Трение скольжения это: Сила трения скольжения — урок. Физика, 9 класс.

Сила трения скольжения | это… Что такое Сила трения скольжения?

Сила трения скольжения — силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении. Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазка), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.

Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения и не зависит от площади соприкосновения. (Это можно объяснить тем, что никакое тело не является абсолютно ровным. Поэтому истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой. Кроме того, увеличивая площадь, мы уменьшаем удельное давление тел друг на друга.) Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения, и обозначается чаще всего латинской буквой «k» или греческой буквой «μ».

Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то «k» можно считать постоянным.

В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле:

, где

 — коэффициент трения скольжения,

 — сила нормальной реакции опоры.

По физике взаимодействия трение принято разделять на:

• Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя.
• Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком)
• Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость;
• Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• Граничное, когда в области контакта могут содержатся слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и т.  д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения.

В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики.

При механических процессах всегда происходит в большей или меньшей степени преобразование механического движения в другие формы движения материи (чаще всего в тепловую форму движения). В последнем случае взаимодействия между телами носят названия сил трения.

Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда происходит нагревание взаимодействующих тел.

Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении. Силы трения возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения.

Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.

В реальных движениях всегда возникают силы трения большей или меньшей величины. Поэтому при составлении уравнений движения, строго говоря, мы должны в число действующих на тело сил всегда вводить силу трения F тр.

Тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения.

Для измерения силы трения, действующей на тело, достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.

Коэффициент трения (скольжения) — Словарь терминов | ПластЭксперт

Коэффициент трения (скольжения)

Понятие и общие сведения о процессе

Трением называется известный всем процесс механического взаимодействия предметов, находящихся в контакте друг с другом, он бывает внешним и внутренним. Внешний процесс происходит при относительном перемещении тел в плоскости касания. То есть, если взять один предмет и начать скользить им по поверхности другого. Внутренняя (вязкая) разновидность процесса появляется при смещении друг относительно друга параллельных слоёв жидкости, газообразного или твёрдого тела, подвергнутого деформации. Таким образом, слои любого материала, находящегося в газовой или жидкостной фазе, также трутся между собой.

Рассматриваемый коэффициент относится к понятию внешнего трения. Это взаимодействие и возникающие при нем силы изучаются в разделе физики под сложным названием механика фрикционного взаимодействия или трибология. 

Разновидности сил

Силовые векторы, возникающие в случае соприкосновения тел в твердом, жидком или газообразном агрегатных состояниях работают в соответствии с законами Ньютона. Сила трения по этим законам направлена в противоположную движению сторону. Так же ее вектор противоположен направлению сил, стремящимся привести предмет в движение.

Рис.1. Векторы сил при трении

Таким образом, можно утверждать, что в случае движения касающихся тел, одного относительно другого, происходит взаимодействие, известное как трение скольжения. Этот процесс сопровождается возникновением определенного усилия – силы трения скольжения. Соответственно при ее численном описании применяется коэффициент трения скольжения.

Упрощенно значение описанных выше сил при скольжении рассчитывается по формуле:

Fтр = k * N, в которой

k — описанный выше коэфф-т,

N — сила нормальной реакции опоры.

Другая разновидность рассматриваемого процесса – трение качения. Сила такого взаимодействия тел находится по следующей формуле:

Fтр= Ктр *(Fn/r), где Ктр — коэфф-т трения, Fn — прижимающая сила, r — радиус катящегося предмета.

Для примера значения коэффициента при качении пневматической шины по асфальту варьируется от 0,006 до 0,02.

Коэффициент трения скольжения

Величина, применяемая к паре материалов и характеризующая поверхности при их скольжении друг относительно друга, называется коэффициентом трения скольжения. Эта постоянная для каждых двух материалов обозначается буквой μ и определяется опытным путём.

Коэффициент трения этого типа зависит от свойств материалов, качества поверхности, наличия смазок и т.д. Массы тел на его значение не влияют. Примечательно, что значение коэффициента находится в незначительной зависимости и от скорости перемещения тел. Несмотря на это, обычно до простоты расчетов его значение считают постоянной величиной.

Численные значения данного коэффициента трения для некоторых пар материалов.

— Каучук по металлу – от 0,55 до 0,8.

— Фторопласт по нержавеющей стали – от 0,064 до 0,080.

— Фторопласт-4 по фторопласту – от 0,052 до 0,086.

Таким образом можно вывести, что из представленных материалов именно фторопласты «трутся» друг о друга с наименьшими потерями, то есть скользят, особенно друг по другу, лучше всего.

Прочие полимеры и особенно резины, как видно из представленных данных, скользят даже по металлу гораздо хуже. Коэффициенты таких пар материалов близок к единице.

Трение скольжения — GeeksforGeeks

Трение скольжения — это трение, которое воздействует на объекты, когда они скользят по поверхности. Трение скольжения слабее трения покоя. Вот почему легче двигать предмет мебели по полу после того, как вы начнете его двигать, чем заставить его двигаться с самого начала. Трение скольжения может быть полезным. Например, вы используете трение скольжения, когда пишете карандашом. Карандашный «грифель» легко скользит по бумаге, но трения между карандашом и бумагой достаточно, чтобы оставить след.

Пример: Как трение скольжения помогает вам ездить на велосипеде?

При каждом использовании тормозов велосипеда возникает трение скольжения между тормозными колодками и ободами велосипеда. Это трение замедляет катящиеся колеса, поэтому вы можете остановиться.

Еще несколько примеров трения скольжения:

• Катание на санях
• Толкание предмета по поверхности
• Потирание рук (сила трения выделяет тепло.)
• Автомобиль, скользящий по льду
• Автомобиль заносит при повороте
• Открытие окна
• Практически любое движение, при котором происходит контакт объекта с поверхностью

Факторы, влияющие на трение скольжения

Факторы, влияющие на трение скольжения, можно записать в пунктах как

Деформация поверхности объектов.

Трение существует также в жидкостях и газах. Трение в воздухе или воде меньше, чем при скольжении по твердой поверхности, такой как дорога.

Шероховатость или гладкость поверхности предметов.

Гладкие поверхности легче скользят по поверхностям по сравнению с шероховатыми. Когда вы смотрите в микроскопическом масштабе, вы можете заметить неровности на поверхности, которые мешают скольжению. Таким образом, чем больше шероховатость, тем выше трение

Исходная скорость любого объекта.

Повышение температуры поверхности приводит к постепенному уплощению выступов, что приводит к устойчивому состоянию и более высокой скорости скольжения при высокой температуре, что снижает усилие сдвига, снижает коэффициент трения и обеспечивает низкую шероховатость

Размер объекта.

Вес любого объекта — это обычно наблюдаемая сила в нормальном направлении. Таким образом, трение прямо пропорционально весу объекта

Наконец, величина давления на любой объект.

Сила в нормальном направлении (перпендикулярно плоскости скольжения) увеличит взаимодействие между поверхностями, тем самым увеличивая трение. Таким образом, трение прямо пропорционально приложенной нормальной силе.

Формула трения скольжения

Уравнение для силы скольжения включает коэффициент трения скольжения, умноженный на нормальную силу.

F _S = μ _S FN

, где

F _S = сила Slowing Fricty

μ _S = сила скольжения.

F _n = нормальная сила

Расчет коэффициента трения

Перпендикулярная сила уменьшена

Когда объект расположен под наклоном, сила, перпендикулярная между поверхностями, уменьшается в соответствии с углом наклона. Сила, необходимая для преодоления трения (F _r ), равна коэффициенту трения (μ), умноженному на косинус угла наклона (cos θ), умноженному на вес объекта (W). Существуют математические таблицы, в которых приведены значения косинусов для различных углов.

F _r = мкВт Cosθ

Гравитация способствует скольжению

Обратите внимание, что когда объект находится на уклоне, сила тяжести способствует скольжению объекта по склону или наклону. Назовем эту силу (F _g ), и она равна весу объекта (W), умноженному на синус угла (sin θ)

F _g = W sin θ

Тангенс угла определяет коэффициент

Если поставить пандус под достаточно крутым углом, F _g станет больше, чем F _r , и объект соскользнет вниз по склону. Угол, под которым оно только начинает скользить, определяется из уравнения:

мкВт cos θ = W sin θ

Разделив обе части уравнения на W и cos θ, получим уравнение для статического коэффициента трения

μ = тангенс θ

, где тангенс θ — тангенс угла θ и равен .

Движение по наклонной поверхности

Наклонная плоскость — это набор задач, в котором массивный объект находится на склоне и подлежит движению только в направлении вниз по склону. Хотя гравитация тянет объект прямо вниз, наличие наклона препятствует этому. Поскольку объекты не могут перемещаться по сплошной поверхности уклона, перемещение объекта ограничено по поверхности уклона.

Например: если вы поместите книгу на пандус и измените угол наклона до тех пор, пока книга не начнет скользить, а затем измерите угол наклона, вы сможете определить коэффициент трения между книгой и пандусом. Если угол был 30 градусов, то тангенс 30 градусов равен примерно 0,58. В данном случае это будет статический коэффициент трения. Даже если вы увеличите вес книги, она все равно будет скользить под углом 30 градусов.

Нормальная сила

Нормальная сила в наклонной плоскости направлена ​​не в ту сторону, к которой мы привыкли. До сих пор мы всегда видели нормальную силу, направленную вверх в направлении, противоположном силе тяжести. Правда о нормальных силах заключается в том, что они не всегда направлены вверх, а скорее всегда направлены перпендикулярно поверхности, на которой находится объект.

Компоненты силы тяжести

Определить результирующую силу, действующую на объект на наклонной плоскости, сложно, поскольку две силы, действующие на тело, не направлены в противоположные стороны. Для упрощения одну из сил, действующих на объект, придется разложить на перпендикулярные составляющие, чтобы их можно было легко сложить с другими силами, действующими на объект.

Сила, направленная под углом к ​​горизонтали, делится на горизонтальную и вертикальную составляющие. В случае наклонных плоскостей мы разделяем весовой вектор (Fgrav) на две составляющие. Сила тяжести будет разложена на две составляющие силы – одну, направленную параллельно наклонной поверхности, и другую, направленную перпендикулярно наклонной поверхности.

На приведенной ниже диаграмме показано, как сила тяжести была заменена двумя составляющими — параллельной и перпендикулярной составляющей силы.

Из рисунка мы понимаем, что перпендикулярная составляющая силы тяжести направлена ​​в сторону, противоположную нормальной силе, уравновешивая нормальную силу.

Параллельная составляющая силы тяжести не уравновешивается какой-либо другой силой. Впоследствии объект будет ускоряться вниз по наклонной плоскости из-за наличия неуравновешенной силы. Именно параллельная составляющая силы тяжести вызывает это ускорение. Параллельная составляющая силы тяжести является результирующей силой.

Примеры трения при скольжении

1. Потирание рук друг о друга для создания тепла.
2. Ребенок скатывается с горки в парке.
3. Подставка, скользящая по столу.
4. Стиральную машину толкнули вместе с полом.
5. Рама и край двери скользят друг относительно друга.
6. Блок скользит по полу.
7. Две карты в колоде скользят друг против друга.

Скольжение может происходить между двумя объектами произвольной формы, тогда как трение качения представляет собой силу трения, связанную с вращательным движением. Трение качения обычно меньше, чем трение, связанное с кинетическим трением скольжения. Значения коэффициента трения качения значительно меньше коэффициента трения скольжения. Обычно он производит более сильные звуковые и тепловые побочные продукты.

Пример: Движение тормозных шин автомобиля по проезжей части.

Примеры задач на трение скольжения

Вопрос 1. На диаграмме свободного тела показаны силы, действующие на 100-килограммовый ящик, скользящий по наклонной плоскости. Плоскость наклонена под углом 30 градусов. Коэффициент трения между обрешеткой и склоном равен 0,3. Определить результирующую силу и ускорение ящика.

Решение:

Сила тяжести в данной задаче может быть рассчитана как:

F = 9,8 × 100 = 980 Н

Составляющие силы тяжести могут быть определены следующим образом:

F _{параллельная} = 980 × sin30° = 490 Н

F _{перпендикуляр} = 980 × cos30° = 849 Н

Силу трения можно определить, умножив значение нормальной силы на коэффициент трения.

F _норма = 0,3 × 849 = 255 Н

Чистая сила представляет собой векторную сумму всех сил, действующих на тело.

Чистая сила может быть рассчитана следующим образом:

490 Н – 255 Н = 235 Н

Ускорение рассчитывается следующим образом:

нормальная приложенная сила равна 200 Н. Найдите силу трения скольжения.

Решение:

n = 200 N

μ = 0,5

F = μ × N

F = 0,5 × 200 n = 100 N

SO, скольжение Fructive Fructied на кузов 100N. .

Вопрос 3. От чего зависит трение скольжения?

Ответ:

Трение скольжения зависит только от двух переменных: рассматриваемых материалов и веса объекта.

Изменение площади контактной поверхности не влияет на трение скольжения. Трение скольжения для большинства материалов меньше, чем трение покоя.

Вопрос 4: Каковы некоторые примеры трения скольжения?

Ответ:

Примеры трения скольжения

1. Катание на санях.

2. Толкание предмета по поверхности.

3. Потирание рук (Сила трения выделяет тепло.)

4. Автомобиль скользит по льду.

5. Автомобиль заносит на повороте.

6. Открытие окна.

7. Почти любое движение, при котором есть контакт между объектом и поверхностью.

Вопрос 5. Является ли трение скольжения постоянным?

Ответ:

Хотя это может показаться нелогичным, коэффициент трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при условии, что нормальная сила постоянна. Это справедливо только тогда, когда поверхности твердые и не смазанные.

Вопрос 6. Что меньше трения скольжения или трения покоя?

Ответ:

Трение между двумя поверхностями происходит из-за блокировки неровностей двух поверхностей.

Во время скольжения контактные точки не получают достаточно времени для правильной блокировки. Следовательно, создается меньшее трение, чем статическое трение. Это объясняет, почему трение скольжения меньше, чем трение покоя.

Трение скольжения: определение, коэффициент, формула (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор GAYLE TOWELL

Трение скольжения, чаще называемое кинетическим трением, представляет собой силу, противодействующую скользящему движению двух поверхностей, движущихся относительно друг друга. Напротив, статическое трение представляет собой тип силы трения между двумя поверхностями, которые толкают друг друга, но не скользят друг относительно друга. (Представьте, что вы толкаете стул до того, как он начнет скользить по полу. Сила, которую вы прикладываете до начала скольжения, противодействует трению покоя.)

Трение скольжения обычно вызывает меньшее сопротивление, чем трение покоя, поэтому вам часто приходится давить сильнее заставить объект начать скользить, чем поддерживать его скольжение. Величина силы трения прямо пропорциональна величине нормальной силы. Напомним, что нормальная сила — это сила, перпендикулярная поверхности, которая противодействует любым другим силам, приложенным в этом направлении.

Константа пропорциональности — это безразмерная величина, называемая коэффициентом трения, и она изменяется в зависимости от соприкасающихся поверхностей. (Значения этого коэффициента обычно можно найти в таблицах.) Коэффициент трения обычно обозначается греческой буквой μ с нижним индексом k , указывающим на кинетическое трение. Формула силы трения имеет вид:

F_f=\mu_kF_N

Где ​ F _N ​ — величина нормальной силы, единицы измерения в ньютонах (Н), а направление этой силы противоположно направление движения.

Определение трения качения

Сопротивление качению иногда называют трением качения, хотя это не совсем сила трения, поскольку оно не является результатом двух соприкасающихся поверхностей, пытающихся толкнуть друг друга. Это сила сопротивления, возникающая в результате потери энергии из-за деформации объекта качения и поверхности.

Однако, как и в случае с силами трения, величина силы сопротивления качению прямо пропорциональна величине нормальной силы с константой пропорциональности, зависящей от контактирующих поверхностей. Пока μ _r иногда используется для коэффициента, чаще используется C _rr , что делает уравнение для величины сопротивления качению следующим:

F_r=C_{rr}F_N

Эта сила действует против направления движения.

Примеры трения при скольжении и сопротивления качению

Давайте рассмотрим пример трения с использованием динамической тележки, находящейся в типичном классе физики, и сравним ускорение, с которым она движется по металлической дорожке, наклоненной под углом 20 градусов, для трех различных сценариев:

​ Сценарий 1: ​ На тележку не действуют силы трения или сопротивления, поскольку она свободно катится без проскальзывания по рельсам.

Сначала мы рисуем диаграмму свободного тела. Сила тяжести, направленная прямо вниз, и нормальная сила, направленная перпендикулярно поверхности, являются единственными действующими силами.

Уравнения чистой силы:

F_{netx}=F_g\sin{\theta}=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0

Сразу же мы можем решить первое уравнение для ускорения и подставьте значения, чтобы получить ответ: 92}

​ Сценарий 2: ​ Сопротивление качению действует на тележку, так как она свободно катится без проскальзывания по рельсам.

Здесь мы примем коэффициент сопротивления качению равным 0,0065, что основано на примере, найденном в документе Военно-морской академии США.

Теперь наша диаграмма свободного тела включает сопротивление качению, действующее вверх по дорожке. Наши уравнения результирующей силы примут вид: можно решить на 92}

​ Сценарий 3: ​ Колеса тележки заблокированы, и она скользит по рельсам, сдерживаемая кинетическим трением.

Здесь мы будем использовать коэффициент кинетического трения 0,2, который находится в середине диапазона значений, обычно приводимых для пластика по металлу.

Наша диаграмма свободного тела очень похожа на случай сопротивления качению, за исключением того, что это сила трения скольжения, действующая вверх по пандусу.