нет. Чистая сила должен быть равен нулю.
Какая сила равной величины направлена в направлении, противоположном направление силы, которую вы прикладываете?
Сила трения покоя ( f _s ) отменяет приложенное усилие, когда шкаф в покое, пока вы толкаете его.
Ты давишь сильнее. В конце концов шкаф отрывается и начинает ускорение. Но вы должны продолжать толкать, чтобы он двигался с постоянной скоростью. Когда вы перестаете давить, он быстро замедляется и приходит в покой. Почему?
Во время движения шкафа сила кинетическое трение ( f _k ) противостоит приложенная сила. Когда он движется с постоянной скоростью, оба силы точно отменяют.
Откуда берутся эти силы трения? Силы трения являются межмолекулярными силами. Эти силы действуют между молекулами двух разных поверхностей, находящихся в тесный контакт друг с другом. В микроскопическом масштабе большинство поверхностей грубы. Даже поверхности, которые выглядят идеально гладкими невооруженным глазом показать много выступов и вмятин под микроскопом. Межмолекулярный силы наиболее сильны там, где эти выступы и вмятины смыкаются в результате тесный контакт. Составляющая межмолекулярной силы нормали к поверхностям обеспечивает нормальную силу, которая предотвращает объекты от прохождения друг через друга и компонента, параллельного поверхность отвечает за силу трения.
Предположим, что шкаф стоит на полу. Никто давит на это. Суммарная межмолекулярная сила между молекулы двух разных поверхностей нормальны к поверхности. Сила тяжести, действующая на шкаф (красная стрелка) уравновешивается действующей на него нормальной силой пола (черная стрелка).
Теперь предположим, что вы толкаете шкаф. Шкаф не двигается, но молекулы поверхности смещаются микроскопические количества. Это приводит к чистой межмолекулярной силе, которая имеет касательная к поверхности составляющая (сила трения покоя). Эта тангенциальная составляющая противодействует приложенной силе. Чистая сила на кабинет нулевой. Чем сильнее вы давите, тем больше становится микроскопическое смещение поверхностных молекул и тем больше тангенциальное составляющая чистой межмолекулярной силы.
Если сильно надавить, некоторые выступы на поверхности оторвутся, т. е. часть поверхностных молекул окажется полностью смещены. Горизонтальная составляющая чистой межмолекулярной сила уменьшается и уже не полностью противостоит приложенной силе. Кабинет разгоняется. Но в то время как горизонтальная составляющая уменьшилось, оно не исчезло. Сейчас ее называют силой кинетики. трение. Чтобы шкаф продолжал ускоряться, вы должны толкать его с силой. сила больше по величине, чем сила кинетического трения. Хранить он движется с постоянной скоростью, вы должны толкать его с силой, равной величине силы кинетического трения. Если вы перестанете давить, сила кинетического трения вызовет ускорение в противоположном направлении. направлении скорости, и шкаф замедлится и остановится.
Сила трения действует всегда между двумя поверхностями и противодействует относительному движению двух поверхности.
Максимальная сила трения покоя между двумя поверхностями примерно пропорциональна величине сила, прижимающая две поверхности друг к другу. Пропорциональная постоянная называется коэффициентом статики . трение μ _с . величина силы трения покоя всегда меньше или равно мк _с Н,   Запишем f _с ≤ μ _с Н, где f _с — величина сила трения, а N – величина силы, прижимающей поверхности вместе. Для шкафа и пола N — вес кабинета. Коэффициент статического трения представляет собой число (не единицы). Чем шероховатее поверхность, тем больше коэффициент статическое трение.
Пока приложенная сила имеет величину меньше, чем μ _с Н, сила трения покоя f _с имеет ту же величину, что и приложенная сила, но указывает на противоположное направление.
Величина силы кинетического трения, действующей на объект равен f _k = µ _k N, где µ _k – коэффициент кинетического трения . Для большинства поверхностей, μ _k меньше, чем μ _s .
Это короткий видеоклип иллюстрирует разницу между статическим и кинетическим трение.
Проблема:
Гоночный автомобиль равномерно разгоняется от 0 до 130 км/ч за 8 с. Величина сила, ускоряющая автомобиль, примерно равна величине сила трения между шинами и дорогой. Если шины не крутятся, определить минимальный коэффициент статического трения между шинами и Дорога.
Решение:
Обоснование:
Величина силы, ускоряющей автомобиль, равна F = ma. Мы предполагаем что сила трения покоя f _s имеет одинаковую величину.
f _с = ma = μ _{с (мин)} Н. Нормальная сила равна Н = мг и мк _с(мин) – минимально необходимый коэффициент статической трение.
Детали расчета:
Величина ускорения равна a = (80 миль/ч)/(8 с) = (35,76 м/с)/(8 с) = 4,47 м/с ² .
Величина силы, ускоряющей автомобиль, равна f _с = ma = μ _{с (мин)} N = μ _{с (мин)} мг.
Таким образом, мы имеем a = μ _{с (мин)} г, μ _{с (мин)} = а/г = 4,47/9,8 = 0,46.
Проблема:
Женщина в аэропорту буксирует свой 20-килограммовый чемодан с постоянной скоростью, потянув за лямку под углом θ над горизонтом. Она тянет лямку с силой 35 Н, и сила трения о чемодан 20 Н.
(a) Нарисуйте свободную схему корпуса чемодана.
б) Какой угол образует ремешок с горизонталью?
в) Какая нормальная сила действует на чемодан со стороны земли?
Решение:
Обоснование:
постоянная скорость <--> без ускорения <--> без результирующей силы
X- и y-компоненты всех сил должны в сумме равняться нулю.
Чтобы отслеживать все силы, полезно нарисовать диаграмму свободного тела.
Детали расчета:
(а) См. рисунок справа.
(b) Чемодан движется с постоянной скоростью, результирующая сила, действующая на чемодан ноль.
F _x = 0 подразумевает (35 Н)cosθ = 20 Н, или cosθ = 20/35, θ = cos ^-1 (20/35) = 55,15 ^o .
(в) F _г = 0 подразумевает мг = n + (35 Н)sinθ, (20 кг)(9,8 м/с ² ) = n + (35 Н)0,82,
n = 167,3 Н.
Проблема:
Определите тормозной путь лыжника со скоростью 20 м/с на склоне, который составляет угол θ с горизонтом. Предположим, что μ _к = 0,18 и θ = 5 ^o .
Решение:
Обоснование:
Нарисуйте схему свободного тела.
Составляющая чистой силы, перпендикулярная уклону, должна быть равна нулю.
Нормальная сила должна компенсировать перпендикулярную составляющую силы тяжести.
Следовательно, величина нормальной силы n = mg cosθ.
Величина силы трения пропорциональна нормальной силе, f _k = μ _k мг cosθ.
Компонент чистой силы вниз по склону равен F = mg sinθ — μ _k mg cosθ.
Это векторная сумма силы трения и тангенциальной составляющей сила тяжести.
Ускорение вниз по склону, создаваемое этой результирующей силой, равно F/m = g sinθ. — μ _k g cosθ.
Детали расчета:
мк _к г cosθ = 0,18 (9,8 м/с ² ) cos(5 ^o ) = 1,76 м/с ² .
г sinθ = (9,8 м/с ² ) sin(5 ^o ) = 0,85 м/с ² . a = g sinθ — μ _k g cosθ = -0,91 м/с ²
Ускорение направлено вверх по склону, в направлении, противоположном скорости.
Ускорение постоянно. Теперь мы можем использовать кинематические уравнения для решения для тормозного пути.
Мы есть 0 — v ₀ = -at, t = v ₀ /a = (20/0,91) с = 21,98 с за время заставляет лыжника остановиться.
За это время он проходит расстояние s = v ₀ t — ½at ² . с = 219,8 м.
Ссылка на сайт: Решение задач наклонной плоскости (Youtube)
Проблема:
Предположим, вы едете на машине по шоссе на высокой скорости. Почему следует вы избегаете ударов по тормозам, если хотите остановиться на кратчайшем расстоянии? То есть, почему вы должны держать колеса вращающимися, когда тормозите?
Решение:
Рассуждение
Когда колеса вращаются, трение между поверхностями тормозные колодки и диски или барабаны колес отвечает за замедление автомобиля. Когда колеса заблокированы, трение между шины и дорога замедляют автомобиль. Тормозные колодки предназначены для работа, а коэффициент кинетического трения между тормозными колодками и диск или барабан большой.
Проблема:
Тяжелый ящик в кузове пикапа. Грузовик и коробка ускоряются влево. Каково направление сила трения на коробке?
Решение:
Обоснование:
Коробка ускоряется влево. Единственная сила с горизонтальным составляющая, действующая на коробку, — трение. Направление сила трения на коробке направлена влево. Трение ускоряет коробку влево и предотвращает относительное движение коробки и кровать грузовика. (Без трения грузовик просто отъехал бы из коробки.) Сила трения равной величины, направленная противоположное направление действует на грузовик. Таким образом, грузовик ускоряется по более низкой ставке, чем если бы коробки не было.
Понимание силы трения — физика для старших классов
Все ресурсы по физике для старших классов
6 диагностических тестов 233 практических теста Вопрос дня Карточки Learn by Concept
Справка по физике для старших классов » Силы » Удельные силы » Понимание силы трения
Сьюзен пытается толкнуть ящик по полу. Она заметила, что сила трения между ящиком и полом равна . Что такое коэффициент статического трения?
Возможные ответы:
Нельзя определить
Правильный ответ:
Пояснение:
Уравнение силы трения , где  – коэффициент статического трения.
Нормальная сила равна произведению массы на ускорение под действием силы тяжести, но в противоположном направлении (отрицательное по отношению к силе тяжести).
Поскольку задача говорит нам, что сила трения равна , мы можем подставить эти значения в наше исходное уравнение, чтобы найти коэффициент трения.
Коэффициент трения не имеет единиц измерения.
Сообщить об ошибке
Мэри пытается толкнуть ящик по полу. Она заметила, что коэффициент статического трения между полом и ящиком равен . Какова будет сила трения об ящик?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Пояснение:
Уравнение силы трения , где  – коэффициент статического трения.
Нормальная сила равна произведению массы на ускорение под действием силы тяжести, но в противоположном направлении (отрицательная сила тяжести).
Поскольку задача говорит нам, что коэффициент трения равен , мы можем подставить эти значения в наше исходное уравнение, чтобы найти силу.
Поскольку сила трения движется в направлении, ПРОТИВОПОЛОЖНОМ по отношению к силе, которую приложит Мэри, она должна быть обозначена как отрицательная.

Сообщить об ошибке
Ящик скользит по полу, прежде чем остановиться из исходного положения.
Каков коэффициент кинетического трения об ящик?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Объяснение:
Уравнение для силы трения: , где  – коэффициент кинетического трения. Поскольку на объект действует только одна сила, сила трения, мы можем найти ее значение, используя уравнение. Мы можем приравнять эти два уравнения силы, имея в виду, что . Мы можем найти нормальную силу, но нам нужно найти, чтобы найти.
Задача дает нам массу ящика, но мы должны решить для ускорения.
Начните с определения начальной скорости. Задача дает нам расстояние, конечную скорость и изменение во времени. Мы можем использовать эти значения в приведенном ниже уравнении для определения начальной скорости.
Подставьте полученные значения и решите.
Мы можем использовать уравнение линейного движения, чтобы найти ускорение, используя только что найденную скорость. Теперь у нас есть расстояние, время и начальная скорость.
Подставьте данные значения для определения ускорения.
Теперь, когда у нас есть ускорение и масса, мы можем вернуться к нашему первому уравнению для силы.
Нормальная сила равна произведению массы на гравитацию.
В этом формате массы сокращаются в обеих частях уравнения/
Теперь мы можем подставить наше значение ускорения и силы тяжести, чтобы найти коэффициент трения.

Сообщить об ошибке
Эрин толкает шкаф по полу. Если для этого требуется сила, то каков коэффициент кинетического трения?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Пояснение:
Задача дает нам минимальную силу, необходимую для перемещения шкафа. Это означает, что сила Эрин будет равна силе трения, но будет двигаться в противоположном направлении.
.
Отсюда разверните правую часть, используя формулу кинетического трения и нормальной силы.
Используйте заданные значения силы, массы и ускорения свободного падения, чтобы найти коэффициент трения.
Сообщить об ошибке
Для перемещения блока из состояния покоя требуется сила. Каков коэффициент трения покоя при условии, что на брусок не действуют внешние силы?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Пояснение:
Сила трения о ровную поверхность есть произведение нормальной силы и коэффициента трения:
Нам известна сила, необходимая для перемещения бруска, которая будет равна силе трения , и масса блока. Используйте массу блока для расчета нормальной силы.
Используйте нормальную силу и силу трения, чтобы найти коэффициент трения.

Сообщить об ошибке
Какое из следующих утверждений не может быть верным для объекта на данной поверхности?
Возможные ответы:
Статическое трение:
Кинетическое трение:
Статическое трение:
Кинетическое трение:
Статическое трение:
Кинетическое трение:0010
Статическое трение:
Кинетическое трение:
Статическое трение:
Кинетическое трение:
Правильный ответ:
Статическое трение:
Кинетическое трение10: 900 Пояснение:
Кинетическое трение никогда не превышает статическое трение. Для преодоления статического трения всегда требуется большее усилие, чем для преодоления кинетического трения.