Динамика МТ
Динамика МТ1. 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
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
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: 562 | Нарушение авторских прав
mybiblioteka.su — 2015-2019 год. (0.007 сек.)
mybiblioteka.su
10. В чем заключается физическая сущность коэффициента трения качения? Лабораторная работа 2
Исследование крутящих моментов на валу двигателя механизма кантования люльки башенного вагоноопрокидивателя
Цель работы — научиться строить фактические нагрузочные диаграммы
электродвигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме работы (графики крутящих моментов, приведенных к валам электродвигателей, в функции времени).
Общие указания
Башенный вагоноопрокидыватель предназначен для разгрузки полувагонов грузоподъёмность» 60 и 93 т [I]. Вагоноопрокидыватель состоит из опорной металлоконструкции (см.рис.1,а), люльки, механизма опрокидывания (кантования), подвижней платформы на люльке, системы больших и малых противовесов, зажимов с приводным механизмом, ходовых тележек, механизма перемещения предохранительного щита и наклонных съездов. С вагоноопрокидывателем тесно связан толкатель, служащий для подачи вагонов на платформу вагоноопрокидывателя металлоконструкция толкателя выполнена в виде портала, установленного на ходовых тележках.
Люлька (рис.6), являющаяся основной частью вагоноопрокидывателя, состоит из U -образных поперечных балок, скрепленных продольными балками. Внутренние стенки люльки обшиты стальными листами, вертикальная стенка снабжена приварочными брусьями. Цапфами люлька шарнирно присоединена к опорной металлоконструкции. Угол поворота люльки 160˚. На нижней её части расположена платформа с рельсовыми путями для разгружаемых вагонов. Платформа установлена на катках, она служит для перемещения вагона к привалочной стенке. На вертикальных участках двух крайних балок люльки I закреплены при помощи балансирной траверсы подъёмные канаты 2, которые, огибая секторы и балку люльки, а затем блок, навивается на барабан 3. Б углу крайних образных балок люльки закреплены канаты 4, огибающие секторы, балку
Рис.6. Схема механизма кантования люльки башенного вагоноопрокидывателя: 1 — люлька; 2 — приводные канаты; 3 — барабан; 4 — канаты малых противовесов; 5 — малые противовесы; 6 — канаты больших противовесов; 7 — .подвижный блок полиспаста; 8 — большие противовесы.
у блоки и идущие к малым противовесам 5. Канаты больших противовесов 6, закрепленные в углу крайних балок, огибают систему блоков (в том числе блоки 7, поддерживающие большие противовесы 8). В верхнем положении люльки канаты 4 и с удерживают ее от падения и возвращают из верхнего положении в исходное.
Привод механизма кантования двухсторонний (рис.7). Каждая сторона привода имеет электродвигатели постоянного тока 1 и переменного тока 2, тормоза 3 и зубчатые передачи 4, колеса которых жестко сопряжены с коническими шестернями дифференциального редуктора 5. На обоих концах водила 6 смонтированы шестерни 7, которые входят зацепление с зубчатыми венцами 8 барабанов 9. Двигатели переменного тока работают в период разгона и установившегося движения, а двигатели постоянного тока — при движении с ползучей скоростью на конечных участках траектории и при окончательном торможении. Дифференциальный редуктор 5, расположенный между двумя приводами, позволяет механизму кантования работать с меньшей скоростью в случае выхода из строя двигателей одной стороны [4].
Рис.7. Схема привода механизма кантования люльки башенного вагоноопрокидывателя
Материальное обеспечение работы
Лабораторная установка башенного вагоноопрокидывателя.
Секундомер.
Динамометры.
Тензостанция.
Осциллограф.
Штангенциркуль.
Линейка.
8. Амперметр (2 шт.).
Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство и работу механизма кантования люльки башенного вагоноопрокидывателя. Осуществить кантование люльки на угол 160° при помощи электродвигателя правой и левой сторон привода. Обратить внимание на особенности работы дифференциального редуктора. Определить угловую скорость люльки. Вернуть люльку в исходное положение.
Осуществить повторное кантование люльки на угол 160° при помощи электродвигателей левой стороны привода (валы электродвигателей правой стороны привода должны быть заторможены) и для этого случая определить угловую скорость люльки, а также обратить внимание на работу дифференциального редуктора. Вернуть люльку в исходное положение.
2. Поместить в люльку груженый вагон, произвести поворот люльки на углы 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160°.. Для каждого из углов поворота определить усилия в приводных канатах S, в канатах больших противовесов S1, в канатах малых противовесов S2, (см.рис.6). Определить плечи h3, hS1, hS2, вышеуказанных сил. Определить статический момент сопротивления вращению люльки
где 
—
коэффициент, учитывающий момент сил
трения в цапфах люльки, k
= =1,02; знак «+» относится к кантованию,
знак «-» — к возврату люльки;
n — число направляющих блоков, знак «-» относится к подъёму, а знак «+» — к опусканию противовесов;
η — коэффициент полезного действия блока;
—
статический момент сопротивления
вращению люльки.
Полученные данные ввести в табл. 2.
Таблица 2
Параметр | Угол поворота люльки, град | ||||||||
0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | |
S, Н S1, Н S2, Н hS, м hS1, м hS2, м МСТ, Н·м Мδ, Н·м | |||||||||
Построить график зависимости статического момента сопротивления вращению люльки от её угла поворота, МСТ.Л = f (α).
Построить график зависимости момента на барабане от угла поворота барабана, Мδ = f (φδ).
Учитывая, что время пуска электродвигателя tn = 4 с, время торможения tr = = 3 с, время движения люльки с «ползучей» скоростью tmin = 5 с, определив время движения люльки с установившейся скоростью, построить график зависимости угловой скорости барабана от времени (рис.8). Используя вышеуказанный график, построить график зависимости угла поворота барабана от времени (рис.9).
Используя графики Мδ = f (φδ) и φδ = f (t), построить график изменения момента на барабане привода механизма кантования в функции времени.
5.Необходимо учитывать, что Mдв= Ms /i ηпр, где Mдв — момент на валу двигателя; i— передаточное отношение редуктора; ηпр — коэффициент полезного действия передач, соединяющих барабан с валом электродвигателя.
Рис.8. График изменения угловой скорости барана во времени
Рис.9. Зависимость угла поворота барабана от времени
Содержание отчета
Отчет должен включать:
Цель работы.
Краткие теоретические сведения.
Таблицу с экспериментальными и расчетными данными.
Графики зависимостей ωδ = f(t), φδ = f(t), МСТ.Л = f (α), Мδ = f (φδ), Мδ = f (t),
Mдв = f(t).
5. Анализ результатов работы.
Правила техники безопасности при выполнении работы
При изучении конструктивных особенностей механизма кантования люльки его привод должен быть обесточен. На рубильнике необходимо повесить табличку «Не включать — работают люди».
Включать привод механизма кантования можно только с разрешения преподавателя.
Запрещается производить измерения геометрических параметров при работающем приводе.
Перед включением привода механизма кантования люльки необходимо убедиться, что тормоза находятся в «открытом» положении.
Контрольные вопросы
В чем заключаются преимущества передвижных вагоноопрокиды- вателей по сравнению со стационарными?
Как определяется момент сопротивления вращению люльки башенного
вагоноопрокидывателя?
3. Как устроен механизм кантования, люльки башенного вагоноопрокидывателя?
Каковы конструктивные особенности привода механизма кантования люльки?
Как определить момент на барабане привода механизма кантования?
Как устроен механизм фиксации вагонов в люльке вагоноопро- кидывателя?
7. Каково назначение дифференциального редуктора привода механизма кантования люльки вагоноопрокидывателя?
8. Как построится график зависимости момента на барабане в функции
времени?
studfile.net
Сила трения — FizikatTYT
Сила трения (Fтр.) — это сила, возникающая при контакте поверхностей двух тел и препятствующая их относительному перемещению. Она появляется за счёт электромагнитных сил, возникающих атомами и молекулами в месте контакта этих двух объектов.
Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в противоположную по отношению к направлению движения сторону. Например, если толкнуть книгу через стол, то она начнёт движение. Сила, с которой вы воздействовали на книгу, будет перемещать её. Книга скользит, затем замедляется и останавливается из-за влияния силы трения.
Особенности сил трения
Трение, о котором говорилось выше, проявляющееся при движении объектов называют внешним или сухим. Но оно может существовать и между частями или слоями одного объекта (жидкого или газообразного), такой вид называют внутренним.
Главной особенностью назовём зависимость трения от скорости относительного движения тел.
Существуют и другие характерные особенности:
- возникновение при контакте двух движущихся тел поверхностями;
- её действие параллельно области соприкосновения;
- направлена противоположно вектору скорости тела;
- зависит от качества поверхностей (гладкие или шероховатые), взаимодействующих объектов;
- форма или размер объекта, движущегося в газе или жидкости, влияют на величину силы трения.
Виды трения
Выделяют несколько видов. Рассмотрим их различия. На книгу, скользящую по столу, действует трение скольжения.
Сила трения скольжения
, где N — сила реакции опоры.
Обратите внимание на некоторые ситуации:
- Результирующая внешних сил, действующая на тело направлена параллельно поверхности земли, то .
- Если результирующая внешних сил направлена под углом α к поверхности, то
- Тело затаскивают по наклонной плоскости, расположенной под углом α к горизонту, тогда .
Если человек едет на велосипеде, то трение, возникающее во время контакта колеса с дорогой — трение качения. Такой вид силы значительно меньше по величине силы трения скольжения.
Сила трения качения
Существенно меньшие значения величины такого вида силы используют люди, используя колесо, ролики и шариковые подшипники в различных движущихся частях устройств.
Шарль Огюстен Кулон в своей работе по теории трения предложил вычислять силу трения качения следующим образом:
где λ — коэффициент трения качения, R — радиус ролика или колеса, P — вес тела.
Представьте себе ситуацию, в которой человек пытается передвинуть с места на место диван. Человек воздействует на диван некоторой силой, но не может его сдвинуть. Это происходит потому, что диван не ускоряется. То есть, результат действия на диван внешних сил равен нулю. Следовательно силу человека компенсирует сила, равная по величине, но направленная в противоположную сторону. Это сила трения покоя.
Сила трения покоя
F тр. п. действует в ответ на силы, стремящиеся вызвать движение стационарного объекта. Если на неподвижный объект нет внешнего воздействия, то величина этой силы равна нулю. Если внешнее воздействие появляется (F), то сила трения покоя возрастает до максимума, а затем тело начинает движение. Величина силы трения скольжения практически совпадает с максимумом силы трения покоя.
,
μ — коэффициент трения.
Смазка, чаще всего в виде тонкого слоя жидкости, уменьшает трение.
Жидкости или газы — это особые среды, в которых тоже проявляется данный вид сил. В этих средах трение проявляется только во время перемещения объекта. Нельзя говорить о силе трения покоя в данных средах.
Сила трения в жидкостях и газах
Такой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления — она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
Сила сопротивления среды зависит от:
- геометрических размеров и формы объекта;
- вязкости жидкой или газообразной среды;
- состояния поверхности объекта;
- скорости объекта относительно той среды, в которой он находится.
fizikatyt.ru
трение скольжения, покоя и качения :: SYL.ru
Сила трения встречается буквально на каждом шагу. Но знают ли люди, зачем она нужна? В чем вред и польза силы трения? Попробуем разобраться.
Предисловие
На земные объекты действует несколько сил, которые тесно взаимосвязаны между собой и влияют на жизнедеятельность тел. Прежде всего, это сила тяжести, упругости (внутреннее сопротивление тел в ответ на смещение их молекул) и реакции опоры. Но есть еще она очень важная физическая величина, называемая силой трения. Она в отличие от силы тяготения и упругости не зависит от расположения тел. При ее изучении действуют иные законы: коэффициент трения скольжения и сила реакции опоры. Например, если понадобится сдвинуть тяжеловесный шкаф, то с первой же минуты станет понятно, что сделать это непросто. Кроме того, при выполнении данной задачи присутствуют определенные помехи. Что же препятствует усилиям, приложенным к шкафу? А мешает этому не что иное, как сила трения, принцип действия которой изучают еще в школе. Курс физики за 7 класс подробно рассказывает об этом явлении.
Что у нас под ногами?
С ней люди сталкиваются очень часто. Польза трения в том, что мы бы и шагу ступить не смогли, не будь этой физической величины. Именно она удерживает нашу обувь на той поверхности, куда мы ступаем. Каждый из нас ходил по очень скользким поверхностям, например, по льду, и не понаслышке знает, что это очень тяжело. Почему так происходит? Прежде чем рассказать о том, в чем вред и польза силы трения, определимся с тем, что это такое.
Суть понятия
Силой трения называется взаимодействие двух тел, возникающее в месте их соприкосновения и препятствующее их движению относительно друг друга. Различают несколько видов трения – покоя, скольжения и качения.
Причины возникновения
Первая из причин заключается в неизменной шероховатости поверхностей. Именно этот показатель влияет на то, какой вид силы трения будет иметь место. Если речь идет о гладких поверхностях, например, о покрытой металлом крыше или о ледяных участках, то их шероховатость почти не видна, однако это не значит, что ее нет – она присутствует на микроскопическом уровне. В этом случае будет действовать сила трения скольжения. Но если говорить о шкафе, стоящем на ковре, то здесь шероховатости двух объектов будут значительно препятствовать взаимному движению. Второй причиной является электромагнитное молекулярное отталкивание, которое происходит в месте контакта объектов.
Трение покоя
Что происходит в случае, когда мы пытаемся сдвинуть с места шкаф, однако нам не удается переместить его ни на сантиметр. Что удерживает предмет на одном месте? Это сила трения покоя. Дело в том, что приложенные усилия компенсируются силой сухого трения, возникающей между шкафом и полом.
Вред и польза силы трения покоя
Именно сила трения покоя не дает самостоятельно развязаться шнуркам на наших ботинках, выпасть гвоздю, который мы только что вбили в стену, удерживает на месте шкаф. Без нее было бы невозможно передвигаться по земной поверхности ни людям, ни животным, ни автомобилям. Вред трения также присутствует. Он бывает в довольно глобальных масштабах, например, сила трения покоя может привести к деформации обшивки кораблей.
Научное обоснование
Для того чтобы передвинуть шкаф, необходимо приложить к нему силу, которая превзойдет трение. То есть до тех пор, пока применяемые усилия меньше показателя силы трения, мебель останется на месте. Помимо указанных факторов, есть еще сила реакции опоры, которая направленна перпендикулярно плоскости. Она зависит от материала, из которого сделан пол (здесь задействована также сила упругости). Также существует коэффициент трения, зависящий от того, из чего состоят обе поверхности, взаимодействующие друг с другом. Поэтому сила трения, действующая на шкаф, равняется коэффициенту трения, который умножается на силу реакции опоры (поверхности).
Трение скольжения
Итак, чтобы пересилить трение, мы попросили кого-нибудь нам помочь сдвинуть шкаф с места. Что мы обнаружили? Что после того, как мы приложили силу, которая превысила силу трения покоя, шкаф не только сместился, но и некоторое время продолжал двигаться в необходимую сторону, разумеется, с нашей помощью. А потраченные усилия были примерно одинаковы в течение всего пути. В этом случае нам препятствовала сила трения скольжения, направленная в противоположную от приложенного воздействия сторону. Стоит заметить, что ее сопротивление гораздо ниже, нежели у силы трения покоя. Чтобы снизить этот показатель, при необходимости применяются различные смазочные материалы.
Сила трения качения
Если мы вспомним, что когда-нибудь придется двигать шкаф обратно, то решим оснастить его колесиками. В этом случае возникающее взаимодействие будет называться трением качения, поскольку предмет уже будет не скользить, а катиться по поверхности. Катящиеся колесики будут немного вдавливаться в ковер, образовывая бугорок, который нам необходимо будет преодолеть. Этим и обуславливается сила трения качения. Разумеется, если мы покатим шкаф не по ковру, а, например, по паркету, то переместить его будет еще легче, за счет того, что поверхность паркета тверже поверхности ковра. По той же причине велосипедистам ехать по шоссе куда проще, чем по пляжу с мелким песком.
Неоднозначный вопрос
В чем состоит вред и польза силы трения любого типа? Разумеется, приведенные примеры несколько утрированы – в жизни все немного сложнее. Однако несмотря на то, что сила трения имеет очевидные минусы, создающие ряд сложностей в жизни, ясно, что без нее проблем было бы гораздо больше. Поэтому у данной величины есть свои недостатки и преимущества.
Негативные примеры
Среди примеров вреда этой силы на одном из первых мест стоит проблема перемещения тяжеловесных грузов, быстрого изнашивания любимых вещей, а также невозможности создать вечный двигатель, поскольку из-за трения любое движение рано или поздно прекращается, требуя стороннего вмешательства.
Положительные моменты
Среди примеров полезности этой силы то, что мы можем спокойно ходить по земле, не поскальзываясь на каждом шагу, наша одежда прочно сидит и мгновенно не приходит в негодность, поскольку нити ткани удерживаются благодаря трению. Кроме того, люди используют принцип действия этой силы, посыпая скользкие дороги, из-за чего удается избежать множества аварий и травм.
Выводы
Человечество научилось взаимодействовать с данной физической величиной, увеличивая и уменьшая ее в зависимости от поставленных целей. Наша непосредственная задача – попытаться использовать ее максимально эффективно.
www.syl.ru
Силы трения, все виды (покоя, скольжения, качения)
Силы трения всегда направлены вдоль соприкасающихся поверхностей противоположно движению тела. При изменении направления скорости изменяется направление сил трения.
Силы трения, как и силы упругости, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.
Силы трения отличаются от гравитационных сил и сил упругости тем, что эти силы зависят не только от конфигурации тел, т. е. от их взаимного расположения, но также еще от относительных скоростей взаимодействующих тел.
Виды трения
Если силы трения действуют между различными соприкасающимися телами (например, между телом и плоскостью, по которой оно движется или находится в покое), то такое трение называется внешним. Чисто внешнее трение является сухим трением, оно возникает в том случае, если между телами отсутствует слой смазки.
Силы сухого трения существенно зависят от степени обработки соприкасаемых поверхностей, их чистоты и относительной скорости. Силы сухого трения возникают не только при скольжении одного тела по поверхности другого, но и при попытке вызвать такое скольжение. Сила трения, которая существует между телами, которые соприкасаются, но не движутся под действием приложенной силы, носит название силы трения покоя.
В общем случае выделяют три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Экспериментально установлено, что сила трения не зависит от площади поверхности, вдоль которой тела соприкасаются, и пропорциональна силе нормального давления, с которой одно тело действует на другое:
Постоянная называется коэффициентом трения и зависит от природы и состояния трущихся поверхностей.
В некоторых ситуациях трение является полезным. Например, при отсутствии трения невозможными были бы ходьба человека по земле, движение автотранспортных средств. Однако, в некоторых случаях трение вредно. Оно приводит к износу трущихся деталей механизмов, дополнительному расходу горючего на транспорте. В подобных случаях с трением борются путем применения различных смазок (так называемых жидкостных или воздушных подушек) или замены скольжения качением, поскольку трение качения характеризуется значительно меньшими силами по сравнению с трением скольжения.
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
Роль сил трения
Все движения соприкасающихся тел друг относительно друга всегда происходят с трением: ось колеса испытывает трение в подшипнике, а его обод — трение о рельс; дверь открывается со скрипом, свидетельствующим о трении в петлях; шарик, катящийся по горизонтальному столу, останавливается под действием сил трения качения. Когда мы изучаем движение какого-нибудь тела и исключаем из рассмотрения трение, то мы, упрощая задачу, одновременно в той или иной степени искажаем действительное положение вещей. Во всех опытах, которые мы приводили для иллюстрации законов движения, мы предполагали, что трение отсутствует. В действительности же силы трения всегда влияют в большей или меньшей степени на характер движения.
Роль трения не всегда ограничивается торможением движений тел. Во многих случаях движение, например ходьба, становится возможным только благодаря действию сил трения, в частности трения покоя. При ходьбе мы ставим ноги на землю таким образом, что они должны были бы скользить назад, если бы силы трения покоя не существовало (действительно, когда мы пытаемся идти по гладкому льду, то ноги скользят назад). Так как сила трения покоя действует в направлении, противоположном тому, в котором должно было бы возникнуть скольжение, то возникает сила трения покоя, направленная вперед. Она и сообщает телу человека ускорение вперед.
Примерно так же обстоит дело и во всех самодвижущихся экипажах (велосипед, автомобиль, электровоз). Двигатель экипажа вызывает вращение ведущих колес. Если бы сила трения покоя отсутствовала, то экипаж оставался бы на месте и колеса начали бы буксовать, так что точки колеса, прикасающиеся в данный момент к земле или рельсам, проскальзывали бы назад. Возникающая сила трения покоя, действующая на колеса со стороны земли, направлена вперед и сообщает экипажу ускорение либо, уравновешивая другие силы, действующие на экипаж, поддерживает его равномерное движение. Если эта сила трения недостаточна (например, на льду), то экипаж не движется, а колеса буксуют. Наоборот, если у движущегося экипажа, колеса которого вращаются, замедлить вращение колес, не замедляя скорости самого экипажа, то в отсутствие сил трения колеса начали бы скользить по земле вперед; значит, в действительности возникает сила трения, направленная назад. На этом основано действие тормозов.
Если к электровозу прицеплен состав, то, как только электровоз двинется вперед, сцепка растянется и возникнет сила упругости сцепки, которая будет действовать на состав: это и есть сила тяги. Если увеличить силу, действующую со стороны двигателя на колеса, то увеличится и сила трения покоя, а значит, и сила тяги. Наибольшая сила тяги равна наибольшей силе трения покоя ведущих колес. При дальнейшем увеличении сил со стороны двигателя колеса начнут проскальзывать и тяга может даже уменьшиться.
Не менее важную роль играют силы трения покоя и в несамодвижущихся экипажах. Рассмотрим подробнее движение лошади, тянущей сани (рис. 72). Лошадь ставит ноги и напрягает мускулы таким образом, что в отсутствие сил трения покоя ноги скользили бы назад. При этом возникают силы трения покоя 
, направленные вперед. На сани же, которые лошадь тянет вперед через постромки с силой
,со стороны земли действует сила трения скольжения 
, направленная назад. Чтобы лошадь и сани получили ускорение, необходимо, чтобы сила трения копыт лошади о поверхность дороги, была больше, чем сила трения, действующая на сани. Однако, как бы ни был велик коэффициент трения подков о землю, сила трения покоя не может быть больше той силы, которая должна была вызвать скольжение копыт (§ 64), т. е. силы мускулов лошади. Поэтому даже тогда, когда ноги лошади не скользят, все же она иногда не может сдвинуть с места тяжелые сани. При движении (когда началось скольжение) сила трения несколько уменьшается; поэтому часто достаточно только помочь лошади сдвинуть сани с места, чтобы потом она могла их везти.
66.1. Объясните роль сил трения при передаче движения от одного шкива к другому посредством приводного ремня.
sfiz.ru
Причины возникновения сил трения покоя, скольжения, качения и трения в текучих субстанциях
Трение играет огромную роль в технике и в природе. Благодаря его действию движутся пешеходы и автомобили, а предметы, находящиеся на наклонных поверхностях, не соскальзывают с них. В данной статье рассмотрим физические причины возникновения сил трения.
Причины появления силы трения покоя
В физике рассматривают несколько видов сил трения. Начнем с обсуждения трения покоя. Оно представляет собой контактное взаимодействие между двумя твердыми поверхностями, которое препятствует любому их относительному смещению. Например, чтобы сдвинуть шкаф или коробок с места, необходимо преодолеть эту силу.
Причинами возникновения силы трения покоя являются шероховатость контактирующих поверхностей и слабые электрохимические взаимодействия между атомами и молекулами, образующими рассматриваемые тела.
Любая твердая поверхность, насколько бы гладкой она ни являлась, имеет микроскопические пики и впадины неправильной формы. Когда одно тело покоится на поверхности другого, то некоторые пики первого тела попадают во впадины второго, и наоборот. Возникает более или менее эффективное механическое сцепление поверхностей. Очевидно: чтобы сдвинуть рассматриваемые объекты, необходимо будет преодолеть это сцепление.
Помимо механической причины, вклад в трение покоя вносит также электрохимическое взаимодействие атомов и молекул разных тел. Это взаимодействие может носить дипольный или ионный (кулоновский) характер.
Отметим, что изложенные причины и механизм появления трения покоя объясняют, почему соответствующая сила от площади соприкосновения тел не зависит. Когда эта площадь велика, то деформация пиков и впадин незначительна, что уменьшает эффективность одного микроскопического контакта. Однако таких контактов много. Если тело перевернуть так, чтобы площадь соприкосновения стала меньше, то деформация пары пик-впадина становится больше, повышается эффективность контакта, однако самих контактов становится меньше.
Каковы причины возникновения силы трения скольжения
Следующей силой, которую мы рассмотрим, будет сила трения скольжения. Возникает она в области контакта двух твердых поверхностей, когда тела скользят друг относительно друга. Эта сила всегда меньше по величине, чем сила трения покоя, однако от площади контакта она также не зависит.
Причины возникновения силы трения скольжения аналогичны таковым для трения покоя. Особенность скольжения заключается лишь в том, что микроскопические пики и впадины поверхностей в процессе движения не успевают сильно деформироваться и осуществить плотный механический контакт друг с другом. Поэтому сила скольжения оказывается меньше, чем сила трения в покое для одной и той же пары тел.
Знание названой причины возникновения силы трения скольжения используется в технике для ее уменьшения или увеличения. Например, применение смазки для лыж уменьшает шероховатость их поверхности, что приводит к снижению силы трения. Наоборот, использование соли и песка на скользких дорогах призвано модифицировать поверхность в сторону увеличения ее шероховатости.
Почему появляется трение качения?
Еще одним видом трения между твердыми телами является трение качения. Оно проявляет себя, когда любое тело катится по поверхности, например, колесо автомобиля по асфальту.
Какова причина возникновения силы трения качения? Естественно, шероховатость соприкасающихся поверхностей играет определенную роль в замедлении движения. Однако это не основная причина. Главной же причиной является деформационный гистерезис. В точке контакта колеса с поверхностью возникает некоторая небольшая упругая деформация. Когда колесо катится, каждая зона его поверхности испытывает циклическую деформационную нагрузку. Неполное восстановление исходной формы колеса после деформации называется гистерезисом. Именно он ответственен за перевод механической энергии в тепловую, что на практике проявляется в виде трения качения.
Причина трения при движении в газах и жидкостях
Каждый знает, что такое ветер и морские течения. С точки зрения физики эти процессы представляют собой направленное движение огромного числа атомов и молекул, из которых состоят текучие субстанции. Причина возникновения силы трения в этих субстанциях заключается в многочисленных соударениях с молекулами газов и жидкостей твердого тела при его движении в текучих субстанциях. Каждая молекула при столкновении с телом передает ему импульс, направленный против вектора перемещения. Величина этого импульса невелика, однако число молекул огромно, поэтому результирующая сила трения носит макроскопический характер.
fb.ru