просто и понятно о ее сущности и формулах
Содержание:
Сила трения возникает из соприкосновения поверхностей двух физических тел, пребывающих в движении по отношению друг к другу. Теория трения издревле волновала умы человечества, древние инженеры: строители Египетских пирамид, Стоунхенджа в Англии или таинственных каменных истуканов на острове Пасхе, все они (как впрочем, и их современные коллеги) решали насущную проблему, связанную с трением и тем как его максимально уменьшить. Ведь именно сила трения делает трудным перемещение тяжелых грузов по земле (тех же камней для пирамид или Стоунхенджа), и чтобы облегчить эту задачу, нашими далекими предками было придумано такое полезное изобретение как колесо и сделано множество других важных открытий. В нашей статье мы посмотрим на силу трения в физическом аспекте, разберем, как действует она на те или иные тела, какие есть ее виды и формулы расчета.
Определение
Что такое сила трения? Классическое определение звучит так: сила трения – это сила, появляющаяся при соприкосновении двух тел во время движения и препятствующая этому самому движению. Иными словами, чем больше сила трения между телами, тем труднее их двигать относительно друг друга. Что же касается самой физической природы трения, то оно появляется как результат взаимодействия между атомами и молекулами тел, соприкасающихся между собой.
Также стоит заметить, что при трении двух тел на них действует третий закон Ньютона: сила трения, действующая на первое тело (тело А), равна силе трения, действующей на второе тело (тело Б), только по модулю эти силы имеют противоположное направление.
На этой картинке, сила трения, действующая на холодильник, равна силе трения, действующей на пол, но направлены эти силы в противоположные стороны.
Виды трения
В зависимости от характера движения тел различают такие виды сил трения как:
- Покоя.
Сила трения покоя возникает при соприкосновении двух тел, которые, однако, не движутся относительно друг друга, и имеет нулевое значение. - Скольжения. Сила трения скольжения – наиболее классическая иллюстрация действия трения, возникает при скольжении тел относительно друг друга. На ее величину влияет масса тела (чем она больше, тем больше сила трения), характер поверхности (разумеется, при скольжении по льду сила трения будет в разы меньше чем при скольжении по земле).
- Качения. Сила трения качения появляется, когда одно тело катится по поверхности другого, например, при езде на велосипеде или автомобиле. При качении сила трения гораздо меньше, чем при скольжении. Это опытным, эмпирическим путем установили еще те далекие наши предки, которые изобрели колесо – величайшее изобретение в истории науки и техники.
- Верчения. Сила трения верчения проявляется при вращении одного тела по поверхности другого.
Что же касается самого трения то и оно бывает нескольких видов:
- Сухое – проявляется при соприкосновении твердых поверхностей.
- Вязкое, также подобное трение называют жидкостным, появляется при соприкосновении твердого тела c жидкостью либо газом. Например, на корабль, плывущий по воде, как и на поверхность воды, действует вязкое (жидкостное) трение. Сила вязкого трения обычно гораздо меньше силы сухого трения.
- Смешанное, возникает, когда между поверхностями, которые соприкасаются, есть слой смазки.
Интересный факт: при осаде Константинополя в 1453 году турки, чтобы обойти специальную цепь, преграждающую путь турецким кораблям в залив Золотой Рог перетянули их по суше. А для того, чтобы уменьшить силу трения при перемещении больших тяжелых военных кораблей сделали настил из деревянных рельсов, который обильно смазали салом. Таким образом, благодаря смазке и смешанному трению, сила которого гораздо меньше, чем при трении сухом, турки удачно воплотили свой замысел, приведя защитников Константинополя в подлинное смятение.
Султан Мехмед II наблюдает за перевозкой своих судов.
Как видите, знание законов физики и механики не раз и не два находило свое практическое воплощение в реальной жизни.
Но вернемся от истории снова к физике, трение также разделяют на внешнее и внутреннее. Внешнее трение характерно для взаимодействия исключительно твердых тел. Внутреннее трение характеризуется вязкостью и возникает при взаимодействии жидкостей или газов, а такое взаимодействие может происходить внутри условно одного тела. Например, в водах мирового океана есть разные течения, с более холодной или более теплой водой, при взаимодействии этих течений между ними и возникает внутреннее трение.
Как найти
Чтобы рассчитать силу трения необходимо знать коэффициент трения k, который зависит от характера поверхности. Коэффициент трения – постоянная величина и его значение можно узнать из специальной таблицы.
Помимо коэффициента трения необходимо знать силу реакцию опоры N, которая, по сути, равна силе тяжести (гравитации) зависящей от массы тела (m) и ускорения свободного падения.
Ее формула будет иметь следующий вид:
N = m * g
Где m – масса тела, а g – ускорение свободного падения, это постоянная величина равная 9,8 м/с2.
Формула
Сила трения высчитывается путем произведения реакции опоры N и коэффициента трения k. Формула силы трения будет иметь следующий вид:
Fтр = k * N.
В некоторых формулах коэффициент трения k обозначается символом µ.
Написанные выше расчеты справедливы в самом простом случае, когда тело лежит на строго горизонтальной поверхности.
Если же движение происходит по наклонной плоскости, то расчеты силы трения несколько усложняются. На тело, как и раньше, действует сила гравитации и реакция опоры поверхности, но не в одном направлении.
Таким образом, формула силы трения для тела, которое движется по наклонной поверхности, будет иметь следующий вид:
Fтр = k * m * g * cosα.
Где k – коэффициент трения, m – масса тела, g гравитационная постоянная (помним, что она равна 9,8 м/с2), cosα – отношение катета, прилежащего к углу, к гипотенузе треугольника (косинус).
При определении силы трения на наклонных поверхностях ярко проявляется связь между физикой и геометрией.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
- Сила трения. ЗФТШ, МФТИ. Дата обращения 14 февраля 2019.
- Енохович А. С. Справочник по физике. — Просвещение, 1978. — С. 85. — 416 с.
- Зайцев А. К. Основы учения о трении, износе и смазке машин. Часть 1. Трение в машинах. Теория, расчет и конструкция подшипников и подпятников скольжения. Машгиз. М.-Л. — 1947. 256 с.
- Bowden F. P., Tabor D. The Friction and Lubrication of Solids. Oxford University Press, 2001.
Persson Bo N. J.: Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Springer, 2002. - Popov V. L. Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation, Springer, 2009.
- Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials. Wiley-Interscience, 1995.
Видео
И в завершении образовательное видео по теме нашей статьи.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.
Страница про автора
Схожі записи:
Что такое сила трения: простое объяснение и формулы
- Сила трения в повседневной жизни
- Виды трения: примеры
- Законы трения
- Сила трения: формула/a>
- Как найти силу опоры?/a>
Некоторые физические явления могут казаться слишком сложными для понимания, особенно если изучать их только с научной точки зрения.
Физика считается одним из самых сложных предметов школьной программы. Одно дело изучить все формулы наизусть, однако пониматься в них – задача не из простых. Неудивительно, что большинство школьников и студентов высших учебных заведений нуждаются в дополнительных занятиях, чтобы усвоить учебный материал.
Если вы хотите улучшить свои знания по физике, рекомендуем не медлить и просто обратиться за помощью к репетитору. Для этого воспользуйтесь сайтом БУКИ – супер удобной платформой для поиска преподавателей по любым предметам.
Сила трения в повседневной жизниЕще на уроке физики в 7 классе мы изучили, что трение – это сила между двумя поверхностями, которые скользят или пытаются скользить друг на друге.
Звучит немного сложновато, поэтому лучше объяснить на примере.
Что такое трение? В природе это физическое явление отвечает за множество процессов, которые мы наблюдаем каждый день. Мы ходим по земле, белки прыгают на ветках деревьев, вода точит камень, снежная лавина спускается с горы, машина едет по дороге – все это и есть сила трения.
Как действует трение?Трение всегда действует в направлении, противоположном тому, в котором пытается двигаться объект. То есть трение всегда замедляет передвижение движущегося объекта. Величина трения зависит от материалов, из которых сделаны две поверхности. Чем шершавее поверхность, тем больше будет сила трения.
Хотя две контактирующие поверхности могут казаться очень гладкими, в микроскопическом масштабе они имеют много неровностей и впадин, которые приводят к трению. На практике невозможно создать предмет, имеющий совершенно гладкую поверхность.
Согласно Закону о сохранении энергии ни одна энергия в системе никогда не уничтожается.
В большинстве случаев трение производит тепловую энергию, рассеиваемую через среду и сами предметы. Проверить утверждение, что трение производит тепло, достаточно просто. Попытайтесь быстро потереть руки. Вы почти сразу почувствуете, что они станут теплее ваших движений.
Трение – чрезвычайно полезная сила. Оно предотвращает скольжение нашей обуви по поверхности земли во время ходьбы, а также предотвращает скольжение автомобильных шин по дороге. Иногда мы хотим уменьшить силу трения. Например, мы используем масло, чтобы уменьшить трение между движущимися частями двигателя автомобиля, которые со временем могут выходить из строя из-за постоянного взаимодействия. Масло разделяет поверхность и может протекать между ними. Уменьшение трения означает, что движущиеся части автомобиля меньше изнашиваются и выделяется меньше тепла.
Читайте также: Как быстро выучить таблицу Менделеева?Виды трения: примеры
Выделяют 3 вида трения: сила трения скольжения, сила трения покоя и сила трения качения.
Сила трения скольжения | Сила трения покоя | Сила трения качения |
Это сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого. | Возникающая сила, когда пытаются сдвинуть одно из тел, препятствующее движению другого тела | Это сила, которая возникает, когда круглое тело катится по поверхности другого тела. |
Пример: Катание на санках, которое обожают все детишки. Производители санок создают их таким образом, чтобы поверхность ножек имела практически идеальную гладкость и они быстро спускались со снежных горок. | Пример: Когда вам нужно передвинуть с одного места на другое тяжелый шкаф, диван или просто стул. Именно за такие процессы отвечает сила трения покоя. | Пример: Движение автомобиля по дороге. Благодаря колесам машина может двигаться по дороге с бешеной скоростью и малыми энергетическими затратами. |
Сложность выполнения этих манипуляций состоит в том, что объект, который вы хотите сместить, находится в состоянии покоя, а вы пытаетесь сдвинуть его с помощью внешней силы.С понятием трения классически отождествляют закон Амонтова-Кулона. Хотя впервые о силе трения рассказывал еще Леонардо да Винчи. В 1519 году он сформулировал утверждение, согласно которому трение – это процесс, возникающий при контакте одного тела с поверхностью другого тела. При этом сила трения должна быть пропорциональна нагрузке, направленной против направления движения.
Уже в 1699 году Амонтов открыл модель Леонардо да Винчи, а Кулон окончательно обосновал ее в своих работах. Для определения силы трения ученые ввели понятие коэффициента трения – физической константы, благодаря которой можно определить силу трения для любых контактирующих между собой материалов в условиях трения.
Читайте также: Что такое фотосинтез?Сила трения: формула
Формула силы трения обычно выглядит так:
Fтр = k*N
Где:
- Fтр – это обозначение силы трения в физике.
- k – коэффициент трения.
- N – это сила сопротивления.
Сила трения измеряется в Ньютонах (Н).
Как найти коэффициент трения?Как мы говорили ранее, коэффициент трения – это постоянная величина. В некоторых формулах его могут обозначать не буквой k, а символом µ. Определять коэффициент по отдельности не нужно, стоит лишь узнать значение в специальной таблице, где каждый материал имеет соответствующий показатель.
Как найти силу опоры?
В отличие от коэффициента трения силу опоры нужно определять самостоятельно.
Она имеет простую формулу:
N = m * g
- N – это обозначение силы опоры в физике.
- m – масса тела, действующего на поверхность другого тела.
- g – ускорение свободного падения. Величина g постоянна. Она равна 9,8 м/с2.
Для расчета силы трения качения используют несколько иную формулу – силу тяги. Сила тяги считается главной движущей силой любого транспортного средства. Она появляется в районе контакта авто шины и дорожного покрытия.
Сила тяги – это сила, прикладывающаяся на неподвижную поверхность для поддержания тела в постоянном движении. Силу тяги обычно находят с помощью второго закона Ньютона, в котором говорится что: сумма сил, влияющих на движущееся тело, равна массе, умноженной на ускорение.
Чаще силу тяги находят с помощью общей формулы:
Ft – Fc = m * a
- Fт – сила тяги.
- Fс – сила сопротивления.
- m – масса тела.
- a – ускорение.
Ошибочно утверждать, что физика – это простая наука, которая по силам каждому. Во многих случаях, чтобы действительно понять сложную тему по этому предмету, недостаточно просто послушать урок или лекцию. Следует уделять много времени теории, а также на практике проверять каждую формулу, закон или аксиому.
Индивидуальные занятия – один из лучших способов изучить непонятный предмет, в частности, физику. Если вам нужен репетитор, вы можете найти его на нашей платформе БУКИ. Мы собрали более 90 тысяч учителей в одном месте, чтобы вы могли выбрать специалиста в соответствии с вашими потребностями и пожеланиями.
Читайте также: Тренируем память: советы для взрослых и детей
Каковы 4 основных типа трения?
ОПИСАНИЕ
Пловец в воде демонстрирует трение
ИСТОЧНИК
Zena Holloway / The Image Bank / Getty
Трение — это сопротивление между двумя предметами, когда они трутся друг о друга. Откройте для себя четыре различных типа трения на примерах.Различные виды трения
Когда речь заходит о силе, трение первое, что приходит на ум. Например, если вы катите мяч с холма, в конце концов он перестанет двигаться. Почему? Из-за трения. Сила трения мяча о землю останавливает его движение. Если бы трение не было фактором, мяч бы никогда не переставал катиться. Он замедлился бы, но продолжал бы двигаться вперед с точностью до минуты.
Кроме того, разные поверхности имеют разное трение. Посмотрите на это в действии, толкая игрушечную машинку по деревянному полу, а затем по ковру. Гораздо труднее толкать ковер, и в этом виновато трение.
Поскольку вы имеете представление о том, что такое трение, изучите различные виды трения. Получите примеры каждого, чтобы улучшить ваше понимание.
Реклама
Жидкое трение
Когда вы слышите жидкостное трение , на ум может прийти трение в воде.
Однако жидкостное трение — это не просто вода или то, что вы могли бы считать «жидкостью», например, кофе или чай. Жидкость означает нечто, не имеющее четкой формы, например, газ и жидкость. Например, газы и мед также подвержены жидкостному трению.
Теперь, когда вся жидкость очищена, пришло время взглянуть на жидкостное трение. Проще говоря, жидкостное трение — это сопротивление, возникающее, когда что-то пытается двигаться в газе или жидкости или через них. Он бывает двух видов: внешнее и внутреннее трение.
- Внешнее трение — сила трения при движении через него твердого тела.
- Внутреннее трение — это трение самих молекул жидкости.
ОПИСАНИЕ
Внешнее жидкостное трение из окна автомобиля
ИСТОЧНИК
Simona Pilolla / EyeEm / Getty
Изучите несколько примеров, чтобы увидеть жидкостное трение в действии.
- Воздух давит на вашу руку, когда вы высовываете ее из окна автомобиля (внешний)
- Вода давит на тело пловца, когда он движется через него (внешний)
- Движение вашего кофе, когда вы его перемешиваете ложка (внешняя)
- Всасывание воды через соломинку (внутренняя)
- Подводная лодка, движущаяся по воде (внешняя)
Реклама
Трение качения
Пример мяча, катящегося с холма, является примером трения качения .
При трении качения одной из поверхностей является колесо, шарик или ролик, составляющие «катящуюся» часть этого вида трения.
ОПИСАНИЕ
Пример фрикционного ролика качения
ИСТОЧНИК
Sarah Casillas / DigitalVision / Getty
Чтобы определить это, трение качения — это сопротивление, возникающее между движущимися поверхностями при качении. Эта концепция имеет несколько примеров.
- Бросание скибола
- Катание на роликах по улице
- Катание шара для боулинга по дорожке
- Автомобиль, катящийся по дороге
- Катание по улице на скейтборде 900 15
ОПИСАНИЕ
Пример трения скольжения девочка тянет собаку на упряжке
ИСТОЧНИК
Per Breiehagen / Stone / Getty
- Шайба, движущаяся по льду в хоккее
- Толкание книги по полу
- Волочение саней в гору
- Волочение тела по ковру
- Волочение ноги по тротуару
ОПИСАНИЕ
Пример вазы статического трения на столе
ИСТОЧНИК
Нина Вартанава / EyeEm / Getty
- Книга на столике
- Растение на прилавке
- Тележка для покупок в корале
- Комод на полу
- PlayStation на развлекательном центре
Внутреннее трение
Трение скольжения
У вас есть столкнулся с трением скольжения , даже не зная, что это такое. Трение скольжения — это сопротивление, возникающее при скольжении двух твердых поверхностей друг по другу. Например, написать свое имя на бумаге или толкнуть стул по полу — оба типа трения скольжения.
Реклама
На трение скольжения могут влиять несколько факторов, включая плоскостность и шероховатость поверхности.
поверхность, размер объекта и скорость. Нужна более четкая картина трения скольжения? Попробуйте эти примеры для размера.
Вы когда-нибудь замечали, что намного легче толкать уже движущийся объект, чем толкать объект в состоянии покоя? Это не только ты. Первый толчок самый трудный для всех. Причина статического трения . Этот тип существует между поверхностью и объектом в состоянии покоя. Статическое трение заставляет эти две поверхности слегка прилипать друг к другу, делая первый толчок сильнее.
Реклама
Примеров статического трения множество.
Изучение типов трения
Трение повсюду, от книги, лежащей на вашем столе, до скейтборда, катящегося по улице.
Продолжайте изучать физику, рассматривая примеры инерции. Он расскажет вам все о том, почему объекты не хотят переставать двигаться.
Силы: виды трения | Бесплатная помощь с домашними заданиями
Силы: виды трения https://schooltutoring.com/help/wp-content/themes/movedo/images/empty/thumbnail.jpg 150 150 ШколаРепетиторская Академия ШколаРепетиторская Академия https://secure.gravatar.com/avatar/983a20e95a059722e4981790f518b20b?s=96&d=mm&r=g
Сила трения возникает на поверхностях соприкосновения двух тел и препятствует (противостоит) их относительному движению. например воздуха в самолете или воды в трубе.
Это не фундаментальная сила, так как она получается из электромагнитных сил между атомами и электронами, и поэтому не может быть рассчитана из первых принципов, а вместо этого должна быть найдена эмпирически.
Когда соприкасающиеся поверхности движутся относительно друг друга, трение между двумя объектами преобразует кинетическую энергию в тепловую энергию или тепло.
Сила трения между двумя телами зависит от величины перпендикулярных сил соприкасающихся поверхностей. Эта перпендикулярная сила известна как нормальная сила (R) , а отношение силы трения к нормальной силе известно как коэффициент трения .
Деформированная поверхность давит на тело с нормальной силой R , перпендикулярной поверхности. Это называется нормальной реакцией. Он уравновешивает мг , т. е.
R = мг
Предположим, что к блоку справа приложена небольшая сила P , как показано на рисунке. Сила трения F противодействует движению.
Пока блок не движется,
F = P
Это означает, что по мере увеличения P трение F также увеличивается, оставаясь всегда равным P.
Типы трения
Возникает из-за относительного движения между любыми двумя слоями жидкости. Внутреннее трение также называют вязкостью жидкости.
2. Внешнее трение
Возникает, когда два тела, соприкасающиеся друг с другом, пытаются двигаться или когда между ними происходит относительное движение. Внешнее трение также называют контактным трением .
Внешнее трение бывает трех типов:
1. Статическое трение
Противодействующая сила, которая вступает в игру, когда наше тело стремится двигаться по поверхности другого тела, но фактическое движение еще не началось. Как видно из вышеприведенного фигура, величина статического трения не постоянна. Он всегда настраивается так, чтобы быть равным приложенной силе.
2. Предельное трение
По мере увеличения приложенной силы наступает стадия, когда одно тело находится на грани движения по другому.
Трение покоя на этом этапе, очевидно, равно максимум. Это максимальное значение статического трения называется предельной силой.
3. Кинетическое трение
Когда мы немного увеличиваем приложенную силу сверх предельного трения, начинается фактическое движение. Это не означает, что трение исчезло. Это означает только то, что приложенная сила теперь больше, чем сила ограничивающей силы. Сила трения на стадии называется кинетическим трением или динамическим трением .
Кинетическое трение всегда немного меньше предельного трения. Это потому, что однажды движение начинается фактически; инерция покоя преодолена. Кроме того, когда движение действительно началось, неровности одной поверхности имеют мало времени, чтобы снова зафиксироваться в неровностях другой поверхности.
Дальнейшее кинетическое или динамическое трение может быть следующих типов:
i. Трение скольжения – Противодействующая сила, которая возникает, когда одно тело фактически скользит по поверхности другого тела, называется трением скольжения.