Трение это в физике: Сила трения и сила сопротивления — урок. Физика, 7 класс.

В проекции на ось Y (данная ось параллельна силе реакции опоры) из уравнения (1.1) получим:

В проекции на ось X имеем:

Так как можно принять, что:

то получаем:

Ответ. $\mu=\operatorname{tg}(\alpha)$

Читать дальше: Формула силы тяжести.

Трение. Сила трения • 7 класс • Физика

Содержание

Давайте рассмотрим обычные и всем нам знакомые ситуации. Например, езду на велосипеде.

Когда велосипедист крутит педали — велосипед едет, а когда не крутит — велосипед начинает тормозить и вскоре останавливается.

Сани, скатившись с горы, постепенно теряют скорость и тоже останавливаются (рисунок 1).

Рисунок 1. Движение и остановка санок

Мы знаем, что причиной всякого изменения скорости движения (в данном случае уменьшения) является сила. Значит, и в рассмотренных примерах на каждое движущееся тело действовала сила.

Существуют разные уже изученные нами ранее силы: сила тяжести, сила упругости, вес тела. В приведенных выше примерах фигурировала сила трения. Именно о ней и пойдет речь на данном уроке.

Что такое сила трения?

Итак, разберем это понятие.

Сила трения — это сила, возникающая при взаимодействии двух тел и препятствующая их относительному движению.

Обозначается она буквой $F$ с индексом, то есть следующим образом: $F_{тр}$.

Взглянем на силу трения на примере движущихся саней (рисунок 2). Она направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел в сторону, противоположную скорости движения тела (саней) по неподвижной поверхности.

Рисунок 2. Сила трения при движении саней по снегу

{"questions":[{"content":"Укажите правильное определение понятия <b>сила трения</b>.[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["сила, возникающая при взаимодействии двух тел и препятствующая их относительному движению","сила, возникающая при взаимодействии двух тел и способствующая их относительному движению","сила, возникающая при взаимодействии двух тел и никак не влияющая на их относительное движение"],"answer":[0]}}}]}

Причины возникновения трения

В чем заключаются причины трения?

1. Шероховатость поверхностей тел

Гладкие на ощупь тела тоже имеют неровности, бугорки и царапины.

С помощью современных лазерных микроскопов сейчас можно увидеть даже самые незаметные неровности. Например, на рисунке 3 вы можете увидеть изображение поверхность листа стали, прошедшего обработку. Для наших невооруженных глаз такой стальной лист будет казаться идеально гладким, но это не так.

Рисунок 3. Поверхность стального листа под лазерным микроскопом

Из-за этого, когда одно тело скользит или катится по поверхности другого, эти неровности цепляются друг за друга. Это создает силу, препятствующую движению.

2. Взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел

Другая причина возникновения трения — взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел. Если поверхности тел идеально гладкие, то при соприкосновении молекулы тел находятся очень близко друг к другу. В этом случае заметно проявляется притяжение между молекулами тел (рисунок 4).

Рисунок 4. Взаимное притяжение молекул при соприкосновении двух тел

{"questions":[{"content":"В чем заключаются причины возникновения силы трения?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Шероховатость тел","Взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел","притяжение всех тел друг к другу из-за всемирного тяготения","наличие у тел веса"],"answer":[0,1]}}}]}

Изменение силы трения.

Смазка

Силу трения можно уменьшить во много раз, если ввести между трущимися поверхностями смазку. Ее слой разъединит поверхности трущихся тел (рисунок 5).

Как смазка влияет на силу трения?
В этом случае соприкасаются не поверхности тел, а слои смазки. Смазка же в большинстве случаев жидкая, а, как известно, трение жидких слоев меньше, чем твердых.

Рисунок 5. Уменьшение силы трения с помощью смазки
Например, на коньках малое трение при скольжении по льду объясняется также действием смазки. Смазкой в этом случае является вода, образующаяся между коньками и льдом тонким слоем. 

Именно из-за маленького трения жидкости мы поскальзываемся на вымытом полу. А в технике благодаря меньшему трению жидкости в качестве смазки широко применяют различные масла. 

{"questions":[{"content":"Как можно уменьшить трение?[[choice-7]]","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":["использовать смазку","отполировать поверхности соприкасающихся тел","плотнее прижать тела друг к другу","Сделать поверхности тел более шершавыми"],"answer":[0,1]}}}]}

Виды трения

Какие виды трения вы знаете?
Если одно тело скользит по поверхности второго, то возникает особое трение — трение скольжения. Оно возникает, например, при движении саней или лыж по снегу, при скольжении коньков по льду (рисунок 6).

Рисунок 6. Пример трения скольжения

Если же первое тело не скользит, а катится по поверхности второго, то возникающее при этом трение называют иначе — трением качения.

Оно проявляется при перекатывании бревна или бочки по земле, при движении автомобиля, велосипеда и других транспортных средств на колесах (рисунок 7).

Рисунок 7. Примеры трения качения

{"questions":[{"content":"Человек передвигает кресло, толкая его перед собой. В этот момент между креслом и полом возникает[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["трение скольжения","трения качения","трение передвижения"],"answer":[0]}}}]}

Измерение силы трения

Силу трения можно не только изменить, применяя смазку, как было сказано ранее, но еще и измерить.

Как можно измерить силу трения?
Возьмем деревянный брусок и прикрепим к нему динамометр. Теперь будем его двигать, держа динамометр горизонтально (рисунок 8, а). Что покажет прибор?

Рисунок 7. Измерение сила трения

На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Это сила упругости пружины динамометра, направленная в cторону движения, и сила трения, направленная против движения.

Брусок движется равномерно, значит эти две силы компенсируют друг-друга (их равнодействующая равна 0). Следовательно, эти две силы равны по модулю, но имеют разные направления.

Таким образом, динамометр показывает силу, равную по модулю силе трения.

Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при равномерном движении, мы измеряем силу трения.

Как показать, что сила трения зависит от силы, прижимающей тело к поверхности?
Какие сани легче тащить: с грузом или без? Конечно, с грузом.
Также если мы положим на наш брусок какой-нибудь груз, и таким же образом измерим силу трения, то увидим, что она больше, чем у бруска без груза.

Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем больше возникающая при этом сила трения.

Как показать на опыте, что при равных нагрузках сила трения скольжения больше силы трения качения?
Положив брусок на круглые палочки (рисунок 8, б), мы измерим силу трения качения. Она будет меньше силы трения скольжения.

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

Именно поэтому мы повсеместно используем колесо, ведь оно помогает «заменить» силу трения скольжения на намного меньшую силу трения качения.

{"questions":[{"content":"Укажите, какие из приведенных высказываний верны.[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем <b>больше</b> возникающая при этом сила трения","При равных нагрузках <b>сила трения качения</b> всегда меньше <b>силы трения скольжения</b>","При равных нагрузках <b>сила трения скольжения</b> всегда меньше <b>силы трения качения</b>","Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем <b>меньше</b> возникающая при этом сила трения"],"answer":[0,1]}}}]}

Упражнение

Лыжник спускается с горы и далее скользит по горизонтальной лыжне. На рисунке 9 изобразите силу трения и точку ее приложения.

Рисунок 9. Движение лыжника со склона

Посмотреть ответ

Скрыть

На рисунке 10 изображена сила трения. Она возникает между соприкасающимися телами (лыжами и снежной поверхностью) и направлена в сторону, противоположную движению лыжника.

Рисунок 10. Сила трения при спуске лыжника со склона

5.1 Трение — Колледж физики 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Обсудите общие характеристики трения.
• Описать различные виды трения.
• Рассчитайте величину статического и кинетического трения.

Трение — это постоянно присутствующая вокруг нас сила, которая противодействует относительному движению между соприкасающимися поверхностями, но также позволяет нам двигаться (что вы обнаружили, если когда-либо пытались ходить по льду). Хотя трение является обычной силой, поведение трения на самом деле очень сложное и до сих пор полностью не изучено. Мы должны в значительной степени полагаться на наблюдения для любого понимания, которое мы можем получить. Однако мы все еще можем иметь дело с его более элементарными общими характеристиками и понять обстоятельства, в которых он ведет себя.

Трение

Трение — это сила, противодействующая относительному движению между соприкасающимися поверхностями.

Одной из самых простых характеристик трения является то, что оно параллельно поверхности контакта между поверхностями и всегда в направлении, противодействующем движению или попытке движения систем друг относительно друга. Если две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга, то трение между ними называется кинетическим трением. Например, трение замедляет скольжение хоккейной шайбы по льду. Но когда объекты неподвижны, статическое трение может действовать между ними; статическое трение обычно больше, чем кинетическое трение между поверхностями.

Кинетическое трение

Если две поверхности соприкасаются и движутся друг относительно друга, то трение между ними называется кинетическим трением.

Представьте, например, что вы пытаетесь сдвинуть тяжелый ящик по бетонному полу — вы можете давить на ящик все сильнее и сильнее и не двигать его вообще. Это означает, что статическое трение реагирует на то, что вы делаете — оно увеличивается, чтобы быть равным вашему толчку и в противоположном направлении. Но если вы, наконец, нажмете достаточно сильно, ящик, кажется, внезапно соскользнет и начнет двигаться. Находясь в движении, его легче поддерживать в движении, чем было запустить, что указывает на то, что кинетическая сила трения меньше, чем статическая сила трения. Если вы добавляете массу к ящику, скажем, кладете на него коробку, вам нужно давить еще сильнее, чтобы он начал двигаться, а также чтобы он продолжал двигаться. Кроме того, если вы смазаете бетон маслом, вам будет легче запустить ящик и поддерживать его в рабочем состоянии (как и следовало ожидать).

Рисунок 5.2 является грубым графическим представлением того, как возникает трение на границе раздела двух объектов. При ближайшем рассмотрении этих поверхностей видно, что они шероховатые. Поэтому, когда вы нажимаете, чтобы заставить объект двигаться (в данном случае ящик), вы должны поднимать объект до тех пор, пока он не сможет прыгать вместе с ударами только кончиками поверхности, отламывать точки или делать и то, и другое. Значительной силе можно сопротивляться трением без видимого движения. Чем сильнее прижимаются поверхности друг к другу (например, если на ящик кладут еще одну коробку), тем больше усилий требуется для их перемещения. Часть трения обусловлена ​​силами сцепления между поверхностными молекулами двух объектов, которые объясняют зависимость трения от природы веществ. Адгезия зависит от контактирующих веществ и представляет собой сложный аспект физики поверхности. Когда объект движется, становится меньше точек соприкосновения (меньше прилипающих молекул), поэтому для удержания объекта в движении требуется меньшее усилие. При малых, но отличных от нуля скоростях трение почти не зависит от скорости.

Рисунок 5.2 Силы трения, такие как ff, всегда препятствуют движению или попытке движения между соприкасающимися поверхностями. 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 идеально гладкие поверхности не лишены трения. Такие силы сцепления также зависят от веществ, из которых сделаны поверхности, что объясняет, например, почему обувь с резиновой подошвой скользит меньше, чем обувь с кожаной подошвой.

Величина силы трения имеет две формы: одна для статических ситуаций (статическое трение), другая для движения (кинетическое трение).

При отсутствии движения между объектами величина трения покоя fsfs равна

fs≤μsN,fs≤μsN,

5.1

где μsμs — коэффициент трения покоя, а NN — величина нормальной силы (сила, перпендикулярная поверхности).

Величина статического трения

Величина трения покоя fsfs равна

fs≤μsN,fs≤μsN,

5,2

где μsμs — коэффициент трения покоя, а NN — величина нормальной силы.

Символ ≤≤ означает, что меньше или равно , подразумевая, что трение покоя может иметь минимальное и максимальное значение µsNµsN. Статическое трение — это реактивная сила, которая увеличивается, чтобы быть равной и противоположной любой приложенной силе, вплоть до своего максимального предела. Как только приложенная сила превысит fs(max)fs(max), объект начнет двигаться. Таким образом

fs(max)=µsN.fs(max)=µsN.

5.3

Когда объект движется, величина кинетического трения fkfk определяется как

fk=µkN, fk=µkN,

5.4

, где µkµk — коэффициент кинетического трения. Система, в которой fk=µkNfk=µkN, описывается как система, в которой трение ведет себя просто .

Величина кинетического трения

Величина кинетического трения fkfk определяется как

fk=µkN,fk=µkN,

5,5

где μkμk — коэффициент кинетического трения.

Как видно из Таблицы 5. 1, коэффициенты кинетического трения меньше, чем их статические аналоги. То, что значения μμ в таблице 5.1 указаны только с одной или, самое большее, с двумя цифрами, указывает на приблизительное описание трения, данное двумя приведенными выше уравнениями.

Система	Статическое трение мкс мкс	Кинетическое трениеμkμk
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	0,04	0,02

Стол 5. 1 Коэффициенты статического и кинетического трения

Приведенные ранее уравнения включают зависимость трения от материалов и нормальной силы. Направление трения всегда противоположно движению, параллельно поверхности между объектами и перпендикулярно нормальной силе. Например, если ящик, который вы пытаетесь толкнуть (с силой, параллельной полу), имеет массу 100 кг, то нормальная сила будет равна его весу, W=mg=(100 кг)(90,80 м/с2)=980 NW=мг=(100 кг)(9,80 м/с2)=980 Н, перпендикулярно полу. Если коэффициент статического трения равен 0,45, вам придется приложить параллельно полу силу, превышающую fs(max)=µsN=0,45(980N)=440Nfs(max)=µsN=0,45(980N)=440Nдля перемещения ящика. Когда есть движение, трение меньше, а коэффициент кинетического трения может быть 0,30, так что сила всего 290 Н (fk=мкН=0,30980Н=290Нfk=мкН=0,30980Н=290Н) будет поддерживать его движение с постоянной скоростью. Если пол смазан, оба коэффициента значительно меньше, чем без смазки. Коэффициент трения – это безразмерная величина, величина которой обычно находится в диапазоне от 0 до 1,0. Коэффициент трения зависит от двух соприкасающихся поверхностей.

Домашний эксперимент

Найдите небольшой пластиковый предмет (например, пищевой контейнер) и поставьте его на кухонный стол, слегка постукивая по нему. Теперь распылите воду на стол, имитируя легкий дождь. Что происходит теперь, когда вы нажимаете на объект того же размера? Теперь добавьте несколько капель масла (растительного или оливкового) на поверхность воды и дайте такой же кран. Что происходит сейчас? Эта последняя ситуация особенно важна для водителей, особенно после небольшого дождя. Почему?

Многие люди испытывают скользкость при ходьбе по льду. Однако многие части тела, особенно суставы, имеют гораздо меньший коэффициент трения — часто в три-четыре раза меньше, чем лед. Сустав образован концами двух костей, которые соединены толстыми тканями. Коленный сустав образован костью голени (голенью) и бедренной костью (бедренной костью). Тазобедренный сустав представляет собой шаровидный (на конце бедренной кости) и впадинный (часть таза) сустав. Концы костей в суставе покрыты хрящом, что обеспечивает гладкую, почти стекловидную поверхность. Суставы также вырабатывают жидкость (синовиальную жидкость), которая уменьшает трение и износ. Поврежденный или пораженный артритом сустав можно заменить искусственным суставом (рис. 5.3). Эти заменители могут быть изготовлены из металлов (нержавеющая сталь или титан) или пластмассы (полиэтилен), а также с очень малыми коэффициентами трения.

Рисунок 5.3 Искусственная замена коленного сустава — это процедура, которая проводится уже более 20 лет. На этом рисунке мы видим послеоперационные рентгеновские снимки замены правого коленного сустава. (Фото: Майк Бэрд, Flickr)

Другие природные смазки включают слюну, вырабатываемую во рту, чтобы помочь в процессе глотания, и скользкую слизь, находящуюся между органами в теле, позволяющую им свободно перемещаться друг мимо друга во время сердцебиения, во время дыхания , и когда человек двигается. Искусственные смазки также распространены в больницах и поликлиниках. Например, при ультразвуковой визуализации гель, соединяющий датчик с кожей, также служит для смазывания поверхности между датчиком и кожей, тем самым снижая коэффициент трения между двумя поверхностями. Это позволяет датчику свободно перемещаться по коже.

Пример 5.1

Упражнение на лыжах

Лыжник массой 62 кг скользит по заснеженному склону. Найдите коэффициент кинетического трения для лыжника, если известно, что трение равно 45,0 Н.

Стратегия

Величина кинетического трения равна 45,0 Н. Кинетическое трение связано с нормальной силой NN как fk=µkNfk=µkN; таким образом, коэффициент кинетического трения можно найти, если мы сможем найти нормальную силу лыжника на склоне. Нормальная сила всегда перпендикулярна поверхности, а поскольку движение перпендикулярно поверхности отсутствует, нормальная сила должна равняться составляющей веса лыжника, перпендикулярной склону. (См. диаграмму «лыжник и свободное тело» на рис. 5.4.)

Рисунок 5.4 Движение лыжника и трение параллельны склону, поэтому удобнее всего проецировать все силы на систему координат, где одна ось параллельна склону, а другая перпендикулярна (оси показаны слева от лыжника). NN (нормальная сила) перпендикулярна склону, а ff (трение) параллельна склону, но ww (вес лыжника) имеет компоненты по обеим осям, а именно w⊥w⊥ и В//В//. NN равно по модулю w⊥w⊥, поэтому движение перпендикулярно склону отсутствует. Однако ff меньше W//W// по величине, так что ускорение вниз по склону (вдоль x -ось).

То есть

N=w⊥=wcos25º=mgcos25º.N=w⊥=wcos25º=mgcos25º.

5,6

Подставив это в наше выражение для кинетического трения, мы получим

fk=µkmgcos25º, fk=µkmgcos25º,

5,7

, которое теперь можно решить для коэффициента кинетического трения µ кмк.

Решение

Решение для µkµk дает

µk=fkN=fkwcos25º=fkmgcos25º.µk=fkN=fkwcos25º=fkmgcos25º.

5,8

Подставляя известные значения в правую часть уравнения,

мкк=45,0 Н(62 кг)(9,80 м/с2)(0,906)=0,082.мкк=45,0 Н(62 кг)(9,80 м/с2)(0,906)=0,082.

5,9

Обсуждение

Этот результат немного меньше, чем коэффициент, указанный в таблице 5.1 для вощеной древесины на снегу, но все же разумен, так как значения коэффициентов трения могут сильно различаться. В подобных ситуациях, когда объект массой мм скользит по склону, образующему угол θθ по горизонтали трение определяется формулой fk=µkmgcosθfk=µkmgcosθ. В этих условиях все объекты будут скользить вниз по склону с постоянным ускорением. Доказательство этого оставлено для задач и упражнений этой главы.

Домашний эксперимент

Объект будет скользить по наклонной плоскости с постоянной скоростью, если результирующая сила, действующая на объект, равна нулю. Мы можем использовать этот факт для измерения коэффициента кинетического трения между двумя объектами. Как показано в примере 5.1, кинетическое трение на склоне fk=µkmgcosθfk=µkmgcosθ. Компонент веса вниз по склону равен mgsinθmgsinθ (см. диаграмму свободного тела на рис. 5.4). Эти силы действуют в противоположных направлениях, поэтому, когда они имеют одинаковую величину, ускорение равно нулю. Выписывая это:

fk=mgxfk=mgx

5.10

µkmgcosθ=mgsinθ.µkmgcosθ=mgsinθ.

5.11

Решая μkμk, находим, что

μk=mgsinθmgcosθ=tanθ.μk=mgsinθmgcosθ=tanθ.

5.12

Положите монету на книгу и наклоняйте ее, пока монета не будет скользить по книге с постоянной скоростью. Возможно, вам придется слегка постучать по книге, чтобы заставить монету двигаться. Измерьте угол наклона относительно горизонтали и найдите µkµk. Обратите внимание, что монета вообще не начнет скользить, пока не будет достигнут угол, больший, чем θθ, поскольку коэффициент статического трения больше, чем коэффициент кинетического трения. Обсудите, как это может повлиять на значение µkµk и его неопределенность.

Мы уже обсуждали, что когда объект лежит на горизонтальной поверхности, на него действует нормальная сила, равная по величине его весу. Кроме того, простое трение всегда пропорционально нормальной силе.

Установление связей: субмикроскопические объяснения трения

До сих пор рассматривались более простые аспекты трения — его макроскопические (крупномасштабные) характеристики. За последние несколько десятилетий были достигнуты большие успехи в объяснении трения на атомном уровне. Исследователи обнаружили, что атомарная природа трения, по-видимому, имеет несколько фундаментальных характеристик. Эти характеристики не только объясняют некоторые из более простых аспектов трения — они также несут в себе потенциал для разработки сред, почти свободных от трения, которые могли бы сэкономить сотни миллиардов долларов энергии, которая в настоящее время преобразуется (без необходимости) в тепло.

На рис. 5.5 показана одна макроскопическая характеристика трения, которая объясняется микроскопическими (мелкомасштабными) исследованиями. Мы заметили, что трение пропорционально нормальной силе, но не площади контакта, что несколько противоречит здравому смыслу. Когда соприкасаются две шероховатые поверхности, фактическая площадь контакта составляет крошечную часть от общей площади, поскольку соприкасаются только высокие точки. Когда действует большая нормальная сила, фактическая площадь контакта увеличивается, и оказывается, что трение пропорционально этой площади.

Рисунок 5,5 Две соприкасающиеся шероховатые поверхности имеют гораздо меньшую площадь фактического контакта, чем их общая площадь. Когда есть большая нормальная сила в результате большей приложенной силы, площадь фактического контакта увеличивается, как и трение.

Но представление в атомном масштабе обещает объяснить гораздо больше, чем простые особенности трения. В настоящее время определяется механизм образования тепла. Другими словами, почему поверхности нагреваются при трении? По сути, атомы связаны друг с другом, образуя решетки. Когда поверхности трутся, поверхностные атомы прилипают и вызывают вибрацию атомных решеток, по существу создавая звуковые волны, которые проникают в материал. Звуковые волны уменьшаются с расстоянием, и их энергия преобразуется в тепло. Химические реакции, связанные с фрикционным износом, также могут происходить между атомами и молекулами на поверхностях. На рис. 5.6 показано, как кончик зонда, проведенного по другому материалу, деформируется за счет трения атомного масштаба. Сила, необходимая для перетаскивания наконечника, может быть измерена, и установлено, что она связана с напряжением сдвига, которое будет обсуждаться далее в этой главе. Изменение напряжения сдвига заметно (более чем в 10121012 раз). ) и трудно предсказать теоретически, но напряжение сдвига дает фундаментальное понимание крупномасштабного явления, известного с древних времен, — трения.

Рисунок 5.6 Наконечник зонда деформируется вбок под действием силы трения, когда зонд тащит по поверхности. Измерения того, как сила меняется для разных материалов, дают фундаментальное представление об атомной природе трения.

Исследования ФЕТ

Силы и движение

Узнайте, какие силы действуют, когда вы пытаетесь толкнуть картотечный шкаф. Создайте приложенную силу и посмотрите результирующую силу трения и общую силу, действующую на шкаф. Диаграммы показывают силы, положение, скорость и ускорение в зависимости от времени. Нарисуйте диаграмму всех сил свободного тела (включая силы тяжести и нормальные силы).

Сила

Сила

Сопротивление трению при относительном движении двух твердых тел обычно пропорционально силе, прижимающей поверхности друг к другу, а также шероховатости поверхностей. Поскольку это сила, перпендикулярная или «нормальная» к поверхностям, которая влияет на сопротивление трения, эта сила обычно называется «нормальной силой» и обозначается буквой N. Тогда сила сопротивления трения может быть записана:0005 f трение = мкН μ = коэффициент трения μ k = коэффициент кинетического трения μ с = коэффициент статического трения Стандартная модель трения Предполагается также, что сила трения пропорциональна коэффициенту трения. Однако количество силы, необходимой для перемещения объекта из состояния покоя, обычно больше, чем сила, необходимая для поддержания его движения с постоянной скоростью после того, как он был запущен. Поэтому для данной пары поверхностей иногда указывают два коэффициента трения — коэффициент статического трения и коэффициент кинетического трения. Приведенное выше выражение силы можно назвать стандартной моделью поверхностного трения, и оно зависит от нескольких предположений о трении. Хотя это общее описание трения (которое я буду называть стандартной моделью) имеет практическое значение, оно ни в коем случае не является точным описанием трения. На самом деле трение — очень сложное явление, которое нельзя представить простой моделью. Почти каждому простому утверждению, которое вы делаете о трении, можно противопоставить конкретные примеры обратного. Утверждение, что более шероховатые поверхности испытывают большее трение, звучит достаточно безопасно — два куска грубой наждачной бумаги, очевидно, будут труднее двигаться друг относительно друга, чем два куска мелкой наждачной бумаги. Но если два куска плоского металла делать все более гладкими, вы достигнете точки, в которой сопротивление относительному движению возрастет. Если вы сделаете их очень плоскими и гладкими и удалите все поверхностные загрязнения в вакууме, гладкие плоские поверхности фактически прилипнут друг к другу, образуя то, что называется «холодным сварным швом».

Индекс Концепции трения График стандартной модели Ссылка Jones & Childers, 2nd Ed. Секунда 4.8

Гиперфизика***** Механика R Ступица 9010 2

Назад

В общем случае коэффициенты трения для статического и кинетического трения различны. Как и все простые утверждения о трении, эта картина трения слишком упрощена. Утверждение, что более шероховатые поверхности испытывают большее трение, звучит достаточно безопасно — два куска грубой наждачной бумаги, очевидно, будут труднее двигаться друг относительно друга, чем два куска мелкой наждачной бумаги. Но если два куска плоского металла делать все более гладкими, вы достигнете точки, в которой сопротивление относительному движению возрастет. Если вы сделаете их очень плоскими и гладкими и удалите все поверхностные загрязнения в вакууме, гладкие плоские поверхности фактически прилипнут друг к другу, образуя то, что называется «холодным сварным швом». При достижении определенной степени механической гладкости сопротивление трению оказывается зависящим от характера молекулярных сил в области контакта, так что вещества с сопоставимой «гладкостью» могут иметь существенно разные коэффициенты трения. Легко наблюдаемый контрпример к идее о том, что более шероховатые поверхности вызывают большее трение, — это матовое стекло по сравнению с гладким стеклом. Гладкие стеклянные пластины при контакте демонстрируют гораздо большее сопротивление трению относительному движению, чем более шероховатое матовое стекло.

Индекс Концепции трения Коэффициенты трения График силы трения Ссылка Jones & Childers, 2nd Ed. сек 4.8

Гиперфизика***** Механика R Ступица

Назад

Трение обычно характеризуется коэффициентом трения, который представляет собой отношение силы сопротивления трения к нормальной силе, прижимающей поверхности друг к другу. В этом случае нормальной силой является вес блока. Обычно существует значительная разница между коэффициентами статического трения и кинетического трения. Обратите внимание, что коэффициент статического трения не характеризует статическое трение вообще, а представляет условия на пороге движения только . Фрикционные и автомобильные шины

Индекс Концепции трения Связь с шероховатостью поверхности График силы трения

Гиперфизика***** Механика R Ступица

Назад

Силы сопротивления трению обычно пропорциональны силе, которая прижимает поверхности друг к другу. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт