Какова физическая сущность трения: 1.mekhanika (2) — Стр 2

Содержание

Часть II. Определение коэффициента трения скольжения.

При соскальзывании бруска с наклонной плоскости на него действует несколько сил: сила тяжести , сила нормальной реакции опорыи сила трения скольжения(см. рис. 1). Запишем уравнение динамики поступательного движения бруска в проекциях на оси координат:

.

Учитывая, что сила трения скольжения равна где- коэффициент трения скольжения, и решая систему уравнений (1), (2) и (3), получаем

. (3)

Величину ускорения можно найти, измерив пройденный бруском путьи соответствующее время:

(4)

Формула получена при нулевом значении начальной скорости, что соответствует условиям опыта. Подставляя (4) в (3), получаем рабочую формулу для определения коэффициента трения скольжения:

(5)

Методика эксперимента. Бруски закрепляются в верхней точке наклонной плоскости с помощью электромагнита 5, управление которым осуществляется с помощью электронного секундомера СЭ1 (см. рис. 2). Пройденное бруском расстояние измеряется линейкой 6, закрепленной вдоль плоскости. Время соскальзывания бруска измеряется автоматически с помощью датчика 7, выключающего секундомер в момент касания бруском финишной точки.

Задание к работе

  1. Ослабив винт 2 (рис.2), установите плоскость под углом 350 к горизонту, электромагнит при этом должен находиться в нижней части плоскости. Закрепите плоскость в таком положении, зажав винт 2.

  2. Включите секундомер СЭ-1. Убедитесь, что он находится в режиме №1.

  3. Поместите брусок с большей массой (сталь-дерево) на наклонную плоскость в положении деревом вниз, прижмите торец бруска, на который наклеена металлическая пластина, к электромагниту. Убедитесь, что брусок удерживается в этом положении.

  4. Нажмите кнопку «Пуск» секундомера. При этом происходит одновременное отключение электромагнита и включение секундомера. Выключение секундомера происходит автоматически в момент удара бруска по финишному датчику.

  5. Запишите время соскальзывания бруска , пройденный бруском путь, угол наклона плоскости. Вычислите по формуле (5) коэффициент трения скольжения.

  6. Повторите опыт пятикратно. Проведите статистическую обработку результатов. Результаты занесите в таблицу.

  7. Повторите п.п. 3-6, повернув брусок в положение сталью вниз.

  8. Повторите п.п. 3-8 для второго бруска, поместив его дюралью вниз.

  9. Сравните полученные в опыте значения коэффициентов трения скольжения с табличными и с результатами измерения коэффициентов трения покоя.

Примечание

    Контрольные вопросы

    1. Какова цель данной лабораторной работы?

    2. Какова физическая сущность трения? В чем отличие сухого трения от вязкого? Какие виды внешнего (сухого) трения вы знаете?

    3. В чем отличие силы трения скольжения от силы трения покоя?

    4. От чего зависит сила трения покоя? Что такое коэффициент трения покоя?

    5. Дайте определение коэффициента трения скольжения. Чем определяется его величина?

    6. Почему движение бруска по наклонной плоскости в данном эксперименте считается равноускоренным?

    7. Является ли измерение коэффициента трения покоя по формуле (2) прямым?

    Способы уменьшения силы трения. Что такое сила трения

    Способы уменьшения сил трения.

    1. Максимальная величина силы трения покоя заметно уменьшается или может совсем исчезнуть при наличии между поверхностями трущихся тел тонкого слоя вязкой жидкости (смазки). Сила, действующая на твердое тело, движущееся в жидкой среде, со стороны прилегающих к телу слоев жидкости вдоль поверхности тела, называется силой жидкого трения. Опыт показывает, что эта сила зависит от скорости тела относительно среды. При малых скоростях она пропорциональна скорости и выражается формулой

    а по мере возрастания скорости сила жидкого трения растет пропорционально квадрату скорости:

    Коэффициенты и называются коэффициентами трения (или сопротивления). Они зависят от:

    Свойств жидкости, в частности, вязкости и плотности; их величина возрастает с увеличением вязкости;

    Формы и размеров тела; если тела имеют одинаковую геометрическую форму, они возрастают с увеличением наибольшей площади сечения тела в направлении, перпендикулярной скорости, и уменьшаются для тел с одинаковым сечением при приближении их формы к обтекаемой ”каплеобразной’’ форме.

    2. Замена скольжения качением: применение колес, катков, шариковых и роликовых подшипников. Возникающая при этом сила трения называется силой трения качения. Она выражается формулой:

    где R – радиус катящегося тела, – коэффициент трения качения, зависящий от свойств материала соприкасающихся поверхностей и имеющая размерность длины; N – сила нормального давления (как и в предыдущих случаях).

    Семена некоторых растений (горох, каштан, орех) имеют шарообразную форму, поэтому они проявляют силы трения качения при откатывании на более далекие расстояния от материнского растения.

    Контрольные вопросы

    1. Какая система отсчета называется инерциальной? Почему система отсчета, связанная с Землей, строго говоря, неинерциальна?

    2. В чем заключается физический смысл массы? Назовите её свойства.

    3. Что такое сила? Как её можно охарактеризовать?

    4. Является ли первый закон Ньютона следствием второго закона Ньютона? Почему?

    5. Сформулировав три закона Ньютона, покажите, какова взаимосвязь между этими законами?

    6. В чем заключается принцип независимости действия сил?

    7. Назовите и охарактеризуйте виды взаимодействий.

    8. Назовите особенности гравитационных сил?

    9. Какова физическая сущность трения? В чем отличие сухого трения от жидкого?

    10. Что называется механической системой? Какие системы называются замкнутыми? Является ли Вселенная замкнутой системой? Почему?

    11. В чем заключается закон сохранения импульса? В каких системах он выполняется? Почему он является фундаментальным законом природы?

    12. В чем измеряется коэффициент трения качения?

    13. Какова роль силы трения в природе и технике? Ответ обоснуйте конкретными примерами.

    14. В чем роль силы трения при качении тел?

    15. Почему пассажиры любого вида транспорта при внезапной остановке наклоняются вперед, а при резком увеличении скорости движения – назад?

    16. При каком условии пароход, плывущий против течения, будет иметь постоянную скорость?

    17. Почему при выстреле пуля оставляет в стекле небольшое отверстие, а брошенная рукой – разбивает стекло на кусочки?

    18. Канат переброшен через блок, причем часть каната лежит на столе, часть – на полу. После того как канат отпустили, он начал двигаться со временем равномерно. Определите скорость этого движения, если высота стола h.

    19. Если концы деревянной палки положить на два стакана и с силой ударить палку тяжелым предметом посередине, палка переломится, а стаканы останутся целы. Как можно объяснить это явление?

    20. Тело движется по горизонтальной поверхности. Форма траектории – окружность. Как будет изменяться вектор силы трения при движении?

    21. Всегда ли трение скольжения больше трения качения?

    22. Диаметр одного шарика в два раза больше, чем другого. После начального периода ускоренного движения шарики равномерно падают в воздухе. Плотность их одинакова. Сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости и площади поперечного сечения шарика (площадь большого круга). Определите, во сколько раз различаются скорости падения шариков. Выталкивающей силой, действующей в воздухе на шарики, пренебречь.

    23. На гладкую доску положили два кирпича, один плашмя, другой – на ребро. Вес кирпичей одинаков. Какой кирпич начнет сползать первым, если постепенно поднимать один конец доски?

    24. Можно ли уничтожить трение между двумя поверхностями, тщательно их отшлифовав?

    25. На спускающегося парашютиста действует сила земного притяжения, но движется он равномерно. Объясните это.

    26. Масса одного тела меньше другого. Если бы Земля притягивала все тела с одинаковой силой, какое тело упало бы быстрее? Первоначально они находились на одинаковой высоте.

    27. Шарику, который первоначально находился на горизонтальном столе высотой h, сообщили скорость v 0, и он скатился по желобу на землю. Какую форму должен иметь желоб, чтобы при скатывании шарик все время касался желоба, не оказывая на него давления?

    28. Какие часы целесообразно применять во время космических полетов: гиревые с маятником или пружинные? Как определить массу тела в мире невесомости?

    29. Покажите, что второй закон Ньютона для тел, между которыми действуют гравитационные силы, не меняются при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, движущейся со скоростью относительно первой.

    30. Зачем в вертолетах, кроме основного винта – ротора, создающего силу, направленную вверх, устанавливают на хвостовой балке небольшой винт, создающий тягу в направлении, приблизительно перпендикулярном к направлению полета?

    31. Что является более прочным для удержания одного и того же веса – гамак или качели, находящиеся в покое?

    32. Альпинисты переправляются через глубокий овраг, держась руками на натянутую над ними веревку. Что целесообразнее для безопасности – туго натянуть канат или ослабить его? В каком случае канат может скорее оборваться?

    33. Как с помощью небольшой силы, имея трос, вытащить загрузший автомобиль?

    34. В зависимости от угла наклона тело, находящееся на наклонной плоскости, может оставаться в покое, двигаться по ней равномерно или равноускоренно. Каково соотношение между действующими на тело силами во всех трех случаях?

    35. Шнуром, перекинутым через блок, равномерно поднимают груз, натягивая конец шнура горизонтально. Чему равна сила давления на блок? Будет ли она больше (меньше) веса груза или равна ему?

    36. Одно и то же тело взвесили на пружинных весах на экваторе и полюсе. Каковы показания приборов?

    37. Почему скорость поезда на горизонтальном участке пути не возрастает бесконечно, если сила тяги двигателя действует непрерывно?

    38. Тела падают вследствие притяжения Земли. В чем неточность этого выражения?

    39. Как объяснить, что бегущий человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения, а, поскользнувшись, падает в направлении, противоположном направлению своего движения?

    40. Докажите свойство аддитивности массы. Верно ли утверждение о том, что аддитивность и закон сохранения массы вещества – одинаковые понятия?

    Лекция №5. Динамика системы материальных точек

    1. Центр масс системы материальных точек

    На практике не каждое тело может быть представлено как материальная точка. Однако всегда можно ее разделить на достаточно малые части, каждую из которых можно считать материальной точкой.

    Ещё чаще приходится иметь дело не с одним-двумя телами, а с системой тел, взаимодействующих между собой. Изучение движения такой системы – весьма сложная задача, так как в общем случае для описания движения системы нужно знать движение всех её частей. Такое изучение облегчается тем, что у самых различных систем имеются общие свойства. В частности, таким общим свойством является то, что в любой системе можно выделить особую по отношению ко всем другим точкам системы точку, которая называется центром масс системы.

    Рассмотрим две материальные точки А и В с массами и , расположенные в плоскости хОу.

    При этом центр масс необязательно совпадает с какой-либо материальной точкой системы.

    Если положения точек А и В задаются радиусами-векторами и , то положение центра масс определяется радиусом-вектором . Соединим массы и с центром масс точек отрезками и, направленными от точек А и В к центрумасс, как показано на рисунке. Тогда

    Умножим первое уравнение на , а второе на :

    и

    и сложим их: (5.3)

    Но с учетом определения (5.1) и направлений векторов и имеем, что . Тогда из (5.3) получим соотношение:

    или (5.5)

    Формулы (5.4) и (5.5) могут быть обобщены на любое количество материальных точек. При этом радиус-вектор центра масс системы, состоящей из n материальных точек, определяется формулой

    Здесь – масса точки с номером i , – её радиус-вектор, а – полная масса системы точек.

    Из формулы (5.6) следуют формулы для вычисления координат центра масс через координаты и массы точек системы:

    , , (5.7)

    Скорость центра масс системы материальных точек также выражается через массы и скорости отдельных материальных точек системы. Действительно, в силу определения скорости запишем выражение для скорости центра масс в виде:

    (5.8)

    (5.9)

    Так же может быть найдено и выражение для ускорения центра масс системы: , т.е. (5.10)

    Величины представляют собой импульсы отдельных точек, поэтому уравнение (5.9) можно переписать в виде:

    где – импульс системы материальных точек. Таким образом, импульс системы материальных точек равен произведению массы системы на скорость её центра масс.

    Дифференцируя (5.11), находим уравнение движения системы материальных точек в следующем виде:

    Отсюда следует, что центр масс системы движется как материальная точка, масса которой равна суммарной массе всей системы.

    2. Закон сохранения импульса

    Совокупность тел, выделенных для рассмотрения, называется механической системой. Тела системы могут взаимодействовать как между собой, так и с телами, не входящими в систему. В соответствии с этим силы, действующие на тела системы, подразделяются на внутренние и внешние . Внутренними называют силы, с которыми тела системы действуют друг на друга, а внешними – силы, действующие со стороны тел, не принадлежащих системе. Обозначим внутренние силы через , где первый индекс указывает номер частицы, на которую действует сила, второй индекс – номер частицы, воздействием которой обусловлена эта сила. Символом обозначим результирующую всех внешних сил, действующих на i -ую частицу. Согласно третьему закону Ньютона , т.е. . Отсюда следует, что геометрическая сумма всех внутренних сил, действующих в системе, равна нулю.

    Рассмотрим движение механической системы, состоящей из двух материальных точек. Обозначим внутренние силы: через – силу, действующую на первую точку со стороны второй, и – силу, действующую на вторую точку со стороны первой. Сумму внешних сил, действующих на первую и вторую точки, обозначим через и соответственно.

    Движение каждой точки описывается вторым законом Ньютона:

    где – импульсы точек с массами . Сложив эти два уравнения, получим:

    (5.14)

    Согласно третьему закону Ньютона, внутренние силы попарно равны и противоположны, т.е. . Поэтому в формуле (5.14) сумма внутренних сил обращается в нуль. С другой стороны, по определению – импульс системы. Таким образом,

    Легко видеть, что в случае произвольного числа n материальных точек в левой части всегда будет производная полного импульса системы, а в правой части – сумма всех внешних сил. Поэтому в общем случае имеем

    т.е. производная по времени импульса системы материальных точек равна сумме всех внешних сил, действующих на точки системы. Уравнение (5.16) называют за коном изменения импульса системы материальных точек или теоремой о движении центра масс.

    Согласно этой теореме центр масс движется как материальная точка, на которую действует сила, равная геометрической сумме всех внешних сил, действующих на систему. Примером может служить движение снаряда по параболе в безвоздушном пространстве. Если в какой-либо момент времени снаряд разорвется на мелкие осколки, то эти осколки под действием внутренних сил будут разлетаться в разные стороны.Однако центр масс осколков и газов, образовавшихся при взрыве, будет продолжать свое движение по параболической траектории, как если бы никакого взрыва не было.

    Как видно из уравнения (5.16), изменение суммарного импульса определяется равнодействующей всех внешних сил, действующих на систему. В связи с этим рассмотрим ряд важных следствий, вытекающих из уравнения (5.16).

    1. Рассмотрим систему материальных точек, которая не подвергается воздействию внешних сил. Такая система называется замкнутой. В этом случае правая часть уравнения (5.16) в любой момент времени равна нулю. Тогда

    Это значит, что (5.18)

    Уравнение (5.18) называется законом сохранения импульса: полный импульс всех тел замкнутой системы сохраняется во времени.

    Можно также показать, что при выполнении условия (5.17) центр масс замкнутой системы движется равномерно и прямолинейно.

    2.Внешние силы на точки системы действуют, но их сумма равна нулю. В этом случае также выполняется закон сохранения импульса. Например, если тела движутся по гладкой горизонтальной поверхности, то силы тяжести и силы реакции со стороны поверхности, действующие на эти тела и являющиеся внешними, все время равны и противоположны.

    3.Так как уравнение (5.18) векторное, то оно выполняется также для проекций на любое направление. Поэтому, если сумма проекций внешних сил на какое-то направление в любой момент времени равна нулю, то проекция импульса системы на это направление остается постоянной, хотя проекции импульса на другие направления могут при этом изменяться.

    Примерами действия закона сохранения импульса могут служить отдача при стрельбе из огнестрельного оружия, реактивное движение, перемещение осьминогов и т.п.

    Закон сохранения импульса справедлив не только в классической механике, хотя он получен как следствие законов Ньютона. Эксперименты показывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц (они подчиняются законам квантовой механики). Этот закон носит универсальный характер, т.е. закон сохранения импульса – фундаментальный закон природы.

    В природе реактивное движение используется некоторыми живыми организмами. Например, кальмары, спруты, медузы и некоторые двухстворчатые моллюски передвигаются посредством отдачи воды, выбрасываемой ими из особых полостей тела. При этом кальмары развивают большую скорость движения – 70 км/час.

    Своеобразным примером реактивного движения является «бешеный огурец» – растение южного Крыма. Внутри созревшего плода этого растения находится жидкость под повышенным давлением. Оторванный от стебля «бешеный огурец» вырывается из рук и отлетает в сторону за счет отдачи струи жидкости, выбрасываемой из отверстия, образующегося в месте крепления к плодоножке.

    3. Движение тел с переменной массой. Реактивное движение

    Выведем уравнение движения материальной точки с переменной массой на примере движения ракеты. Принцип действия ракеты заключается в следующем. Ракета с большой скоростью выбрасывает вещество (газы), воздействуя на него с огромной силой. Выбрасываемое вещество той же силой, но противоположно направленной, в свою очередь действует на ракету и сообщает ей ускорение в противоположном направлении. Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени.

    Пусть – масса ракеты в произвольный момент времени , а – ее скорость в тот же момент. Количество движения ракеты в этот момент времени будет . Спустя время масса и скорость ракеты получат приращения. Заметим, что величина отрицательна. Количество движения ракеты станет равным .

    Обозначим через массу газов, образовавшихся за время , а через – их скорость. Тогда количество движения газов, образовавшихся за время равно . Из современной формулировки второго закона Ньютона имеем, что

    трение закон скольжение качение

    В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями).

    Влияние смазки заключается в том, что между трущимися поверхностями вводится слой вязкой жидкости, которая заполняет все неровности поверхностей и, прилипая к ним, образует два трущихся слоя жидкости (рис. 15)

    Рис. 15.

    Поэтому вместо трения двух твердых поверхностей при смазке возникает внутреннее трение жидкости, которое значительно меньше внешнего трения двух твердых поверхностей. Применение смазочных масел уменьшает трение в 8-10 раз. Типичный пример значения смазки представляет бег конькобежца на коньках. В результате действия силы со стороны конькобежца на нож конька снег тает и под коньком появляется вода, которая вновь замерзает, после того как пробежал конькобежец и исчезло давление. Однако в механизмах вода для смазки не годится, поскольку вследствие малой вязкости она выдавливалась бы из зазора неровностей между трущимися поверхностями.

    Во всех машинах есть одна общая черта: в любой из них что-нибудь обязательно вращается. И везде есть неразлучная пара — ось и её подпорка — подшипник

    Поскольку силы трения качения значительно меньше сил трения скольжения, то в машинах и механизмах в большинстве случаев подшипники скольжения заменяют подшипниками качения (рис. 16).

    Рис. 16.

    Подшипник состоит из двух колец. Одно из них — внутреннее — плотно насажено на ось и вращается вместе с ней. Другое — наружное кольцо — неподвижно зажато между основанием и крышкой подшипника.

    Эти кольца — обоймы имеют на обращенных друг к другу поверхностях выточенные канавки. Между обойм находятся стальные шарики. При кручении подшипника шарики катятся по канавкам в обоймах.

    Чем лучше отполированы поверхности дорожек и шариков, тем меньше трение. Чтобы шарики не сбегались в одну кучу, их разделяет сепаратор. Сепараторы обычно делаются пластиковые, стальные или бронзовые.

    При вращении в таком подшипнике появляется трение качения. Потери на трение в шариковом подшипнике раз в 20-30 меньше, чем в подшипнике скольжения! Подшипники качения делают не только с шариками, но и с роликами разной формы. Без подшипников качения современная промышленность и транспорт были бы невозможны.

    В настоящее время широко применяется такой способ уменьшения трения при движении транспортных средств, как воздушная подушка.

    Воздушная подушка (рис. 17) — это слой сжатого воздуха под транспортным средством, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Слой сжатого воздуха создаётся вентиляторами. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

    Рис. 17

    Схема работы судна с воздушной подушкой: 1 — маршевые винты; 2 — поток воздуха; 3 — вентилятор; 4 — гибкая перепонка (юбка).

    Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку — слой сжатого воздуха.

    Любое движение тел, так или иначе, сопровождается трением. При любом механическом движении происходит соприкосновение тел между собой. Это явление происходит также в жидкой или газообразной среде. При этом, возникает вопрос, что такое сила трения? Она возникает при любой степени взаимодействия тел между собой и направлена в сторону, противоположную движению. На само движение эта сила оказывает непосредственное влияние.

    Виды силы трения

    Сила трения существует в нескольких видах. В первую очередь, это сухое трение, которое разделяется, как качения и скольжения. Оно образуется, когда твердые тела, движущиеся относительно друг друга соприкасаются между собой.

    Если твердые тела движутся через жидкую или газообразную среду, то появляется вязкое или жидкое трение. То же самое явление происходит, когда твердые тела неподвижны, а жидкости или газы текут мимо них. В том случае, когда при попытке сдвинуть неподвижное тело, к нему прикладывается определенная сила, возникает трение покоя.

    Основная причина, в результате которой появляется сила трения, заключается в неровностях поверхностей, соприкасающихся между собой. Кроме того, на величину в значительной степени влияет взаимное притяжение молекул, возникающее между телами.

    Как уменьшить силу трения

    Для того, чтобы уменьшить силу трения, соприкасающиеся поверхности могут быть отшлифованы. Кроме того, трущиеся места смазываются, а трение скольжения заменяется более эффективным трением качения.

    Выступающие места на одной из поверхностей никогда не совпадают с такими же выступами на другой. Однако, при совершении сжатия, эти выступы деформируются, что приводит к увеличению площади контакта в пропорции с приложенной нагрузкой. Именно эти места неровностей, сопротивляющиеся сдвигу, служат причиной возникновения силы трения. При этом, не следует забывать, что даже на идеально гладких поверхностях, сила трения появится за счет молекулярного притяжения.

    Кроме того, необходимо знать, что это величина, которую можно измерить специальным прибором — динамометром. Если тело движется равномерно, то в этом случае сила тяги, отраженная на динамометре, равна силе трения.

    Единицей измерения силы трения как и любой другой силы, является один ньютон.

    Нередко возникает вопрос, что более эффективно — трение качения или скольжения. Здесь все зависит от конкретных условий. Например, для нормального качения колес, поверхность должна быть твердой, гладкой и не скользкой. И, наоборот, по скользкой поверхности лучше всего скользить. Именно правильный выбор способен дать максимальный эффект.


    Движение по скользкой поверхности Ходить по льду нелегко, т.к. трение, возникающее между поверхностью льда и подошвой обуви, мало. Ходить по льду нелегко, т.к. трение, возникающее между поверхностью льда и подошвой обуви, мало. Как можно облегчить хождение по скользкой поверхности? Как можно облегчить хождение по скользкой поверхности?


    Опорный конспект ПОЛЬЗА ВРЕД ПОЛЬЗА ВРЕД 1. F тр. пок. – «движущая сила» 1. Препятствует движению 2. «тормозящая сила» 2. Изнашивает поверхность УВЕЛИЧИТЬ УМЕНЬШИТЬ УВЕЛИЧИТЬ УМЕНЬШИТЬ а) шероховатость («песок») а) смазка б) «нагрузить» б) подшипники F тр. кач.

    Уменьшение силы трения Во-первых, мы знаем, трение бывает не всегда твердым, хотя именно от него в тысячах ситуаций стремятся избавиться. Например, смазывают детали механизмов и машин, чтобы уменьшить их износ и не терять впустую энергию, уходящую на бесполезный нагрев.


    Уменьшение силы трения Подшипники Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах. Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах.




    Воздушная подушка Суда на воздушной подушке — это аппараты, поддерживающие себя над опорной (земной или водной) поверхностью с помощью воздушной подушки, создаваемой судовыми вентиляторами. В отличие от обычных судов и колесного транспорта суда на воздушной подушке (СВП) не имеют физического контакта с поверхностью, над которой движутся



    Вы никогда не задумывались, почему ваши руки становятся теплыми, когда вы трете их друг о друга, или почему трением двух деревяшек можно добыть огонь? Ответ – трение! Когда два тела перемещаются относительно друг друга, появляется сила трения, препятствующая такому перемещению. Трение может вызвать высвобождение энергии в виде тепла, согревая руки, высекая огонь и так далее. Чем больше трение, тем больше энергии высвобождается, поэтому, увеличив трение между движущимися частями в механической системе, вы получите немало тепла!

    Шаги

    Поверхности трущихся тел

      Когда два тела перемещаются относительно друг друга, могут возникнуть следующие три процесса: неровности на поверхности тел мешают движению тел относительно друг друга; одна или обе поверхности тел могут деформироваться в результате такого перемещения; атомы каждой поверхности могут взаимодействовать друг с другом. Все перечисленные процессы участвуют в возникновении трения. Поэтому для увеличения трения выберите тела с абразивной поверхностью (например, наждачная бумага), с деформируемой поверхностью (например, резиновой) или с поверхностью, имеющей адгезивные свойства (например, липкую).

      Сильнее прижмите тела друг к другу, чтобы увеличить трение, так как сила трения пропорциональна силе, действующей на трущееся тела (силе, направленной перпендикулярно направлению перемещения тел относительно друг друга).

      Если одно тело находится в движении, остановите его. До сих пор мы рассматривали трение скольжения, возникающее при перемещении тел относительно друг друга. Трение скольжения намного меньше трения покоя, то есть силы, которую необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение. Поэтому труднее сдвинуть с места тяжелый предмет, чем управлять им, когда он уже движется.

    • Проведите простой эксперимент, чтобы понять разницу между трением скольжения и трением покоя. Поставьте стул на гладкий пол (не на ковер). Убедитесь, что на ножках стула нет резиновых или других накладок, препятствующих его скольжению. Толкните стул, чтобы передвинуть его. Вы заметите, что как только стул пришел в движение, вам стало легче толкать его, потому что трение скольжения между стулом и полом меньше трения покоя.
  1. Избавьтесь от смазки между двумя поверхностями, чтобы увеличить трение. Смазочные материалы (масла, вазелин и так далее) значительно уменьшают силу трения между трущимися телами, потому что коэффициент трения между твердыми телами значительно выше коэффициента трения между твердым телом и жидкостью.

    • Проведите простой эксперимент. Потрите сухие руки друг о друга, и вы заметите, что их температура повысилась (они согрелись). Теперь намочите руки и потрите их еще раз. Теперь вам не только легче тереть руки друг о друга, но и нагреваются они меньше (или медленнее).
  2. Избавьтесь от подшипников, колес и других катящихся тел, чтобы избавиться от трения качения и получить трение скольжения, которое намного больше первого (поэтому катить одно тело относительно другого проще, чем толкать/тянуть его).

    • Например, представьте, что вы положили тела одинаковой массы в сани и на колесную тележку. Тележку с колесами намного легче передвигать (трение качения), чем сани (трение скольжения).
  3. Увеличьте вязкость жидкости, чтобы увеличить силу трения. Трение имеет место не только при перемещении твердых тел, но и в жидкостях и газах (вода и воздух, соответственно). Трение между жидкостью и твердым телом зависит от нескольких факторов, например, вязкости жидкости – чем больше вязкость жидкости, тем больше сила трения.

    Лобовое сопротивление

    1. Увеличьте площадь поверхности тела. Как отмечалось выше, при движении твердых тел в жидкостях и газах также возникает сила трения. Сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах, называется лобовым сопротивлением (иногда его называют сопротивлением воздуха или сопротивлением воды). Лобовое сопротивление больше при увеличении площади поверхности тела, которая направлена перпендикулярно направлению движения тела сквозь жидкость или газ.

      • Например, возьмите дробинку массой 1 г и лист бумаги той же массы и одновременно отпустите их. Дробинка сразу же упадет на пол, а лист бумаги будет медленно опускаться вниз. Тут как раз виден принцип лобового сопротивления – площадь поверхности бумаги намного больше, чем у дробинки, поэтому сопротивление воздуха больше и бумага падает на пол медленнее.
    2. Используйте форму тела с большим коэффициентом лобового сопротивления. По площади поверхности тела, направленной перпендикулярно движению, можно судить о лобовом сопротивлении только в общих чертах. Тела различной формы взаимодействуют с жидкостями и газами по-разному (при движении тел сквозь газ или жидкость). Например, круглая плоская пластина имеет большее лобовое сопротивление, чем круглая шарообразная пластина. Величина, характеризующая лобовое сопротивление тел различной формы, называется коэффициентом лобового сопротивления.

      Используйте тела менее обтекаемой формы. Как правило, большие тела кубической формы имеют высокое лобовое сопротивление. Такие тела имеют прямоугольные углы и не сужаются к концу. С другой стороны, тела обтекаемой формы имеют закругленные края и обычно сужаются к концу.

    3. Используйте тела без сквозных отверстий. Любое сквозное отверстие в теле уменьшает лобовое сопротивление, так как позволяет воздуху или воде течь сквозь такое отверстие (благодаря отверстиям уменьшается площадь поверхности тела, перпендикулярная движению). Чем больше сквозные отверстия, тем меньше лобовое сопротивление. Вот почему парашюты, которые предназначены для создания большого лобового сопротивления (чтобы замедлить скорость падения), сделаны из прочного, легкого шелка или нейлона, а не из марли.

      • Например, вы сможете увеличить скорость движения ракетки для пинг-понга, если просверлите в ней несколько отверстий (чтобы уменьшить площадь поверхности ракетки и соответственно уменьшить лобовое сопротивление).
    4. Увеличьте скорость тела, чтобы повысить лобовое сопротивление (это верно для тел любой формы и сделанных из любого материала). Чем выше скорость объекта, тем сквозь больший объем жидкости или газа оно должно пройти и тем больше лобовое сопротивление. Тела, движущиеся на очень высоких скоростях, испытывают огромное лобовое сопротивление, поэтому они должны быть обтекаемыми; в противном случае сила сопротивления разрушит их.

      • Например, рассмотрим Lockheed SR-71 – экспериментальный самолет-разведчик, построенный во времена холодной войны. Этот самолет мог летать с высокой скоростью М = 3,2 и, несмотря на его обтекаемую форму, испытывал огромное лобовое сопротивление (такое большое, что металл, из которого был сделан фюзеляж самолета, расширялся при нагревании, возникающем при трении).
      • Не забывайте, что при трении высвобождается много энергии в виде тепла. Например, не прикасайтесь к тормозным колодкам автомобиля непосредственно после торможения!
      • Имейте в виду, что высокие силы сопротивления могут привести к разрушению тела, движущегося в жидкости. Например, если во время прогулки на катере вы положите в воду кусок фанеры (так, чтобы ее поверхность была направлена перпендикулярно движению катера), то, скорее всего, фанера сломается.
  4. Динамика МТ

    Динамика МТ

    1. Какая система отсчета называется инерциальной? Почему система отсчета, связанная с землей, строго говоря, неинерциальна?

    .Инерциальной системой отсчета является такая система отсчета, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.Первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчета. при не очень точных расчетах можно пренебречь неинерциальностью систем отсчета, связанных с поверхностью Земли, а также отличием формы Земли от сферической, и считать, что ускорение свободного падения в любом месте Земли одинаково и равно .

    2. Что такое сила? Как ее можно охарактеризовать?

    Си́ла — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций и напряжений[1][2].

    Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы.

    3. Является ли первый закон Ньютона следствием второго закона? Почему?

    Нельзя рассматривать частный случай (при ) второго закона как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование ИСО, а второй формулируется уже в ИСО. Первый закон Ньютона утверждает,что существуют инерциальные системы отсчета,и позволяет их находить. Второй закон Ньютона выводит формулу силы,действующей на тело -произведение массы этого тела на ускорение,сообщаемой этой силой

    4. В чем заключается принцип независимости действия сил?

    Принцип независимости действия сил: если на материальную точку одновременно действует несколько сил, то каждая из них сообщает точке ускорение, определяемое вторым законом Ньютона так, как если бы других сил не было. [1] Принцип независимости действия сил формулируется так: при одновременном действии на материальную точку нескольких сил ее ускорение равно векторной сумме ускорений, которые эта точка получила бы от каждой силы в отдельности. [4]

     

    5. Какова физическая сущность трения? В чем отличие сухого трения от жидкого? Какие виды внешнего (сухого ) трения Вы знаете?

    Основными физическими сущностями трения являются сопротивление и противодействие. Тре́ние — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. Сухое трение возникает между поверхностями твердых тел в отсутствие смазки.

    Жидким (вязким) называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями.

    Сухое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

     

    6. Что называется механической системой? Какие системы являются замкнутыми? Является ли Вселенная замкнутой системой?



    Совокупность множества матеpиальных частиц обpазуют систему матеpиальных точек. Если система матеpиальных частиц такова, что движение каждой ее точки зависит от положения остальных точек, то она называется механической системой матеpиальных точек. ЗАМКНУТАЯ (ЗАКРЫТАЯ) СИСТЕМА [closed system] — система, изолированная от внешней среды. Такая изоляция весьма условна в силу всеобщей взаимосвязанности процессов природы и общества, но в ряде случаев принимается, что данная система настолько слабо связана с окружающей ее средой, что этим можно пренебречь. Следовательно, при рассмотрении системы можно принять, что входы и выходы у нее отсутствуют либо их состояния неизменны во времени. Итак, с точки зрения классической термодинамики можно рассматривать Вселенную как замкнутую термодинамическую систему, то есть систему, которая не обменивается энергией с другими системами. Поскольку единственная по-настоящему замкнутая система – это вся Вселенная, наиболее общая формулировка закона сохранения момента может выглядеть так: «Общий момент Вселенной постоянен». По существу, он никогда не меняется на протяжении вечности. Не имеет значения, какие происходят или могут произойти изменения, при этом общий момент не меняется

    7. В чем заключается закон сохранения импульса? В каких системах он выполняется? Почему он является фундаментальным законом природы

    Зако́н сохране́ния и́мпульса(Зако́н сохране́ния количества движения) утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) системы есть величина постоянная, если векторная сумма внешних сил, действующих на систему, равна нулю.

    Векторная величина

    численно равная произведению массы материальной точки на ее скорость и имеющая направление скорости, называется импульсом (количеством движения) этой материаль­ной точки.

    Выполняется в инерциальных системах отсчета.

    Закон сохранения импульса справедлив не только в классической механике; он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, т.е. действует и в квантовой механике. Другими словами, этот закон носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.

    8. Что называется центром масс системы материальных точек? Как движется центр масс замкнутой системы?

    Центром масс (или центром инерции) системы материальных точек называется воображаемая точка С,положение которой характеризует распределение массы этой системы. в изолированной механической системе центр масс находится в покое или движется равномерно и прямолинейно.

     

    центр масс системы движется как материальная точка, в которой сосредоточена масса всей системы и на которую действует сила, равная геометрической сумме всех внешних сил, приложенных к системе. В соответствии с (9.2) из закона сохранения импульса вытекает, что центр масс замкнутой системы либо движется прямолинейно и равномерно, либо остается непо­движным


    Дата добавления: 2015-08-09; просмотров: 627 | Нарушение авторских прав


     

     


    mybiblioteka.su — 2015-2022 год. (0.049 сек.)

    Тема 4. Динамика материальной точки. (2 ч.)

    Законы динамики Ньютона. Импульс материальной точки. Движение в неинерциальных системах отсчета. Силы инерции.

     

    Вопросы для самопроверки:

    1. Что изучает динамика?

    2. Что такое инертность?

    3. Что такое масса?

    4. Дайте определение импульса.

    5. Сформулируйте свойство аддитивности импульса.

    6. Что такое сила?

    7. Сформулируйте принцип суперпозиции сил.

    8. Что такое взаимодействие?

    9. Сформулируйте первый закон Ньютона.

    10. Сформулируйте второй закон Ньютона.

    11. Сформулируйте третий закон Ньютона.

    Задачи для решения на занятии:

    1. Автомобиль массой 1200кг останавливается при торможении за 5с, пройдя при этом равнозамедленно расстояние 25м. Найти начальную скорость автомобиля и силу торможения.

    2. Под действием постоянной силы F=9,81Н тело движется прямолинейно так, что зависимость пройденного телом пути от времени дается уравнением s =A – Bt + Ct2 найти массу тела, если C=1м/с2.

    3. Наклонная плоскость, образующая угол 25˚ с плоскостью горизонта, имеет длину 2м. Тело, двигаясь равноускоренно, соскользнуло с этой плоскости за 2с. Определить коэффициент трения тела о плоскость.

    4. На автомобиль массой 1т во время движения действует сила трения, равная 0,1 его силы тяжести. Найти силу тяги, развиваемую мотором автомобиля, если автомобиль движется с постоянной скоростью в гору с уклоном 1м на каждые 25м пути.

    5. Через невесомый блок, как показано на рисунке 3, перекинута нить с грузами m1=1кг , m2=3.1кг, m3=2кг. Определить ускорение и натяжение в точке А.

    6. Организм человека сравнительно легко может переносить четырехкратное увеличение своего веса. Какое максимальное ускорение можно придать космическому кораблю, чтобы не превышать этой нагрузки на организм космонавта? Ускорение определить для случаев: вертикального взлета с Земли, вертикального спуска, движения по горизонтали и полета вне поля тяготения.

    7. При прыжке в высоту с места происходит одновременное сгибание ног в коленях и тазобедренных суставах. В связи с этим центр тяжести прыгуна снижается, а при выпрямлении тела повышается приблизительно на 35см. Определить среднюю величину мышечного усилия и ускорение, с которым движется центр тяжести прыгуна в фазе отталкивания, если время толчка 0,1с, а масса прыгуна 70кг.

    Домашнее задание:

    1. Вагон массой 20т движется с постоянным отрицательным ускорением 0,3м/с2. Начальная скорость вагона равна 54км/ч. Какая сила торможения действует на вагон? Через сколько времени вагон остановится?

    2. Определить, через какой промежуток времени шофер среагировал на внезапно появившееся в 30м от автомобиля препятствие, если известно, что машина, двигавшаяся по горизонтальной дороге со скоростью 54км/ч, остановилась в 2м от препятствия. Коэффициент трения шин автомобиля о дорогу равен 0,5.

    3. Тело скользит по наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 45°. Пройдя расстояние 36,4см, тело приобретает скорость v=2м/с. Чему равен коэффициент трения тела о плоскость?

    4. На автомобиль массой 1т во время движения действует сила трения, равная 0,1 его силы тяжести. Чему должна быть равна сила тяги, развиваемая мотором автомобиля, чтобы автомобиль двигался: 1) равномерно; 2) с ускорением 2м/с2?

    5. На столе стоит тележка массой 4кг. К тележке привязан один конец шнура, перекинутого через блок. С каким ускорением будет двигаться тележка, если к другому концу шнура привязать гирю массой 1кг?

    6. Две гири с массами 4кг и 5кг соединены нитью и перекинуты через невесомый блок. Найти: 1) натяжение нити; 2) ускорение, с которым движутся гири. Трением в блоке пренебречь.

    7. Определить натяжение в точке А в сцепке из двух тел массами по 3кг (рис.4), движущимися по горизонтальной поверхности с трением под действием силы 15Н. Коэффициент трения 0,1. С каким ускорением движется система?

     

     

    Тема 5. Силы в механике. (2 ч.)

    Виды взаимодействий. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести, вес тела. Силы упругости. Закон Гука. Сила трения.

     

    Вопросы для самопроверки:

    1. Как определяется гравитационная постоянная и каков ее физический смысл?

    2. Что такое вес тела? В чем отличие веса тела от силы тяжести?

    3. Невесомость и перегрузки.

    4. Космические скорости.

    5. Какие траектории движения имеют спутники, получившие первую и вторую космические скоро­сти?

    6. Какова физическая сущность трения?

    7. Виды трения.

    8. Упругие силы.

    Задачи для решения на занятии:

    1. Центры масс двух одинаковых однородных шаров находятся на расстоянии r=1м друг от друга. Масса m каждого шара равна 1кг. Определить силу F гравитационного взаимодействия шаров.

    2. Радиус Земли в n=3,66 раза больше радиуса Луны; средняя плотность Земли в k=1,66 раза больше средней плотности Луны. Определить ускорение свободного падения gЛ на поверхности Луны, если на поверхности Земли ускорение свободного падения g считать известным.

    3. Период Т вращения искусственного спутника Земли равен 2ч. Считая орбиту спутника круговой, найти, на какой высоте А над поверхностью Земли движется спутник.

    4. К проволоке диаметром d=2 мм подвешен груз массой m=1кг. Определить напряжение s, возникшее в проволоке.

    5. Верхний конец свинцовой проволоки диаметром d=2см и длиной l=60м закреплен неподвижно. К нижнему концу подве­шен груз массой m=100кг. Найти напряжение s материала: 1) у нижнего конца; 2) на середине длины; 3) у верхнего конца прово­локи.

    6. Проволока длиной l=2м и диаметром d=lмм натянута практически горизонтально. Когда к середине проволоки подвесили груз массой m=1кг, проволока растянулась настолько, что точка подвеса опустилась на h=4см. Определить модуль Юнга Е мате­риала проволоки.

    7. Определить жесткость k системы двух пружин при после­довательном и параллельном их соединении. Жесткость пружин k1=2кН/м и k2=6кН/м.

    Домашнее задание:

    1. Как велика сила F взаимного притяжения двух космических кораблей массой m=10т каждый, если они сблизятся до расстояния r=100м?

    2. Радиус R малой планеты равен 250км, средняя плотность ρ=3г/см3. Определить ускорение свободного падения g на поверх­ности планеты.

    3. Масса Земли в n=81,6 раза больше массы Луны. Расстояние l между центрами масс Земли и Луны равно 60,3R (R — радиус Земли). На каком расстоянии r (в единицах R) от центра Земли на­ходится точка, в которой суммарная сила гравитацион­ного поля Земли и Луны равна нулю?

    4. Искусственный спутник обращается вокруг Земли по ок­ружности на высоте h=3,6Мм. Определить линейную скорость v спутника. Радиус R Земли и ускорение свободного падения g на поверхности Земли считать известными.

    5. Какой наибольший груз может выдержать стальная прово­лока диаметром d=1мм, не выходя за предел упругости σупр=294МПа? Какую долю первоначальной длины составляет удлине­ние проволоки при этом грузе?

    6. Две пружины жесткостью k1=0,3кН/м и k2=0,8кН/м соединены последовательно. Определить абсолютную деформацию x1 первой пружины, если вторая деформирована на x2=1,5см.

     

    3.3 Внутреннее трение

    Явление внутреннего трения с макроскопической точки зрения связано с возникновением сил трения между слоями газа или жидкости, перемещающимися параллельно друг другу с различными по величине скоростями. Со стороны слоя, движущегося быстрее, на более медленно движущийся слой действует ускоряющая сила. Наоборот, медленно перемещающийся слой тормозит более быстро движущиеся слои газа. Силы трения, которые при этом возникают, направлены по касательной к поверхности соприкосновения слоев.

    Рассмотрим известный опыт Ньютона. Пусть имеются две параллельные пластинки (рис. 1), между которыми находится газ (жидкость).


    рис. 1

    Расстояние между пластинками h. Нижнюю пластинку будем удерживать неподвижно, верхнюю заставим двигаться в одном и том же направлении в своей плоскости с постоянной скоростью u0.

    Слой газа, непосредственно прилегающий к верхней пластинке, будет иметь ту же скорость u0, что и пластинка, слой же газа, прилегающий к нижней пластинке, находится в покое. Как показывает опыт, любой промежуточный слой движется со скоростью u, пропорциональной расстоянию x от неподвижной пластинки, т. е.


    (3.3.1)

    Постоянная a определяется из условия, что при x = h u = u0, т. е. u0 = ah. Откуда a = u0/h. Тогда выражение (3.3.1) примет вид


    (3.3.2)

    Таким образом, к верхней пластинке приложена сила F1, лежащая в ее плоскости и имеющая то же направление, что и направление движения пластинки. Так как пластинка движется с постоянной скоростью u0, то на пластинку должна действовать такая же по величине, но противоположно направленная сила F со стороны газа, которую назовем силой вязкого трения.

    Из опыта следует, что абсолютная величина силы F1 пропорциональна скорости u0, с которой мы двигаем пластинку, и площади пластины, т. е.


    (3.3.3)

    где – постоянный коэффициент пропорциональности, который называют коэффициентом вязкого трения. Учитывая, что сила вязкого трения , равенство (3.3.3) перепишем в виде


    (3.3.4)

    Так как из (3.3.2) следует, что , то последнее выражение можно представить так:


    (3.3.5)

    Это закон внутреннего вязкого трения Ньютона, который установил его экспериментально. Закон утверждает: при стационарном (ламинарном) движении слоев жидкости или газа с различными скоростями между ними возникают касательные силы, пропорциональные градиенту скорости слоев и площади их соприкосновения. Физический смысл коэффициента вязкости заключается в том, что он численно равен силе, действующей на единицу площади поверхности, параллельной скорости течения газа или жидкости, при градиенте скорости .

    Согласно второму закону Ньютона, , где K – импульс элементарной массы слоя газа. Поэтому (3.3.5) можно представить в виде бесконечно малых:


    (3.3.6)

    Пусть изменение скорости движения газа или жидкости происходит в направлении оси X, а сама скорость течения направлена перпендикулярно этой оси (рис. 2).


    рис. 2

    Тогда закон Ньютона (3.3.6) утверждает: импульс, переносимый за время dt через площадку dS, перпендикулярной оси X, пропорционален времени dt, величине площадки dS и градиенту скорости . Знак “минус” означает, что импульс переносится в направлении уменьшения скорости слоя.

    С молекулярно-кинетической точки зрения причиной внутреннего трения является наложение упорядоченного движения слоев газа с различными гидродинамическими скоростями u и хаотического теплового движения молекул. В результате теплового движения, молекулы из более быстрого слоя переносят с собой больший упорядоченный импульс и, сталкиваясь, передают его молекулам более медленно движущегося слоя, вследствие чего он увеличивает скорость. Наоборот, при переходе молекул из медленно движущегося слоя в более быстрый слой, они приносят в него меньший упорядоченный импульс, что приводит к уменьшению упорядоченной скорости этого слоя. Увеличение или уменьшение гидродинамической скорости слоя газа, согласно второму закону динамики, свидетельствует о наличии силы внутреннего трения, действующей между слоями. Следовательно, за счет теплового хаотического движения скорости слоев будут выравниваться, если, конечно, внешними силами не поддерживать разности скоростей слоев.

    Таким образом, с точки зрения молекулярно-кинетической теории в процесс внутреннего трения каждая молекула переносит упорядоченный импульс , вызывая тем самым изменение импульса слоя. Подставляя в общее уравнение переноса (4.4.7) и , получим:


    (3.3.7)

    Сравнивая последнее соотношение с (3.3.6), получим формулу для коэффициента вязкости газов:


    (3.3.8)

    Из формулы (3.3.8) видно, что коэффициент вязкости газов, как и коэффициент теплопроводности, не зависит от давления. Опыт подтверждает этот вывод. Отклонения наблюдаются при очень низких и очень высоких давлениях, когда начинает зависеть от давления. Зависимость от температуры такая же, как для коэффициента теплопроводности.

    Наиболее точные методы измерения коэффициента вязкости основаны на формуле Пуазейля:


    (3.3.9)

    где V – объем газа, протекшего за время t через капилляр радиуса r и длины l при разности давлений на его концах. Измерив в опыте все указанные величины, из формулы Пуазейля находят коэффициент вязкости .

    Учебное пособие к решению задач по физике для иностранных студентов Часть І



    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И
    СПОРТА УКРАИНЫ

    ПОЛТАВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ
    ИМЕНИ ЮРИЯ КОНДРАТЮКА

    КАФЕДРА ФІЗИКИ

    Учебное пособие
    к решению задач по физике

    для иностранных студентов
    Часть І


    Полтава – 2011

    Навчальний посібник до розв’язання задач з фізики для іноземних студентів. Частина I / Полтава: Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, 2011. – 49 с. – рос. мовою.

    Навчальний посібник призначений для методичного забезпечення аудиторної і самостійної роботи з фізики іноземних студентів інженерно-технічних спеціальностей ПолтНТУ та містить задачі, домашні завдання у вигляді завдань, питання для самоперевірки, перелік завдань до кожного розділу курсу загальної фізики.

    Укладачі: Л.О. Черненко, кандидат хімічних наук, доцент кафедри фізики, Р.І. Шматкова, кандидат технічних наук, доцент кафедри фізики

    Відповідальний за випуск: завідувач кафедри фізики, д.х.н., проф. В.В. Соловйов

    Рецензент: А. М. Матвієнко, кандидат технічних наук, доцент кафедри обладнання нафтових і газових промислів Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка

    Затверджено Вченою радою університету

    Протокол № 7 від 30 грудня 2010 р.

    Авторська редакція
    СОДЕРЖАНИЕ


    g 49


    1.
    Физика, наряду с другими естественными науками, изучает объективные свойства окружающего нас материального мира. Физика исследует наиболее общие формы движения материи. Простейшей и наиболее общей формой движения является механическое движение. Механическим движением называется процесс изменения взаимного расположения тел или их частей в пространстве с течением времени.

    Классическая механика изучает движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света в вакууме. Законы классической механики были сформулированы И. Ньютоном в 1687 году, но не утратили своего значения в наши дни. Движение частиц со скоростями порядка скорости света рассматривается в релятивистской механике, основанной на специальной теории относительности, а движения микрочастиц изучается в квантовой механике. Поэтому законы классической механики имеют определенные границы применения.

    Механика включает в себя три раздела: кинематику, динамику и статику. В разделе кинематика рассматриваются такие кинематические характеристики движения, как перемещение, скорость и ускорение. Здесь необходимо использовать аппарат дифференциального и интегрального исчисления.

    В основе классической динамики лежат три закона Ньютона. Здесь необходимо обратить внимание на векторный характер действующих на тела сил, входящих в эти законы.

    Динамика охватывает такие вопросы, как закон сохранения импульса, закон сохранения полной механической энергии, работа силы.

    При изучении кинематики и динамики вращательного движения следует обратить внимание на связь между угловыми и линейными характеристиками. Здесь вводятся понятия момента силы, момента инерции, момента импульса и рассматривается закон сохранения момента импульса.

    При изучении раздела «Колебания и волны» следует иметь в виду, что колебания различной физической природы описываются с единых математических позиций. Здесь надо четко уяснить такие понятия, как гармоническое колебание, фаза, разность фаз, амплитуда, частота, период колебаний.

    Важно представлять себе, что периодические процессы иной формы, чем гармонические, могут быть представлены в виде суперпозиции гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и начальными фазами.

    Надо иметь в виду, что во всякой реальной колебательной системе есть сопротивление среды, что ведет к диссипации энергии, поэтому колебания будут затухающими. Для характеристики затухания колебаний вводится коэффициент затухания, логарифмический декремент и добротность.

    Если колебания совершаются под действием внешней, периодически изменяющейся силы, то такие колебания называют вынужденными. Они будут незатухающими. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от частоты вынуждающей силы и параметров системы. При приближении частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Это явление называется механическим резонансом.

    При изучении темы «Волны» следует обратить внимание на картину мгновенного распределения смещений и скоростей частиц среды в бегущей волне. Здесь вводится понятие длины волны, скорости распространения волны, волнового числа.

    Физическая сущность и основные закономерности процесса

        Хроматографический метод вначале применялся главным образом для разделения веществ в жидкой фазе. Только позднее были разработаны способы анализа газовых смесей, однако принципиально не отличающиеся от способов жидкостной хроматографии, и общие закономерности адсорбции и физическая сущность процессов разделения остаются те же. Сущность хроматографического метода хорошо выражена в его основном законе любая жидкость или газообразная смесь веществ разделяется в процессе движения ее через слой адсорбента, если существуют различия в сорбционном взаимодействии между компонентами смеси и сорбентом . [c.191]
        ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА [c.195]

        Теоретические исследования можно выполнять аналитическими или численными методами-, при этом предполагают, что возможен вывод основных уравнений (в дифференциальной или другой форме), описывающих физическую сущность процесса. Если удается дать полное аналитическое решение задачи, то результатом его является раскрытие количественных закономерностей, определяющих изучаемый процесс. Однако во многих случаях аналитические методы нельзя использовать из-за большой математической сложности [c.12]

        Эвристические методы синтеза. Идея методов состоит в том, что в результате предварительного анализа технологической схемы формируется набор правил, отображающих накопленный опыт работы с аналогичными производствами и учитывающих общие закономерности протекания процесса. Наряду с эвристиками, вытекающими из физической сущности процесса, сюда могут включаться и интуитивные предположения по организации оптимальных схем. Основная причина применения эвристических правил состоит не в их высокой эффективности, а лишь в способности уменьшения количества анализируемых вариантов схем априори. Отсутствие теоретической обоснованности отдельных правил, их противоречивость и отсутствие связи с отдельными свойствами разделяемой смеси может помешать получению оптимального решения. [c.472]

        При характеристике основных процессов приводится область их использования особое внимание обращается на физическую сущность, условия протекания, основные параметры и закономерности процессов. Дается описание устройства, принципа и особенностей работы аппаратов, приведены их основные размеры, рабочие характеристики. [c.5]

        Второе направление в химической кибернетике, определяющее исходные позиции при составлении математического описания, базируется на изучении физической сущности и анализе механизма процесса, наличии сведений о физической природе моделируемого объекта и известных основных теоретических закономерностях протекающего в нем процесса. При этом в состав математического описания вводятся зависимости, связывающие параметры, характеризующие изучаемый объект, в единую систему уравнений. Среди таких соотношений могут быть выражения, отражающие фун- [c.52]

        Что такое ЯМР Какова физическая сущность явления Каковы основные количественные закономерности процессов, происходящих в образце, помещенном в постоянное магнитное поле и подвергнутом действию магнитного поля резонансной частоты  [c.7]


        В то же время представляет безусловный практический интерес качественный анализ основных особенностей и закономерностей движения пенного слоя, который можно провести исходя из условия его стационарности. Правомерность использования условия стационарности вытекает из приведенной выше физической сущности процесса, из которой ясно, что с течением времени движете пены в любой точке поверхности распространения устанавливается, неограниченно приближаясь к стационарному движению. При этом чем меньше время установления течения, тем в большей степени результаты анализа будут соответствовать фактическим параметрам процесса распространения пены. [c.31]

        Химия древесины и полимеров как наука изучает 1) основы физики и химии высокомолекулярных соединений, в том числе способы получения полимеров, особенности химического строения их молекул, физической структуры, химических превращений и поведения в растворах 2) основные классы синтетических полимеров, в том числе способы получения, свойства и применение основных их представителей 3) строение и свойства основных компонентов древесины на основе общих закономерностей химии полимеров 4) сущность процессов химической переработки древесины и ее отдельных компонентов. [c.5]

        Книга профессора Варшавского политехнического института Януша Циборовского Химическое инженерное дело , 2-е издание которой вышло в Польской Народной Республике в 1955 г., занимает особое место среди учебных руководств по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Основное внимание уделено здесь глубокому изучению физической и физико-химической сущности типовых процессов химической технологии, выяснению закономерностей их развития и определению влияния различных факторов на ход процесса. [c.942]

        Из этой, на первый взгляд, внешней аналогии между процессами рассеяния импульса в турбулентных струях и теплопроводности (или диффузии) следует в принципе возможность, при соответствующих условиях, совмещения относительных кривых распределения, т. е. в конечном счете использования результатов решения одной задачи (теплопроводности) для расчета закономерностей, присущих другой (распространению турбулентных струй). Основным здесь является то, что решение этих разных в сущности физических задач (относящихся, однако, к одному типу процесса — выравниванию начальной неравномерности путем переноса тех или иных субстанций) сопряжено с преодолением качественно различных математических трудностей. В то время как задача о струе относится к числу нелинейных (к тому же выражения для турбулентного трения в уравнениях свободного пограничного слоя в общем случае неизвестны), задача об охлаждении линейна и методы ее решения хорошо разработаны. [c.28]

        Осуществление безрециклового метода грануляции продуктов в кипящем слое требует подбора определенного технологического режима, при котором возможно обеспечить непрерывный процесс. Для этого необходимо детальное исследование физической сущности и основных закономерностей процесса образования гранул при обезвоживании растворов в кипящем слое. [c.73]

        Теоретические исследования можно выполнять аналитическими или численными методами при этом предполагают, что возможен вывод основных уравнений (в дифференциальной или другой форме), описывающих физическую сущность процесса. Если удается дать полное аналитическое решение задачи, то результатом его является раскрытие количественных закономерностей, определяющих изучаемый процесс. Однако во многих случаях аналитические методы нельзя использовать нз-за большой математической сложности задач введение допущений, упрощающих их решение, приводит к неточным или неправильным результатам. В подобных случаях можно применять числепг[ые методы, позволяющие получать решения с любой заданной точностью однако, давая конкретные количественные соотношения в заданной области, эти решения не отражают общей картины явления. [c.12]

        Создание единой для большого числа процессов и аппаратов математической модели, отражающей физическую сущность явления, невозможно без выявления истинных закономерностей осуществляемых физико-химических превращений. Вместо подгонки диффузионных моделей с эффективными, т. е. дающими похожий на конечный результат ответ, коэффициентами под единичные эксперименты, надо направить усилия на изучение определяющих этот комплексный ответ отдельных факторов, таких как структура слоя катализатора, глобальная и локальная гидродинамика смеси, тепло- и массоперенос, кинетика гетерогенных химических реакций. Основу этого изучения по каждому из указанных разделов должно составлять целенаправленное экспериментальное обследование во всем интересном для практических приложений диапазоне изменения определяющих параметров с последующей фиксацией физических закономерностей или критериев нодобпя исследуемого яв.пения. На первом этапе изучения отдельных влияющих па работу химических реакторов факторов, кроме изучения кинетики химических реакций, остается реальной идея физического, в том числе и масштабного, моделирования с применением вычислительной техники, при этом должно быть обеспечено соответствие теоретических моделей экспериментальным данным. На втором этапе описания работы химических реакторов общая математическая модель будет получена сложением отдельных составляющих процесса. Основным будет выбор частных видов общей модели, отвечающих конкретным практическим случаям, и их численный расчет с учетом всех влияющих факторов. [c.53]


        В книге рассмотрены закономерности процессов фильтрования, осаждения, промывки и обезвоживания осадков. Описаны современные конструкции фильтров и центрифуг, фильтрующих перегородок и фильтровальных вспомогательных оещссти, рекомендации по их выбору и способам применения. Теоретический материал дается в объеме, необходимом для понимания сущности проходящих процессов и обоснования соотпошений, используемых для технологических расчетов. Описаны методы предварительного обследования и оценки свойств суспензий и осадков. Основное внимание направлено на проведение процессов разделения суспензий в промышленных условиях. Рассмотрены принципы выбора оборудования и материалов для разделения суспензий. Оценивается влияние на выбор оборудования физических и химических свойств суспензий, требований, предъявляемых к качеству продуктов разделения и особенностей производства. Описываются приемы выбора рациональных режимов и оптимизации работы фильтров. Даются примеры выбора и расчета оборудования для разделения суспензий. [c.2]

        Переход горения во взрыв — многостадийный процесс. Идея, которая была положена в основу исследований, заключалась в том, чтобы выделить и изучить каждую из стадий в отдельности, а также закономерности перехода от одной стадии к другой. При этом основное внимание уделялось выяснению физической сущности явления. Такой подход представлялся наиболее целесообразным, поскольку в ряде случаев (например, при возбуждений детонации от интенсивного ударного импульса) отдельные стадии являются исключительно малопротяженными, а некоторые из них могут отсутствовать. Данный подход полностью оправдал себя и позволил получить достаточно полную картину развития взрыва от устойчивого послойного горения до возникновения детонации Книга состоит из введения и двух разделов. Во введении рассмотрены методы исследования быстропротекающих процессов. Описаны приборы и устройства, предназначенные для исследования перехода горения во взрыв. [c.5]


    причин трений Рона Куртуса

    SfC Главная > Физика > Сила > Трение >

    Рона Куртуса

    Трение — это сила, противодействующая относительному движению двух объектов или материалов. причинами этой силы сопротивления являются молекулярная адгезия, шероховатость поверхности и деформации.

    Адгезия – это молекулярная сила, возникающая при тесном контакте двух материалов друг с другом.Попытка сдвинуть объекты друг против друга требует разрыва этих клейких связей. В течение многих лет ученые думали, что трение вызвано только шероховатостью поверхности, но недавние исследования показали, что на самом деле оно является результатом силы сцепления между материалами.

    Но шероховатость поверхности является фактором, когда материалы достаточно шероховатые, чтобы вызвать серьезное истирание. Это называется эффектом наждачной бумаги.

    Когда один или оба материала относительно мягкие, большая часть сопротивления движению вызвана деформациями объектов или эффектом вспахивания.

    Возможные вопросы:

    • Как адгезия вызывает трение?
    • Как шероховатость поверхности вызывает трение?
    • Как деформации вызывают трение?

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



    Молекулярная адгезия

    Когда два объекта соприкасаются, многие атомы или молекулы одного объекта оказываются в такой непосредственной близости от атомов другого объекта, что молекулярные или электромагнитные силы притягивают молекулы двух материалов вместе.Эта сила называется адгезией. Чтобы сдвинуть один объект по другому, необходимо разорвать эти клейкие связи. Адгезия — это сущность трения.

    Вы видели каплю воды, прилипшую к оконному стеклу. Сила трения препятствует скольжению этой жидкости по твердому материалу. Но большинство случаев трения, которые вы видите, касаются твердого тела, скользящего или движущегося по другому твердому телу.

    Скольжение объектов друг относительно друга требует разрыва этих миллионов точек контакта, где действует сила сцепления, только для того, чтобы привести к миллионам новых точек контакта.

    Липкие материалы

    Некоторые твердые материалы могут иметь состав, который значительно увеличивает их адгезию и даже делает их «липкими» на ощупь. Эта липкость значительно увеличивает вымысел. Резина и клейкая лента являются примерами липких материалов, обладающих этим типом трения.

    Жидкости

    Жидкости часто проявляют молекулярную адгезию, увеличивая трение. Эта сила сцепления часто проявляется в капиллярном эффекте. Здесь вода будет вытягиваться вверх по стеклянной трубке силами молекулярной адгезии.Та же самая сила может замедлить движение жидкости.

    Одним из примеров является то, как монета легко соскальзывает по пандусу. Но если монету намочить, она останется на месте. Это происходит из-за молекулярного трения жидкости о твердые поверхности.

    Движение двух жидкостей или двух частей жидкости относительно друг друга также замедляется фактором молекулярного притяжения. Этот вид жидкостного трения обычно не рассматривается как трение и изучается в комплексной области гидродинамики.

    Шероховатость поверхности

    Все твердые материалы имеют некоторую степень шероховатости поверхности. Если вы посмотрите на то, что кажется гладкой поверхностью под мощным микроскопом, вы увидите неровности, холмы и впадины, которые могут мешать скользящему движению.

    Крупный план шероховатости поверхности

    Одно время считалось, что шероховатость поверхности материалов является причиной трения. На самом деле, для большинства материалов это оказывает лишь незначительное влияние на трение.

    Если поверхности двух твердых тел очень шероховатые, выступы или неровности могут мешать скольжению и вызывать трение из-за истирания или износа, которые могут иметь место при скольжении одного объекта по другому. Это «эффект наждачной бумаги», при котором частицы материалов смещаются с их поверхностей. В таком случае трение вызывается шероховатостью поверхности, хотя эффект адгезии все же играет роль в истирании.

    Деформации

    Мягкие материалы деформируются под давлением.Это также увеличило сопротивление движению. Например, когда вы стоите на ковре, вы слегка погружаетесь в него, что вызывает сопротивление, когда вы пытаетесь волочить ноги по поверхности ковра. Другой пример — расплющивание резиновых покрышек в местах контакта с дорогой.

    Когда материалы деформируются, вы должны «вспахать» их, чтобы двигаться, тем самым создавая силу сопротивления.

    Толкание предмета по мягкой поверхности

    Когда деформация становится большой, так что один объект погружается в другой, обтекаемость может повлиять на трение, подобно тому, что происходит при жидкостном трении.

    Резюме

    Причинами силы сопротивления трения являются молекулярная адгезия, шероховатость поверхности и эффект вспашки.

    Адгезия – это молекулярная сила, возникающая при тесном контакте двух материалов друг с другом. Шероховатость поверхности является фактором трения, когда материалы достаточно шероховатые, чтобы вызвать серьезное истирание. Когда один или несколько материалов являются относительно мягкими, большая часть сопротивления движению вызвана деформациями или эффектом вспашки.


    Представьте себя полным энергии


    Ресурсы и ссылки

    Полномочия Рона Куртуса

    Веб-сайты

    Ресурсы трения — Расширенный список

    Концепции трения — Гиперфизика

    РойМех (Великобритания) — Коэффициенты трения

    Книги

    (Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные за покупку книг)

    Лучшие книги по науке о трении

    Лучшие книги по экспериментам с трением


    Поделиться этой страницей

    Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


    Студенты и исследователи

    Веб-адрес этой страницы:
    www.school-for-champions.com/science/
    трение_причины.htm

    Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

    Copyright © Ограничения


    Где ты сейчас?

    Школа Чемпионов

    Темы трения

    Причины трения

    Что такое трение? | Живая наука

    Трение – это сопротивление движению одного объекта, движущегося относительно другого.Согласно International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems , 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 законы, управляющие трением, в 1400-х годах, согласно книге Механика грунтов , но поскольку взаимодействия настолько сложны, характеристика силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и не может быть получена из уравнений или только законы.

    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 .

    Типы трения

    Существует два основных типа трения: статическое и кинетическое , согласно журналу Учитель физики .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. В общем, более вязкие жидкости гуще, согласно журналу Дисфагия , поэтому мед имеет большее жидкостное трение, чем вода.

    атомов 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

    Согласно журналу Physical Review Letters , два твердых объекта, движущиеся друг против друга, испытывают кинетическое трение.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 в неподвижных объектах. Согласно журналу Wear , статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, превышает силу трения, испытываемую теми же двумя объектами, когда они движутся друг относительно 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 объекта трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения преобразуется в тепло, согласно Американскому химическому обществу . 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

    Вы можете узнать больше о трении в космосе от астронавта Пола Ричардса . Кроме того, вы можете узнать больше о различных типах трения в этой статье из World Atlas .

    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

    Lambe, T.W., & Whitman, RV. «Механика грунтов», Vol. 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 сцепление упругих тел».Труды Королевского общества А (1975). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1975.0138

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

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

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

    «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

    «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

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Сил – Гиперучебник по физике

    Обсуждение

    введение

    Первая глава этой книги посвящена теме кинематики — математическому описанию движения.За исключением падающих тел и снарядов (которые связаны с какой-то загадочной вещью, называемой гравитацией), факторы, влияющие на это движение, никогда не обсуждались. Пришло время расширить наши исследования, включив в них величины, влияющие на движение, — массу и силу. Математическое описание движения, включающее эти величины, называется динамикой .

    Многие вводные учебники часто определяют силу как «толчок или притяжение». Это разумное неформальное определение, которое поможет вам концептуализировать силу, но это ужасное рабочее определение.Что такое «толкать или тянуть»? Как бы вы измерили такую ​​вещь? Самое главное, как «толчок или притяжение» соотносится с другими величинами, уже определенными в этой книге?

    Физика, как и математика, аксиоматична . Каждая новая тема начинается с элементарных понятий, называемых аксиомами , которые настолько просты, что их нельзя сделать еще проще, или настолько хорошо понятны, что объяснение не поможет людям понять их лучше. Две величины, которые играют эту роль в кинематике, — это расстояние и время.В этой книге (до сих пор) не было предпринято никаких реальных попыток формально определить любую из этих величин, и в этом не было необходимости. Почти все на планете знают, что такое расстояние и время.

    примеры

    Как насчет того, чтобы построить концепцию силы на примерах из реального мира? Поехали…

    • Силы, действующие на все объекты.
      • Вес ( W , F г )
        Сила тяжести, действующая на объект из-за его массы.Вес объекта направлен вниз, к центру тяготеющего тела; как Земля или Луна, например.
    • Силы, связанные с твердыми телами.
      • Нормальный ( N , F n )
        Сила между двумя соприкасающимися твердыми телами, не позволяющая им занимать одно и то же пространство. Нормальная сила направлена ​​перпендикулярно поверхности. «Нормаль» в математике — это линия, перпендикулярная плоской кривой или поверхности; отсюда и название «нормальная сила».
      • Трение ( f , F f )
        Сила между соприкасающимися твердыми телами, препятствующая их скольжению друг относительно друга. Трение направлено против направления относительного движения или предполагаемого направления движения любой из поверхностей.
      • Натяжение ( T , F t )
        Сила, создаваемая объектом, натянутым с противоположных концов, например веревкой, канатом, кабелем, цепью и т. д.Напряжение направлено вдоль оси объекта. (Хотя жидкости и газы обычно ассоциируются с твердыми телами, в некоторых обстоятельствах также можно сказать, что они создают напряжение.)
      • Эластичность ( F e , F s )
        Сила, действующая на объект, подобный пружине, при деформации (как правило, возвращение к исходной форме при растяжении или сжатии) или резинка. Упругость, как и растяжение, направлена ​​по оси (хотя из этого правила есть исключения).
    • Силы, связанные с жидкостями. К жидкостям относятся жидкости (например, вода) и газы (например, воздух).
      • Плавучесть ( B , F b )
        Сила, действующая на объект, погруженный в жидкость. Плавучесть обычно направлена ​​вверх (хотя бывают и исключения из этого правила).
      • Перетаскивание ( R , D , F d )
        Сила сопротивления движению объекта в жидкости.Сопротивление направлено против направления движения объекта относительно жидкости.
      • Лифт ( L , F )
        Сила, которую оказывает движущаяся жидкость при обтекании объекта; обычно это крыло или крыловидная конструкция, а также мячи для гольфа и бейсбольные мячи. Подъемная сила обычно направлена ​​перпендикулярно направлению потока жидкости (хотя из этого правила есть исключения).
      • Тяга ( T , F t )
        Сила, с которой жидкость выталкивается пропеллером, турбиной, ракетой, кальмаром, моллюском и т. д.Тяга направлена ​​против направления выталкивания жидкости.
    • Силы, связанные с физическими явлениями.
      • Электростатическая сила ( F E )
        Притяжение или отталкивание между заряженными телами. Опыт в повседневной жизни через статическое цепляние и в школе как объяснение большей части элементарной химии.
      • Магнитная сила ( F B )
        Притяжение или отталкивание между заряженными телами в движении .Опыт в повседневной жизни с помощью магнитов и в школе как объяснение того, почему стрелка компаса указывает на север.
    • Фундаментальные силы. Все силы во Вселенной можно объяснить с помощью следующих четырех фундаментальных взаимодействий.
      • Гравитация
        Взаимодействие между объектами за счет их массы. Вес является синонимом силы тяжести.
      • Электромагнетизм
        Взаимодействие между объектами за счет их заряда.Все рассмотренные выше силы имеют электромагнитное происхождение, за исключением силы веса.
      • Сильное ядерное взаимодействие
        Взаимодействие субатомных частиц с «цветом» (абстрактная величина, не имеющая ничего общего с человеческим зрением). Это сила, которая удерживает вместе протоны и нейтроны в ядре и удерживает вместе кварки в протонах и нейтронах. Его невозможно почувствовать вне ядра.
      • Слабое ядерное взаимодействие
        Взаимодействие субатомных частиц с «привкусом» (абстрактная величина, не имеющая ничего общего со вкусом человека).Эта сила, во много раз слабее сильного ядерного взаимодействия, участвует в некоторых формах радиоактивного распада.
    • Вымышленные силы . Это кажущиеся силы, с которыми объекты сталкиваются в ускоряющейся системе координат, такой как ускоряющийся автомобиль, самолет, космический корабль, лифт или аттракцион в парке развлечений. Фиктивные силы возникают не из-за внешнего объекта, как настоящие силы, а скорее как следствие стремления не отставать от ускоряющейся среды.
      • Центробежная сила
        Сила, действующая на все объекты во вращающейся системе координат, которая, кажется, оттягивает их от центра вращения.
      • Сила Кориолиса
        Сила, действующая на движущиеся объекты во вращающейся системе координат, которая, кажется, отклоняет их под прямым углом к ​​направлению их движения.
      • «G Force»
        Не совсем сила (или даже вымышленная сила), а скорее кажущееся гравитационное ощущение, испытываемое объектами в ускоряющейся системе координат.
    • Общие силы. Когда вы не знаете, как назвать силу, вы всегда можете дать ей общее имя, например…
      • Толчок
      • Тянуть
      • Сила
      • Приложенная сила

    бесплатные схемы кузова

    Физика — простой предмет, который преподают простодушные люди. Когда физики смотрят на объект, их первым побуждением является упростить этот объект. Книга состоит не из страниц бумаги, скрепленных клеем и шпагатом, это коробка.В автомобиле нет вращающихся резиновых шин, регулируемых в шести направлениях сидений, вместительных подстаканников и обогревателя заднего стекла; это коробка. У человека нет двух рук, двух ног и головы; они не состоят из костей, мышц, кожи и волос; они коробка. Это начало типа рисунка, используемого физиками и инженерами, называемого диаграммой свободного тела .

    Физика построена на логическом процессе анализа — разбиении сложных ситуаций на набор более простых. Так мы формируем наше первоначальное понимание ситуации.Во многих случаях этого первого приближения к реальности достаточно. Когда это не так, мы добавляем еще один слой к нашему анализу. Мы продолжаем повторять процесс, пока не достигнем уровня понимания, который соответствует нашим потребностям.

    Простое рисование коробки ничего нам не скажет. Объекты не существуют изолированно. Они взаимодействуют с окружающим миром. Сила — это один из видов взаимодействия. Силы, действующие на объект, представлены стрелками, выходящими из коробки — из центра коробки.Это означает, что в сущности каждый объект является точкой — вещью без каких-либо измерений. Коробка, которую мы изначально нарисовали, — это просто место, где нужно поставить точку, а точка — это просто место, где начинаются стрелки. Этот процесс называется точечной аппроксимацией и приводит к простейшему типу диаграммы свободного тела.

    Давайте применим эту технику к ряду примеров. Нарисуйте свободную схему тела…

    • книга, лежащая на горизонтальном столе
    • человек плавает в стоячей воде
    • шар-разрушитель, висящий вертикально на тросе
    • вертолет завис на месте
    • ребенок толкает тележку на ровной поверхности
    книга, лежащая на горизонтальном столе

    Первый пример: Начнем с типичного примера, с которого начинают все учителя физики — демонстрация настолько проста, что не требует подготовки.Дотянитесь до ящика, вытащите учебник и положите его сверху так, как это соответствует его важности. Вот! Книга лежит на ровном столе. Есть ли что-нибудь грандиознее? Теперь наблюдайте, как мы сводим его к его сути. Нарисуйте коробку, чтобы обозначить книгу. Нарисуйте горизонтальную линию под полем, чтобы обозначить таблицу, если вы чувствуете себя смелым. Затем определите силы, действующие на него.

    Что-то удерживает книгу. Нам нужно нарисовать стрелку, выходящую из центра и указывающую вниз, чтобы обозначить эту силу.Тысячи лет назад у этой силы не было названия. «Книги лежат на столах, потому что это то, что они делают», — думали они. Теперь у нас есть более сложное понимание мира. Книги лежат на столах, потому что гравитация тянет их вниз. Мы могли бы обозначить эту стрелу F g для «силы гравитации» или W для ее более прозаического названия, веса. (Кстати, «прозаический» означает «непоэтический». «Прозаический» — это поэтический способ сказать обыденное. «Прозаический» — это непрозаическое слово. Вернемся к диаграмме.)

    Сила тяжести тянет книгу вниз, но она не падает. Следовательно, должна быть какая-то сила, которая также толкает книгу вверх. Как мы называем эту силу? «столовая сила»? Нет, это звучит глупо, и, кроме того, сила не в том, чтобы быть столом. Это некоторая характеристика стола. Поместите книгу в воду или в воздух, и она полетит вниз. Что заставляет стол работать, так это то, что он прочный. Так как же мы называем эту силу? «Твердая сила»? На самом деле это звучит неплохо, но это не то имя, которое используется.Подумайте об этом таким образом. Отдых на столе и есть восходящая сила. Прислонитесь к стене, и есть боковая сила. Подпрыгните на батуте достаточно высоко, чтобы удариться головой о потолок, и вы почувствуете нисходящую силу. Направление силы всегда кажется исходящим из твердой поверхности. Направление, перпендикулярное плоскости поверхности, называется нормальным. Сила, с которой твердая поверхность действует на что-либо в нормальном направлении, называется нормальной силой.

    Называть силу «нормальной» может показаться немного странным, поскольку мы обычно думаем, что слово «нормальная» означает обычное, обычное или ожидаемое.Если есть нормальная сила, не должна ли быть и аномальная сила? Происхождение современного английского слова normal происходит от латинского слова, обозначающего плотницкий квадрат — norma . Слово не приобрело свое нынешнее значение до 19 века. Нормальная сила ближе к первоначальному значению слова нормальный, чем нормальное поведение (поведение под прямым углом?), нормальное использование (использование только под прямым углом?) или нормальная температура тела (измерять температуру под прямым углом?) .

    Мы закончили? Что ж, с точки зрения определения сил, да.Это довольно простая проблема. У вас есть книга, стол и Земля. Земля оказывает на книгу силу, называемую гравитацией или весом. Стол оказывает на книгу силу, называемую нормальной или нормальной силой. Что еще там? Силы происходят от взаимодействия между вещами. Когда у вас заканчиваются вещи, у вас заканчиваются силы.

    Последнее слово в этой простой задаче касается длины. Как долго мы должны рисовать стрелку, представляющую каждую силу. Есть два способа ответить на этот вопрос.Один из них: «Кого это волнует?» Мы идентифицировали все силы и правильно определили их направления, давайте двигаться дальше, и пусть алгебра позаботится обо всем остальном. Это разумный ответ. Направления — это то, что действительно имеет значение, поскольку они определяют алгебраический знак, когда мы начинаем объединять силы. Алгебра действительно позаботится обо всем этом. Второй ответ: «Кому какая разница, это неприемлемый ответ». Мы должны сделать усилие и определить, какая сила больше в описанной ситуации. Знание относительного размера сил может рассказать нам что-то интересное или полезное и помочь нам понять, что происходит.

    Так что же происходит? По сути, вообще ничего. Наша книга никуда не денется и не делает ничего физически интересного. Подождите достаточно долго, и бумага разложится (это химия), а разрушители помогут ее разложить (это биология). Учитывая отсутствие какой-либо активности, я думаю, можно с уверенностью сказать, что нисходящая гравитационная сила уравновешивается направленной вверх нормальной силой.

    З  =  Н

    Итак, нарисуйте прямоугольник с двумя стрелками одинаковой длины, исходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая вниз.Пометьте груз, направленный вниз (или используйте символ W или F g ), а тот, который направлен вверх, пометьте нормально (или используйте символ N или F n ).

    Может показаться, что я слишком много сказал для такого простого вопроса, но у меня была причина. Было довольно много понятий, которые нужно было объяснить: отождествление сил веса и нормали, определение их направлений и относительных величин, знание того, когда прекратить рисование и знание, когда прекратить добавление сил.

    человек плавает в стоячей воде

    Второй пример: человек плавает в стоячей воде. Мы могли бы нарисовать фигурку из палочек, но в ней слишком много ненужных деталей. Помните, анализ — это разбиение сложных ситуаций на набор простых вещей. Нарисуйте прямоугольник, изображающий человека. Нарисуйте волнистую линию, чтобы обозначить воду, если хотите пофантазировать. Определите силы, действующие на человека. Они на Земле, и у них есть масса, следовательно, у них есть вес. Но все мы знаем, каково это плавать в воде.Вы чувствуете себя невесомым. Должна существовать вторая сила, противодействующая весу. Сила, которую испытывают объекты, погруженные в жидкость, называется выталкивающей силой. Человека тянет вниз под действием силы тяжести и поддерживает плавучесть. Поскольку человек не поднимается, не опускается и не движется ни в каком другом направлении, эти силы должны компенсировать

    Вт  =  В

    Итак, нарисуйте прямоугольник с двумя стрелками одинаковой длины, исходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая вниз.Пометьте груз, направленный вниз (или W или F г ), а тот, который направлен вверх, — плавучесть (или B или F b ).

    Плавучесть — это сила, которую испытывают объекты, когда они погружены в жидкость. Жидкости – это вещества, которые могут течь. Все жидкости и газы являются жидкостями. Воздух — это газ, следовательно, воздух — это жидкость. Но подождите, разве книга в предыдущем примере не была погружена в воздух. Я сказал, что в этой задаче всего три объекта: книга, стол и Земля.Что насчет воздуха? Не следует ли нам нарисовать на книге вторую стрелку, направленную вверх, чтобы обозначить выталкивающую силу воздуха, воздействующую на книгу?

    Воздух действительно существует, и он действительно воздействует на книгу вверх, но действительно ли добавление дополнительной стрелки к предыдущему примеру помогает нам понять ситуацию? Возможно нет. Люди плавают в воде, и даже когда они тонут, они чувствуют себя в воде легче. Выталкивающая сила в этом примере значительна. Вот в чем, наверное, вся проблема.Книги в воздухе просто кажутся книгами. Какая бы выталкивающая сила ни оказывалась на них, она незаметна и довольно трудно поддается измерению.

    Анализ — это навык. Это не набор процедур, которым нужно следовать. Когда вы сводите ситуацию к ее сути, вы должны сделать суждение. Иногда небольшие эффекты стоит изучать, а иногда нет. Наблюдательный человек имеет дело со значительными деталями и спокойно игнорирует все остальное. Навязчивый человек одинаково обращает внимание на все детали.Первые психически здоровы. Последние психически больны.

    шар-разрушитель, висящий вертикально на тросе

    Третий пример: шар-разрушитель, висящий вертикально на тросе. Начните с рисования коробки. Нет, подождите, это глупо. Нарисовать круг. Это простая форма, и это форма самой вещи. Нарисуйте линию, выходящую сверху, если вам так хочется. Однако держите его легким. Вы не хотите отвлекаться на это, когда добавляете силы.

    Шар-разрушитель имеет массу.На Земле (точнее, в гравитационном поле Земли). Поэтому он имеет вес. Вес указывает вниз. Один вектор готов.

    Шар подвешен. Он не падает. Следовательно, что-то действует против гравитации. Это трос, который подвешивает мяч. Сила, которую он оказывает, называется натяжением. Кабель вертикальный. Следовательно, сила вертикальна. Гравитация вниз. Напряжение вверх. Размер?

    Ничего никуда не денется. Это похоже на предыдущие два вопроса.Напряжение и вес компенсируются.

    Вт  =  Т

    Итак, нарисуйте круг с двумя стрелками одинаковой длины, исходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая вниз. Пометьте груз, направленный вниз (или W или F г ), и тот, который направлен вверх (или T или F t ).

    вертолет завис на месте

    Четвертый пример: зависший на месте вертолет. Как нарисовать вертолет? Коробка.Что делать, если вы устали рисовать коробки? Круг — хорошая альтернатива. Что, если даже это слишком много усилий? Нарисуйте маленький круг, я полагаю. Что, если я хочу попробовать нарисовать вертолет? Дополнительные баллы не начисляются.

    Остальное вы знаете. Все объекты имеют вес. Нарисуйте стрелку, указывающую вниз, и подпишите ее. Вертолет не поднимается и не падает. Что поддерживает его? Ротор. Какая сила действует на ротор? Ротор — это своего рода крыло, а крылья обеспечивают подъемную силу. Нарисуйте стрелку, указывающую вверх, и подпишите ее.

    Вертолет не стоит на земле, поэтому нормальной силы нет. Это не воздушный шар и не корабль в море, поэтому плавучесть не имеет значения. Там нет привязанных строк, поэтому напряжения не существует. Другими словами, прекратите рисовать силы. Я упоминал, что знание того, когда бросить курить, является важным навыком? Если нет, то я, вероятно, должен был.

    И снова у нас есть объект, который никуда не движется быстро. Когда это происходит, должно быть несколько очевидно, что силы должны компенсироваться.

    Вт  =  Д

    Итак, нарисуйте прямоугольник с двумя стрелками одинаковой длины, исходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая вниз.Пометьте груз, направленный вниз (или W или F г ), и тот, который направлен вверх (или L или F ).

    а теперь… закон

    Давайте сделаем еще одну свободную диаграмму тела для практики.

    ребенок толкает тележку на ровной поверхности

    Сначала определите, в чем проблема. Это несколько двусмысленно. Нас просят нарисовать ребенка, повозку или и то, и другое? Длинный ответ: «Это зависит.Краткий ответ: «Я хочу, чтобы вы разобрались с повозкой». Нарисуйте прямоугольник, изображающий повозку.

    Далее определите силы. Гравитация тянет все вниз, поэтому нарисуйте стрелку, указывающую вниз, и обозначьте ее вес (или Вт или Ж г в зависимости от ваших предпочтений). Он не падает, а лежит на твердой земле. Это означает, что присутствует нормальная сила. Земля ровная (т. Е. Горизонтальная), поэтому нормальная сила направлена ​​​​вверх. Нарисуйте стрелку, указывающую вверх, и назовите ее нормальной (или N или F n ).Вагон не движется вертикально, поэтому эти силы равны. Нарисуйте строки, представляющие норму и вес, с одинаковой длиной.

    З  =  Н

    Ребенок толкает тележку. Мы должны предположить, что он использует фургон по прямому назначению и толкает его горизонтально. Я читаю слева направо, а это значит, что я предпочитаю использовать правую сторону для прямого направления на бумаге, школьных и интерактивных досках и компьютерных дисплеях. Нарисуйте стрелку вправо, выходящую из центра блока.Я не вижу причин давать этой силе техническое название, поэтому давайте просто назовем ее толчком ( P ). Если вы со мной не согласны, есть вариант. Вы могли бы назвать это приложенной силой ( F a ). Преимущество этого в том, что вы выглядите хорошо образованным человеком, но и недостаток в том, что он менее точен. Называние силы приложенной силой ничего не говорит об этом, поскольку все силы должны быть приложены, чтобы существовать. Слово «толчок» также немного расплывчато, поскольку все силы представляют собой своего рода толчок или тягу, но толкание — это то, о чем мы обычно думаем, как о том, что делается руками.Поскольку нет никакой пользы от использования техноболтовни, а простое слово «толчок» на самом деле описывает то, что делает ребенок, мы будем использовать слово «толчок».

    Движение на Земле происходит не в вакууме. Когда одна вещь движется, она движется сквозь или поперек другой. Когда колесо вращается вокруг оси, две поверхности трутся друг о друга. Это называется сухим трением. Смазку можно использовать для разделения твердых металлических частей, но это просто сводит проблему к тому, что слои внутри смазки скользят друг относительно друга.Это называется вязким трением. Толкать повозку вперед означает выталкивать воздух с дороги. Это еще один вид вязкого трения, называемый сопротивлением. Круглые колеса провисают при нагрузке, что затрудняет их вращение. Это называется сопротивлением качению. Эти силы сопротивления часто вместе называют трением, и они повсюду. Реальный анализ любой ситуации, связанной с движением, должен включать трение. Нарисуйте стрелку влево (против предполагаемого направления движения) и обозначьте ее трением (или f или F f ).

    Теперь самое сложное. Как соотносятся горизонтальные силы? Толчок больше или меньше трения? Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала нужно сделать то, чем славятся физики. Мы выходим из реального мира и попадаем в мир фантазий. Мы собираемся сделать вид, что трения не существует.

    Следите за качающимся маятником. Твои глаза становятся тяжелыми. Вы засыпаете. Сонный. Я буду считать до трех. Когда я скажу слово три, вы проснетесь в мире без трения.Один. Два. Три. Добро пожаловать в реальный мир. Нет, подождите, это строчка из Матрицы.

    Предполагая, что гипноз сработал, теперь вы должны соскользнуть с того, на чем сидите, и упасть на землю. Пока вы там, я бы хотел, чтобы вы ответили на этот, казалось бы, простой вопрос. Что нужно, чтобы заставить что-то двигаться? Точнее, что нужно, чтобы заставить что-то двигаться с постоянной скоростью?

    В реальном мире, где повсюду трение, движение стихает. Нажмите на тормоза вашего автомобиля, и вы довольно быстро остановитесь.Выключите двигатель вашего автомобиля, и вы постепенно остановитесь. Бросьте шар для боулинга по своей дорожке, и вы, вероятно, не заметите большого изменения скорости. (Однако, если вы хорошо играете в боулер, вы, вероятно, привыкли видеть, как мяч загибается в лузу. Помните, что скорость — это скорость плюс направление. Всякий раз, когда изменяется одно из этих значений, меняется и скорость.) Ударьте хоккейной шайбой клюшкой. и вы в основном увидите, как он движется с одной скоростью в одном направлении. Я выбрал эти примеры и представил их в таком порядке не просто так.При движении накатом до остановки меньше трения, чем при торможении до полной остановки. Хоккейная шайба на льду трение меньше, чем шар для боулинга на деревянной дорожке.

    Как насчет менее повседневного примера? Толкайте вагон по ровной дороге. Думаете, у вас не получится? Ну подумай еще. Я не прошу вас толкать целый поезд или даже локомотив — просто хороший пустой товарный вагон или вагон метро. Я также не говорю, что это будет легко. Вам может понадобиться друг или два, чтобы помочь. Это то, что обычно делают ремонтные бригады железных дорог.

    Рабочие перемещают вагон метро. Источник: 所さんの目がテン!

    ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ТЕКСТ

    ЗАВЕРШИТЕ ЭТО ПО ССЫЛКЕ GALILEO

    Рай — это место, где никогда ничего не происходит.

    Исаак Ньютон (1642–1727) Англия. Выполнил большую часть работы во время чумы 1665 и 1666 годов. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ( Математические принципы натуральной философии ), опубликованный в 1687 году (с отставанием более чем на 20 лет!) За счет Галлея.

    Лекс. I. Закон I.
    Корпус отпе perseverare в STATU Суо quiescendi Vel movendi uniformiter в DIRECTUM, НИСИ quatennus illud Viribus Impressi cogitur statum suummutare.   Всякое тело сохраняется в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если оно не вынуждено изменить это состояние приложенными к нему силами.
         
    Projectilia perseverant in motibus suis, nisi quatenus a reſiſtentia aëris impell retardantur, & viunt viunt viunt viunt impell gravantitaTrochus, cujus partes cohærendo perpetuo retrahunt seſse a motibus rectilineis, non ceſsat rotari, niſi quatenus ab aëre retardantur. Majora autem planetarum & cometarum corpora motus suos & progresſivos &circles in spatiis minus resistentibus factos conservant diutius.   Снаряды продолжают свое движение, пока они не задерживаются сопротивлением воздуха и не толкаются вниз под действием силы тяжести. Волчок, части которого своим сцеплением постоянно отклоняются от прямолинейных движений, не прекращает своего вращения, иначе как задерживается воздухом.Большие тела планет и комет, встречая меньшее сопротивление в более свободном пространстве, сохраняют свое движение как поступательное, так и круговое в течение гораздо более длительного времени.

    (Ньютон в интерпретации Элерта)

    Объект в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в покое, а объект в движении имеет тенденцию продолжать движение с постоянной скоростью, если только внешняя сила не заставляет его действовать иначе.

    Это довольно сложное предложение говорит совсем немного.Распространенное заблуждение состоит в том, что движущиеся объекты содержат величину, называемую «идти» (или что-то в этом роде — в старые времена это называли «толчок»), и они в конце концов останавливаются, так как у них заканчивается «ход».

    Если на тело не действуют никакие силы, то его скорость и направление движения остаются постоянными.

    Движение — такое же естественное состояние, как и покой.

    Движению (или отсутствию движения) не нужна причина, но необходимо изменение в движении.

    Определение.III.   Определение III.
         
    Materiæ vis insita est potentia Resistance, qua corpus unumquodque,Quantum in se est, perseverat indivelinuniform vel statu suo suo.   vis insita, или врожденная сила материи, — это сила сопротивления, благодаря которой каждое тело стремится удержаться в своем нынешнем состоянии, будь то покой или равномерное движение вперед по прямой линии.
     
          1 90io.in IV.   Определение IV.
    Vis impressa est action in corpus exercita, ad mutandum ejus statum vel quiescendi vel movendiuniformiter indirectum.   Приложенная сила — это действие, приложенное к телу с целью изменить его состояние либо покоя, либо движения равномерно вперед по прямой линии.
         
    Consistit hæc vis in actione sola, neque post actionem permanet in corpore. Perserverat enim corpus in statu omni novo per solam vim inertiae. Est autem vis impresa diversarum originum, ut ex ictu, expressione, ex vi centripeta.   Эта сила состоит только в действии; и больше не остается в теле, когда действие закончено. Ибо тело поддерживает каждое новое состояние, которое оно приобретает, только благодаря своей инерции.Впечатляющие силы бывают различного происхождения: от удара, от давления, от центростремительной силы.

    В целом инерция сопротивление изменениям. В механике инерция — это сопротивление изменению скорости или, если угодно, сопротивление ускорению.

    В общем, сила — это взаимодействие, вызывающее изменение. В механике сила — это то, что вызывает изменение скорости или, если угодно, то, что вызывает ускорение.

    Когда на объект действует более одной силы, важна результирующая сила. Поскольку сила является векторной величиной, при объединении сил используйте геометрию вместо арифметики.

    Внешняя сила: Чтобы сила ускоряла объект, она должна исходить извне. Вы не можете подтягиваться за собственные бутсы. Любой, кто говорит, что вы можете, буквально ошибается.

    Пять законов трения — видео и стенограмма урока

    Первый закон трения

    Первый закон трения гласит, что величина трения пропорциональна нормальной силе, действующей между поверхностями.Что такое нормальная сила?

    Нормальная сила ( Н ) — это опорная сила, действующая на объект со стороны поверхности, на которой он стоит. Это сила, которая удерживает вас от падения со стула, когда вы садитесь. Нормальная сила может изменяться в зависимости от веса объекта и угла поверхности, на которой он находится (если поверхность не плоская).

    Если тело покоится на плоской поверхности, нормальная сила, действующая на него, равна его весу.

    По мере увеличения нормальной силы пропорционально увеличивается и сила трения.Вот почему труднее толкать тяжелые предметы, чем легкие.

    Второй закон трения

    Хотя сила трения зависит от нормальной силы, второй закон трения говорит, что сила трения НЕ зависит от площади контакта между объектом и поверхностью. Представьте, если бы вы повернули коробку так, чтобы меньшая ее часть касалась пола. Это изменит нормальную силу? Нет! Коробка по-прежнему весит то же самое, поэтому нормальная сила не меняется, даже если изменяется площадь контакта.

    Когда коробка вращается, нормальная сила все та же, но площадь контакта другая.

    Третий закон трения

    Третий закон трения гласит, что помимо нормальной силы сила трения также зависит от типа контактирующих поверхностей. Например, вы знаете, что если вы попытаетесь толкнуть тяжелую коробку по покрытому ковром полу, толкнуть ее будет труднее, чем если бы вы толкнули ее по гладкому полу.Это связано с тем, что сила трения между коробкой и шероховатым ковром намного больше, чем сила трения между коробкой и гладким полом.

    Для количественного измерения влияния различных поверхностей на силу трения можно рассчитать коэффициент трения. Коэффициент трения – это не имеющее единиц измерения число, зависящее от шероховатости двух соприкасающихся поверхностей. Символом коэффициента трения является греческая буква mu , и обычно он находится в диапазоне от 0 до 1.Гладкие поверхности будут иметь коэффициент трения ближе к нулю, а шероховатые поверхности будут иметь коэффициент трения ближе к единице.

    Четвертый и Пятый законы трения

    На самом деле существуют два разных коэффициента трения для любых двух поверхностей, соприкасающихся друг с другом. Коэффициент статического трения — это коэффициент между поверхностями, которые НЕ движутся друг относительно друга, а коэффициент кинетического трения — это коэффициент между двумя поверхностями, которые уже скользят.

    Вы, наверное, замечали, что когда вы пытаетесь толкнуть тяжелый предмет, заставить его двигаться всегда труднее, чем удержать его в движении. Это потому, что коэффициент статического трения всегда немного выше, чем коэффициент кинетического трения, который соответствует четвертому закону трения .

    Как вы можете видеть на экране сейчас (ниже), независимо от того, шероховатая поверхность или гладкая, статическое трение больше, чем кинетическое трение. Вот некоторые общие коэффициенты трения как для шероховатой, так и для гладкой поверхности:

    Некоторые общие коэффициенты трения для шероховатых и гладких поверхностей

    Наконец, пятый закон трения гласит, что скорость, с которой движется объект, НЕ меняет величину трения.Пока он движется, кинетическая сила трения всегда одинакова.

    Теперь, когда мы знаем, что влияет на силу трения между двумя поверхностями, давайте посмотрим, как на самом деле рассчитать силу трения.

    Если объект не движется, сила статического трения будет достаточно большой, чтобы уравновесить приложенную силу и остановить движение объекта. Вот почему статическое трение всегда меньше или равно коэффициенту статического трения, умноженному на нормальную силу.

    Если объект движется, кинетическая сила трения всегда постоянна и равна произведению нормальной силы на коэффициент кинетического трения.

    Итоги урока

    Давайте повторим, что мы узнали. Силы трения возникают между двумя поверхностями, которые скользят относительно друг друга. Они предотвращают перемещение объектов и замедляют движение объектов вниз. Пять законов трения помогут вам понять и рассчитать силы трения:

    • Первый закон трения : Величина трения пропорциональна нормальной силе, действующей между поверхностями.
    • Второй закон трения : Трение не зависит от площади контакта объекта с поверхностью.
    • Третий закон трения : Сила трения также зависит от характера контактирующих поверхностей.
    • Четвертый закон трения : Коэффициент статического трения всегда немного выше, чем коэффициент кинетического трения.
    • Пятый закон трения : Скорость, с которой движется объект, НЕ меняет величину трения.

    Скольжение – Физика тела: движение к метаболизму

    Скольжение происходит, когда трение между ступнями и поверхностью для ходьбы недостаточно велико, чтобы предотвратить скольжение задней ступни при отталкивании или скольжения передней ступни, когда она пытается замедлить движение вашего центра тяжести вперед). Вместе нормальная сила и трение () обеспечивают силы, необходимые для поддержки тела и сохранения равновесия. Например, трение предотвращает скольжение костылей наружу, если они не удерживаются идеально вертикально.Трение также необходимо для передвижения, например, при ходьбе и беге, как мы узнаем в разделе «Передвижение».

    Трение между костылями и полом предотвращает скольжение костылей маленького мальчика наружу, даже если они не держат прямо вертикально. Эта фотография 1942 года, сделанная Фрицем Хенле, была озаглавлена ​​«Обучение медсестер. Используя книжку с картинками в качестве приманки, физиотерапевт побуждает юную жертву детского паралича [полиомиелита] научиться пользоваться его костылями». Полиомиелит был эффективно искоренен в Соединенных Штатах с помощью вакцины против полиомиелита, первоначально разработанной Джонусом Солком, «который никогда не патентовал вакцину и не зарабатывал деньги на своем открытии, предпочитая, чтобы она распространялась как можно шире.«Есть два типа вакцин, которые могут предотвратить полиомиелит: инактивированная вакцина против полиомиелита (ИПВ) и пероральная вакцина против полиомиелита (ОПВ). Только ИПВ используется в Соединенных Штатах с 2000 года, и 99% детей, получивших все рекомендуемые дозы вакцины, будут защищены от полиомиелита.

    Трение () — это сила, противодействующая скольжению поверхностей друг относительно друга. Потрите ладони друг о друга, сопротивление, которое вы почувствуете, и есть трение. В дополнение к нормальной силе, которая направлена ​​​​только перпендикулярно поверхностям, трение направлено только параллельно поверхностям.Две поверхности должны соприкасаться, чтобы возникло трение, поэтому вы также не можете получить трение без нормальной силы. На самом деле сила трения пропорциональна нормальной силе.

    Деятельность по усилению

    Потрите ладони друг о друга. Теперь сильно сожмите ладони вместе и попытайтесь скользить ими одновременно.

    Теперь нормальная сила больше, что приводит к пропорциональному увеличению силы трения.

    Силы трения всегда препятствуют скольжению. Трение возникает отчасти из-за шероховатости соприкасающихся поверхностей, как видно на увеличенном виде.Для того чтобы объект двигался, он должен подняться туда, где пики могут проскакивать по нижней поверхности. Таким образом, сила требуется только для того, чтобы привести объект в движение. Некоторые из пиков будут сломаны, что также потребует силы для поддержания движения. На самом деле большая часть трения возникает из-за сил притяжения между молекулами, составляющими два объекта, так что даже гладкие поверхности не лишены трения. Шероховатость и сцепление поверхностей определяют коэффициенты трения (μ).

     

    Кинетическое трение

    Кинетическое трение () действует всякий раз, когда две поверхности скользят относительно друг друга, и обычно величина кинетического трения не зависит от относительной скорости между скользящими поверхностями.Если объект скользит, но нет другой силы, толкающей объект, чтобы поддерживать его скольжение, то кинетическое трение в конечном итоге остановит скользящий объект. (Толкните объект так, чтобы он скользил по полу и в конце концов остановился. Это кинетическое трение в действии).

    Статическое трение

    В отличие от кинетического трения, статическое трение не имеет постоянной величины. Вместо этого статическое трение регулируется, чтобы предотвратить скольжение поверхностей, но оно может делать это только до максимального значения.Если сила, необходимая для предотвращения скольжения, больше, чем максимальное значение статического трения, объект будет скользить, и преобладает кинетическое трение. Статическое трение больше, чем кинетическое трение. Следующий график зависимости силы от времени демонстрирует процесс «освобождения» статического трения между двумя поверхностями. График был построен путем измерения силы, которую ученики прикладывали к коробке, стоящей на столе, потянув за веревку, привязанную к коробке.

    Сила тяги, приложенная к ящику на столе.Студенты сначала тянули слегка, затем все сильнее, пока коробка не начала скользить, а затем тянули точно так, чтобы коробка двигалась с постоянной скоростью. Обратите внимание, что по мере того, как ученики тянут сильнее, коробка еще не двигается, а это означает, что статическое трение реагирует и увеличивается, чтобы предотвратить скольжение. Максимальная статическая сила трения 6,4 Н достигается до того, как коробка начинает скользить и начинает действовать кинетическое трение. Мы видим, что в этот момент сила падает, а это означает, что ученикам пришлось уменьшить силу тяги до 5.5 N , чтобы сбалансировать кинетическое трение и поддерживать постоянную скорость. Это показывает, что кинетическое трение меньше, чем статическое трение. Эти данные были получены студентами-физиками муниципального колледжа Ампкуа Либби Фрегосо и Маккензи Кэрриер.

    Выберите симуляцию трения из набора симуляций, чтобы увидеть, как ведет себя статическое и кинетическое трение.

    Коэффициент трения

    Теперь мы знаем, что сила трения пропорциональна нормальной силе и что существует два типа трения: статическое и кинетическое.Последним понятием, влияющим на трение, является шероховатость или, альтернативно, гладкость двух поверхностей. Коэффициент трения () представляет собой безразмерное число, которое оценивает шероховатость и обычно определяется экспериментально. Статическая сила трения больше кинетической силы трения, потому что она больше . Взгляните на таблицу коэффициентов статического и кинетического трения, приведенную ниже. Вы можете найти больше значений в этой массивной таблице коэффициентов статического трения.

    Таблица коэффициентов статического и кинетического трения для различных пар поверхностей
    Резина на сухом бетоне 1.0 0,7
    Резина на мокром бетоне 0,7 0,5
    Дерево на дереве 0,5 0,3
    Вощеная древесина на мокром снегу 0,14 0,1
    Металл на дереве 0,5 0,3
    Сталь по стали (сухая) 0,6 0,3
    Сталь по стали (промасленный) 0.05 0,03
    Тефлон на стали 0,04 0,04
    Кость, смазанная синовиальной жидкостью 0,016 0,015
    Туфли на дереве 0,9 0,7
    Обувь для льда 0,1 0,05
    Лед на льду 0,1 0,03
    Сталь на льду 0,4 0.02

    Обратите внимание, что в таблице всегда указаны две поверхности; у вас должно быть две поверхности, чтобы определить файл . Когда кто-то задает вопрос типа «Что такое лед?» они обычно имеют в виду между льдом и льдом, но лучше не задавать такие вопросы и всегда ссылаться на две поверхности.

    Расчет сил трения

    Мы можем суммировать все, что мы узнали о трении, в двух уравнениях, которые связывают силы трения с коэффициентом трения для двух поверхностей и нормальной силой, действующей на поверхности:

    Максимальное статическое трение перед выпуском:

    (1)  

    Кинетическое трение при движении:

    (2)  

    Повседневный пример: проверка физических способностей пожарного

    Кандидаты в пожарные должны пройти тест на физические способности (PAT), который включает перетаскивание манекена по полу.В PAT для города Линкольн, штат Небраска, указано, что кандидаты должны протащить манекен в человеческом обличии весом 170 фунтов на 25 футов вокруг бочки, а затем обратно через начальную точку на общее расстояние 50 футов за шесть минут или меньше. Кандидаты могут тащить манекен только с помощью ремня безопасности, прикрепленного к манекену, и не могут нести манекен.

    Тест проводится на полированном бетонном полу. Коэффициент статического трения между хлопчатобумажной одеждой и полированным бетоном равен 0.5. Если кандидат потянет ремни вертикально вверх с усилием 70 фунтов , какое горизонтальное тяговое усилие должен приложить кандидат, чтобы заставить манекен двигаться?

    Сначала манекен находится в статическом равновесии, поэтому мы знаем, что результирующая сила должна быть равна нулю как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Во-первых, давайте проанализируем вертикальное направление: если кандидат тянет ремни вертикально вверх с силой 70 фунтов , то пол должен обеспечивать нормальную силу 100 фунтов  , чтобы поддерживать манекен.

    Теперь давайте проанализируем горизонтальное направление: статическое трение будет соответствовать любому горизонтальному натяжению, которое обеспечивает кандидат, но в противоположном направлении, так что манекен остается в статическом равновесии до тех пор, пока натяжение не превысит максимальную силу статического трения. Это сила, которую кандидат должен приложить, чтобы заставить манекен двигаться, так что давайте найдем ее. У нас есть коэффициент трения, и мы уже нашли нормальную силу, поэтому мы готовы:

       

    После того, как манекен начинает двигаться, включается кинетическое трение, поэтому мы можем использовать его для расчета кинетической силы трения.Эта сила меньше, чем максимальная статическая сила трения, поэтому для удержания манекена в движении потребуется меньшее усилие, чем для его запуска.

       

    Упражнения с подкреплением

    Человек цепляется за пожарный столб детской площадки. «Firepole» от Donkeysforever, через Wikimedia Commons находится в общественном достоянии

     

    Приведенные уравнения статического и кинетического трения являются эмпирическими моделями, описывающими поведение сил трения. Хотя эти формулы очень полезны для практических целей, они не имеют статуса законов или принципов.Фактически, есть случаи, для которых эти уравнения не являются даже хорошими приближениями. Например, ни одна из формул не является точной для поверхностей, которые хорошо смазаны или скользят на высоких скоростях. Если не указано иное, мы не будем касаться этих исключений.

    Представьте жизнь без трения в хоккее — Урок

    (2 оценки)

    Быстрый просмотр

    Уровень: 6 (5-7)

    Необходимое время: 30 минут

    Урок Зависимость: Нет

    Тематические области: Физические науки

    NGSS Ожидаемые характеристики:


    Поделиться:

    Резюме

    Студенты знакомятся с концепцией инерции и ее применением к миру без силы трения, действующей на движущиеся объекты.Когда объект находится в движении, трение имеет тенденцию быть силой, которая действует на этот объект, замедляя его и в конечном итоге останавливая. Строго ограничивая трение с помощью парящих шайб, учащиеся узнают, что энергия одной движущейся шайбы передается непосредственно другой шайбе, находящейся в состоянии покоя, когда они сталкиваются. Студенты изучают концепцию сохранения энергии через «столкновение» и приходят к пониманию того, что при трении энергия преобразуется в первую очередь в тепло для замедления и остановки движущегося объекта.В связанном упражнении «Шайба останавливается здесь» учащиеся исследуют силу трения объекта, когда между объектом и землей размещаются различные материалы. Они применяют это понимание при разработке новой хоккейной шайбы для Национальной хоккейной лиги. Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

    Инженерное подключение

    Инженеры часто пытаются ограничить потери энергии на тепло, чтобы создать максимально эффективные системы.За счет ограничения трения и создания более эффективных систем для получения того же результата требуется меньше энергии. Когда трение преобразует энергию в тепло, это почти всегда считается «потерянным впустую» в системе.

    Цели обучения

    • Определить силу трения и то, как она действует на замедление движущегося объекта.
    • Объясните сохранение энергии как при наличии трения, так и при его ограничении парящими шайбами.
    • Объясните понятие инерции и ее связь со скольжением шайбы по полу.
    • Объясните, что трение замедляет движение из-за перехода кинетической энергии в тепловую.
    • Объясните, почему инженеры должны понимать трение при проектировании хоккейной шайбы.

    Образовательные стандарты

    Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

    Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

    В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

    NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
    Ожидаемая производительность NGSS

    МС-ПС3-5. Сконструируйте, используйте и представьте аргументы в поддержку утверждения о том, что при изменении кинетической энергии объекта энергия передается объекту или от него.(6-8 классы)

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
    Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
    Научная и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
    Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между фактами и объяснениями.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Применять научные идеи для объяснения явлений, примеров или событий реального мира.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Когда энергия движения объекта изменяется, одновременно с этим неизбежно происходит какое-то другое изменение энергии.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Энергия может принимать различные формы (например,г. энергия в полях, тепловая энергия, энергия движения).

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – технологии
    ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

    Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

    Введение/Мотивация

    Подвесная шайба.авторское право

    Авторское право © 2007 Engineering K-PhD Program, Университет Дьюка

    (Заранее приобретите две парящие шайбы с батарейным питанием для демонстрации класса. Их можно приобрести в Pasco Scientific [SE-7335A; 29 долларов США] и на Amazon.com.)

    Вы когда-нибудь пытались бежать по дорожке со всей возможной скоростью? Довольно легко, да? А теперь подумайте о попытке бежать так же быстро по замерзшему пруду или по хоккейной площадке. Не так просто, да? Трение — это сила между нашей обувью и землей, которая помогает нам бежать, будь то на беговой дорожке или на катке.Как вы думаете, какая поверхность обладает большей силой трения? Если вы думаете о треке, то вы абсолютно правы! Большая сила трения помогает нашей обуви дольше оставаться в контакте с дорожкой, позволяя нам использовать наши мышцы, чтобы отталкиваться от дорожки и бежать быстрее. Меньшая сила трения о хоккейную площадку не позволяет нашим ногам прилипать к площадке, заставляя нас скользить и, скорее всего, падать на лед.

    Хороший способ думать о трении состоит в том, что это сила, которая препятствует движению.Когда вы катите мяч по земле, сила, которая в конце концов заставляет его остановиться, — это трение. Когда мяч соприкасается с землей, кинетическая энергия движущегося мяча переходит в тепло. Это кажется немного странным, не правда ли, мы можем нагревать , просто катая мяч по земле. Почему жители Аляски просто не катают мячи по земле, чтобы согреться в своих домах? Причина в том, что выделяемого тепла едва ли достаточно для обнаружения, хотя оно и присутствует.

    Чтобы продемонстрировать это, я хочу, чтобы все потерли руки.Когда ваши руки двигаются вперед и назад, они обладают кинетической энергией. Поскольку ваши руки соприкасаются, между ними также существует некоторая сила трения. Это трение преобразует кинетическую энергию ваших движущихся рук в тепло. Ты все еще трешь? Ты чувствуешь, как согреваются твои руки? Теперь коснитесь руками своего лица, тепло, которое вы чувствуете, было создано силой трения! Учащиеся также могут проиллюстрировать эту концепцию с помощью практического связанного задания «Сила трения в хоккее: здесь останавливается шайба».

    Можете ли вы представить себе мир без трения? Хотя мы не можем устранить трение, мы можем значительно ограничить его силу.Помните катящиеся шары на Аляске? Что, если бы эти шары катались по вощеному полу? Теперь энергия, которую вы вкладываете в систему, катя мяч, не будет теряться на трение об пол, а может быть передана кеглям в конце дорожки. Да! Боулинг основан на этом принципе; в этом случае мы не хотим, чтобы мяч замедлялся на дорожке, чтобы он мог сбить наибольшее количество кеглей в конце дорожки.

    Мы также можем смоделировать мир без трения с помощью этих двух парящих шайб.(Покажите классу парящие шайбы, а затем приступите к демонстрации.)

    Hover pucks.copyright

    Copyright © 2007 Engineering K-PhD Program, Duke University

    Эти шайбы стреляют воздухом по направлению к земле, так что они парят над землей, а сила трения между землей и шайбой ограничена. Обратите внимание на две шайбы, одна в положении «включено», а другая в положении «выключено». Когда я двигаю шайбы параллельно друг другу, вы замечаете, что шайба в положении «выключено» перемещается не так далеко.Энергия, которую я вложил в систему от толкания шайбы, была преобразована в тепло посредством трения! Когда я включаю обе шайбы и вставляю одну в другую в состоянии покоя, почти вся энергия первой шайбы передается второй шайбе. Это свидетельствует о сохранении энергии в системе. Энергия, которую я вкладываю в систему, когда мои мышцы скользят по шайбе, передается второй шайбе, чтобы она начала двигаться.

    Теперь давайте попробуем тот же эксперимент с выключенными парящими шайбами, лежащими на земле.Что случилось? Первая шайба соскользнула на вторую шайбу, но энергии удалось передать меньше, куда все делось? Она была преобразована в то же самое место, где была преобразована кинетическая энергия наших рук, в тепло! Поскольку первая шайба скользила ко второй, она теряла энергию из-за трения. Она передала меньшее количество энергии второй шайбе, и когда вторая шайба скользила, она также теряла энергию на трение. Таким образом, энергия снова сохранялась, но большая часть энергии превращалась в тепло.

    Хороший способ подумать об этом — ЭНЕРГИЯ ВСЕГДА СОХРАНЯЕТСЯ. Количество энергии в закрытой системе никогда не меняется, и если вы не видите энергию в конце, вы можете почувствовать ее тепло.

    Предыстория урока и концепции для учителей

    Сила трения возникает, когда два объекта соприкасаются друг с другом. Он противостоит движению, то есть, если что-то скользит по полу, трение — это сила, которая в конечном итоге заставляет его остановиться.В мире без трения объект продолжал бы скользить вечно, если бы на него не действовала другая сила. Некоторые поверхности по своей природе имеют меньшее трение. По этой причине шайба скользит по хоккейному полю на большее расстояние, чем по бетонному полю.

    Инерция — это общее определение первого закона движения Ньютона. В нем говорится, что объект в состоянии покоя будет оставаться в состоянии покоя, если на него не действует другая сила, а объект в движении будет оставаться в движении, если на него не действует другая сила.Если взять пример с хоккейной шайбой, единственная сила, замедляющая ее, — это трение, поэтому, если бы трения не было, объект никогда бы не замедлился. Шайбы, используемые в этом уроке, могут продемонстрировать первый закон движения Ньютона, или закон инерции, как его часто называют.

    Последняя концепция, которую демонстрирует этот урок, — сохранение энергии. Эта концепция утверждает, что общее количество энергии в изолированной системе остается постоянным, хотя эта энергия может менять формы. Катящийся объект обладает определенной кинетической энергией или энергией движения.Если «изолированная система» представляет собой, например, бетонную парковку и шар для боулинга, когда шар катится по парковке, количество энергии, которое система имеет, когда шар впервые начинает катиться, такое же, как количество энергии система имеет, когда дело доходит до остановки. Вначале тепловая энергия, или тепловая энергия, связана с температурой окружающей среды, а другая энергия в системе — это начальная кинетическая энергия, которую вы обеспечиваете, катя мяч.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.