Виды сил трения в физике: Какие виды трения вы знаете

просто и понятно о ее сущности и формулах

3 комментария

Содержание:

Определение

Виды трения

Как найти

Формула

Рекомендованная литература и полезные ссылки

Видео

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:

F_тр = 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:

F_тр = 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

Формула силы трения в физике

Содержание:

• Определение и формула силы трения
• Виды трения
• Единицы измерения силы трения
• Примеры решения задач

Определение и формула силы трения

Определение

Силой трения называют силу, которая возникает при относительном перемещении (или попытке перемещения) тел и является результатом сопротивления движению окружающей среды или других тел.

Силы трения возникают тогда, когда соприкасающиеся тела (или их части) перемещаются относительно друг друга. При этом трение, которое появляется при относительном перемещении соприкасающихся тел, называют внешним. Трение, возникающее между частями одного сплошного тела (газ, жидкость) названо внутренним.

Сила трения – это вектор, который имеет направление вдоль касательной к трущимся поверхностям (слоям). При этом эта сила направлена в сторону противодействия относительному смещению этих поверхностей (слоев). Так, если два слоя жидкости перемещаются друг по другу, при этом движутся с различными скоростями, то сила, которая приложена к слою, перемещающемуся с большей скоростью, имеет направление в сторону, которая противоположна движению. Сила же, которая воздействует на слой, который движется с меньшей скоростью, направлена по движению.

Виды трения

Трение, которое возникает между поверхностями твердых тел, называют сухим. Оно возникает не только при скольжении поверхностей, но и при попытке вызвать перемещение поверхностей. При этом возникает сила трения покоя. Внешнее трение, которое появляется между движущимися телами, называют кинематическим.

Законы сухого трения говорят о том, что максимальная сила трения покоя и сила трения скольжения не зависят от площади поверхностей соприкосновения соприкасающихся тел, подверженных трению. Эти силы пропорциональны модулю силы нормального давления (N), которая прижимает трущиеся поверхности:

$$F_{t r}=\mu N$$

где $\mu$ – безразмерный коэффициент трения (покоя или скольжения). Данный коэффициент зависит от природы и состояния поверхностей трущихся тел, например от наличия шероховатостей. Если трение возникает как результат скольжения, то коэффициент трения является функцией скорости. Довольно часто вместо коэффициента трения применяют угол трения, который равен:

$$\operatorname{tg}\varphi=\mu ( 2 )$$

Угол $\varphi_{0}=\operatorname{arctg} \mu_{0}$ равен минимальному углу наклона плоскости к горизонту, при котором тело, лежащее на этой плоскости, начинает скользить, под воздействие силы тяжести.

Более точным считают закон трения, который принимает во внимание силы притяжения между молекулами тел, которые подвергаются трению:

$$F_{t r}=\mu_{0}\left(N+S p_{0}\right)(3)$$

где S – общая площадь контакта тел, p₀ – добавочное давление, которое вызывается силами молекулярного притяжения, $\mu_0$ – истинный коэффициент трения.

Трение между твердым телом и жидкостью (или газом) называют вязким (жидким). Сила вязкого трения становится равной нулю, если скорость относительного движения тел обращается в нуль.

При движении тела в жидкости или газе появляются силы сопротивления среды, которые могут стать существенно больше, чем силы трения. Величина силы трения скольжения зависит от формы, размеров и состояния поверхности тела, скорости движения тела относительно среды, вязкости среды. При не очень больших скоростях сила трения вычисляется при помощи формулы:

$$\bar{F}_{t p}=-\mu^{\prime} \bar{v}(4)$$

где знак минус означает, что сила трения имеет направление в сторону противоположную направлению вектора скорости. {\prime \prime}$ существенно зависимы от формы, размеров, состояния поверхностей тел, вязкости среды.

Помимо этого выделяют трение качения.В первом приближении трение качения рассчитывают, применяя формулу:

$$F_{t r}=k \frac{N}{r}(6)$$

где k – коэффициент трения качения, который имеет размерность длины и зависит от материала тел, подверженных контакту и качеств поверхностей и т.д. N – сила нормального давления , r – радиус катящегося тела.

Единицы измерения силы трения

Основной единицей измерения силы трения (как и любой другой силы) в системе СИ является: [P]=H

В СГС: [P]=дин.

Примеры решения задач

Пример

Задание. На горизонтальном диске лежит маленькое тело. Диск вращается вокруг оси, которая проходит через его центр, перпендикулярно плоскости с угловой скоростью $\omega$. На каком расстоянии от центра диска может находиться в состоянии равновесия тело, если коэффициент трения между диском и телом равен $\mu$?

Решение. {2}}$

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Пример

Задание. По наклонной поверхности равномерно движется тело. Угол наклона плоскости равен $\alpha$. Коков коэффициент трения между телом и наклонной плоскостью?

Решение. Сделаем рисунок.

В соответствии со вторым законом Ньютона, учитывая, что движение равномерное, имеем:

$$m \bar{g}+\bar{F}_{t r}+\bar{N}=0(1.1)$$

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

$$-m g \cdot \cos (\alpha)+N=0 \rightarrow N=m g \cdot \cos (\alpha)(1.2)$$

В проекции на ось X имеем:

$$F_{t r}=m g \cdot \sin (\alpha)(1.3)$$

Так как можно принять, что:

$$F_{t r}=\mu N$$

то получаем:

$$m g \cdot \sin (\alpha)=\mu m g \cdot \cos (a) \rightarrow \mu=\operatorname{tg}(\alpha)$$

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

Читать дальше: Формула силы тяжести.

Типы трения — Викиверситет Знаете ли вы, почему автомобиль замедляется при торможении?

Не только транспортные средства Любой объект, движущийся по поверхности другого объекта, замедляется и останавливается без какой-либо внешней силы, действующей на него из-за «трения». Прежде чем перейти к типам трения, давайте узнаем о трении. По закону физики ни один объект в мире не может быть без трения.

Содержание

• 1 Трение
  • 1.1 Законы трения
• 2 типа трения
  • 2.1 Статическое трение
  • 2.2 Трение скольжения
  • 2.3 Жидкостное трение
  • 2.4 Ограничение трения

Силы, действующие на движущийся объект

Силы и движение объекта.

Трение – это сила, противодействующая движению двух контактирующих поверхностей.

Законы трения[править | изменить источник]

1. Трение зависит от твердости или шероховатости контактирующих поверхностей. Жидкостное трение зависит от вязкости (густоты) жидкости…

2. Трение прямо пропорционально нормальной силе, прижимающей контактирующие силы друг к другу…

3. Трение не зависит от площади контактирующей поверхности…

4. В случае скольжения трение снижается при очень высоких относительных скоростях. Однако в случае жидкостного трения трение увеличивается с увеличением относительной скорости движения.

Чтобы остановить объект в движении, на него должна действовать сила в направлении, противоположном движению. Сила, противодействующая движению тела, называется силой трения.

Посмотрите на схему. Сначала блок покоится, затем толкающая сила заставляет блок двигаться. При скольжении бруска по поверхности сила трения действует на него в противоположном направлении. Единицей трения является ньютон, так как силы измеряются с помощью ньютонов.

Трение обычно зависит от веса объекта и характера поверхности между движущимся объектом и опорной поверхностью.

Различные типы движения объекта вызывают различные типы трения. Обычно различают 4 типа трения. Это трение покоя, трение скольжения, трение качения и жидкостное трение. В следующих разделах мы рассмотрим эти силы и то, когда они применяются.

Статическое трение[править | править код]

Статическое трение существует между неподвижным объектом и поверхностью, на которой он стоит. Он предотвращает перемещение объекта по поверхности.

Пример: Статическое трение предотвращает падение таких предметов, как книга, со стола, даже если стол слегка наклонен. Это помогает нам брать предмет так, чтобы он не ускользнул из рук.

Если мы хотим сначала переместить объект, мы должны преодолеть статическое трение, действующее между объектом и поверхностью, на которой находится объект.

Неподвижная книга на поверхности

Трение скольжения[edit | править код]

Трение скольжения возникает между объектами, когда они скользят друг относительно друга.

Когда действует трение скольжения, должна существовать другая сила, удерживающая тело в движении.

Пример: Когда человек толкает предмет по шероховатой поверхности, действующая сила называется «трением скольжения».

Жидкостное трение[править | править код]

Здесь, на Земле, мы склонны воспринимать сопротивление воздуха (также известное как «сопротивление») как должное. Мы просто предполагаем, что когда мы бросаем мяч, запускаем самолет, сходим с орбиты космического корабля или стреляем из ружья, то движение мяча через нашу атмосферу естественным образом замедляет его. Но в чем причина этого? Как воздух может замедлить объект, независимо от того, находится ли он в свободном падении или в полете? Воздушное трение испытывают предметы, движущиеся по открытому воздуху. Воздушное трение действует между предметом и воздухом, в котором он движется. Его также называют перетаскиванием. Эта сила зависит от формы объекта, материала, скорости его движения и вязкости жидкости. Вязкость является мерой сопротивления воздуха потоку и отличается от одной плотности к другой.

Пример: Замедляет движение летящего в воздухе самолета, здесь двигатель самолета помогает самолету преодолевать жидкостное трение и двигаться вперед.

Самолет в воздухе

Есть еще один вид трения (частный случай)

Ограничение трения[править | править код]

Предельное трение — это максимальная противодействующая сила, которая вступает в игру, когда одно тело находится на грани движения по поверхности другого тела

Типы трения — Викиверситет

Все мы при необходимости замедляем свои машины, нажимая на тормоза. Знаете ли вы, почему автомобиль замедляется при торможении?

Не только транспортные средства Любой объект, движущийся по поверхности другого объекта, замедляется и останавливается без какой-либо внешней силы, действующей на него из-за «трения». Прежде чем перейти к типам трения, давайте узнаем о трении. По закону физики ни один объект в мире не может быть без трения.

Содержимое

• 1 Трение
  • 1.1 Законы трения
• 2 типа трения
  • 2.1 Статическое трение
  • 2.2 Трение скольжения
  • 2.3 Жидкостное трение
  • 2.4 Ограничение трения

Силы, действующие на движущийся объект

Силы и движение объекта.

Трение – это сила, противодействующая движению двух контактирующих поверхностей.

Законы трения[править | править код]

1. Трение зависит от твердости или шероховатости контактирующих поверхностей. Жидкостное трение зависит от вязкости (толщины) жидкости…

2. Трение прямо пропорционально нормальной силе, прижимающей контактирующие силы друг к другу…

3. Трение не зависит от площади контактирующей поверхности…

4. В случае скольжения трение снижается при очень высоких относительных скоростях. Однако в случае жидкостного трения трение увеличивается с увеличением относительной скорости движения.

Чтобы остановить движущийся объект, на него должна действовать сила в направлении, противоположном движению. Сила, противодействующая движению тела, называется силой трения.

Посмотрите на схему. Сначала блок покоится, затем толкающая сила заставляет блок двигаться. При скольжении бруска по поверхности сила трения действует на него в противоположном направлении. Единицей трения является ньютон, так как силы измеряются с помощью ньютонов.

Трение обычно зависит от веса объекта и характера поверхности между движущимся объектом и опорной поверхностью.

Различные типы движения объекта вызывают различные виды трения. Обычно различают 4 типа трения. Это трение покоя, трение скольжения, трение качения и жидкостное трение. В следующих разделах мы рассмотрим эти силы и то, когда они применяются.

Статическое трение[править | править код]

Статическое трение существует между неподвижным объектом и поверхностью, на которой он стоит. Он предотвращает перемещение объекта по поверхности.

Пример. Статическое трение предотвращает падение таких предметов, как книга, со стола, даже если стол слегка наклонен. Это помогает нам брать предмет так, чтобы он не ускользнул из рук.

Если мы хотим сначала переместить объект, мы должны преодолеть статическое трение, действующее между объектом и поверхностью, на которой находится объект.

Неподвижная книга на поверхности

Трение скольжения[edit | править код]

Трение скольжения возникает между объектами, когда они скользят друг относительно друга.

Когда действует трение скольжения, должна существовать другая сила, удерживающая тело в движении.

Пример: Когда человек толкает предмет по шероховатой поверхности, действующая сила называется «трением скольжения».

Жидкостное трение[править | править код]

Здесь, на Земле, мы склонны воспринимать сопротивление воздуха (также известное как «сопротивление») как должное.