Нам осталось рассмотреть работу третьей механической силы — силы трения скольжения. В земных условиях сила трения в той или иной мере проявляется при всех движениях тел.
От силы тяжести и силы упругости сила трения скольжения отличается тем, что она от координат не зависит и возникает всегда при относительном движении соприкасающихся тел.
Рассмотрим работу силы трения при движении тела относительно неподвижной поверхности, с которой оно соприкасается. В этом случае сила трения направлена против движения тела. Ясно, что по отношению к направлению перемещения такого тела сила трения не может быть направлена под каким-нибудь другим углем, кроме угла $180^{ circ}$. Поэтому работа силы трения отрицательна.
Вычислять работу силы трения нужно по формуле
$A = — | vec{F} | s$,
где $vec{F}$ — сила трения, а $s$ — длина пути, на протяжении кстсрого действует сила трения $vec{F}$.
Когда на тело действует сила тяжести или сила упругости, оно может двигаться и в направлении силы, и против направления силы. В первом случае работа силы положительна, во втором — отрицательна. При движении тела «туда п обратно» полная работа равна нулю.
О работе силы трения этого сказать нельзя. Работа силы трения отрицательна и при движении «туда», и при движении «обратно». Поэтому полная работа силы трения после возвращения тела в исходную точку (при движении по замкнутому пути) не равна нулю.
Задача. Вычислите работу силы трения при торможении поезда массой 1200 т до полной остановки, если скорость поезда в момент выключения двигателя была 72 км/ч.
Решение. Воспользуемся формулой
$A = frac{mv_{2}^{2} }{2} — frac{mv_{1}^{2} }{2}$ (см. § 76).
Здесь $m$ — масса поезда, равная 1 200 000 кг, $v_{2}$ — конечная скорость поезда, равная нулю, и $v_{1}$ — его начальная скорость, равная 72 км/ч = 20 м/сек. Подставив эти значения, получим:
$A = — frac{mv_{1}^{2} }{2} = — frac{1,2 cdot 10^{5} кг (20 м/сек)^{2}}{2} = — 2,4 cdot 10^{8} Дж$.
Получи верный ответ на вопрос 🏆 «Чему равна Работа силы трения при торможении автомобиля массой 1500 килограмм от начальной скоростью 72 километров в час …» по предмету 📕 Физика, используя встроенную систему поиска. Наша обширная база готовых ответов поможет тебе получить необходимые сведения!
Найти готовые ответы
Главная » Физика » Чему равна Работа силы трения при торможении автомобиля массой 1500 килограмм от начальной скоростью 72 километров в час
Перейти к контенту
Условие задачи:
При торможении автомобиля массой 1 т скорость уменьшилась от 72 км/ч до 36 км/ч. Какую работу совершила сила трения?
Задача №2.7.12 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(m=1) т, (upsilon_0=72) км/ч, (upsilon=36) км/ч, (A_{тр}-?)
Решение задачи:
Чтобы решить эту задачу, применим теорему об изменении кинетической энергии. Согласно теореме работа силы трения равна изменению кинетической энергии тела (автомобиля):
[{A_{тр}} = frac{{mupsilon^2}}{2} – frac{{m{upsilon_0^2}}}{2}]
[{A_{тр}} = frac{m}{2}left( {upsilon^2 – {upsilon_0^2}} right)]
Переведем массу автомобиля и скорости в единицы системы СИ:
[1;т = 1000;кг]
[72;км/ч = frac{{72 cdot 1000}}{{1 cdot 3600}};м/с = 20;м/с]
[36;км/ч = frac{{36 cdot 1000}}{{1 cdot 3600}};м/с = 10;м/с]
Посчитаем ответ:
[{A_{тр}} = frac{{1000}}{2}left( {{{10}^2} – {{20}^2}} right) = – 150000;Дж = – 0,15;МДж]
Неудивительно, что работа силы трения отрицательна, ведь её вектор направлен против перемещения автомобиля.
Ответ: -0,15 МДж.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
2.7.11 Во сколько раз изменится запас потенциальной энергии упруго деформированного тела
2.7.13 Автомобиль массой 1500 кг, двигаясь равноускоренно, проходит путь 20 м за 2 с
2.7.14 На какой высоте над поверхностью Луны тело будет обладать такой же потенциальной
( 6 оценок, среднее 3.67 из 5 )
Как найти работу силы трения
Движение в реальных условиях не может продолжаться до бесконечности. Причина этому – сила трения. Она возникает при контакте тела с другими телами и всегда направлена противоположно направлению движения. Это означает, что сила трения всегда выполняет отрицательную работу, что нужно учитывать при расчетах.
Вам понадобится
- — рулетка или дальномер;
- — таблица ля определения коэффициента трения;
- — понятие о кинетической энергии;
- — весы;
- — калькулятор.
Инструкция
Если тело движется равномерно и прямолинейно, найдите силу, которая приводит его в движение. Она компенсирует силу трения, поэтому численно равна ей, но направлена в сторону движения. Измерьте рулеткой или дальномером расстояние S, на которое сила F передвинула тело. Тогда работа силы трения будет равна произведению силы на расстояние со знаком «минус» A=-F∙S.
Пример. Автомобиль движется по дороге равномерно и прямолинейно. Какую работу выполняет сила трения на дистанции 200 м, если сила тяги двигателя равна 800 Н? При равномерном прямолинейном движении сила тяги двигателя равна по модулю силе трения. Тогда ее работа будет равна A=-F∙S =-800∙200=-160000 Дж или -160 кДж.
Свойство поверхностей удерживаться друг за друга показывает коэффициент трения μ. Для каждой пары контактирующих поверхностей он разный. Его можно рассчитать или узнать в специальной таблице. Существует коэффициент трения покоя и коэффициент трения скольжения. При расчете работы силы трения берите коэффициент для скольжения, поскольку без перемещения работа не выполняется. Например, коэффициент трения скольжения дерева по металлу равен 0,4.
Определите работу силы трения, действующей на тело, расположенное на горизонтальной поверхности. Для этого определите его массу m в килограммах при помощи весов. Умножьте массу на коэффициент трения скольжения для данных поверхностей μ, ускорение свободного падения (g≈10 м/с²) и расстояние, на которое передвинулось тело, S. Перед формулой поставьте знак «минус», поскольку тело движется в сторону, противоположную направлению силы трения (A=-μ∙m∙g∙S).
Работа силы трения, когда действует только она, равна изменению кинетической энергии тела. Для ее определения найдите начальную v0 и конечную v скорости тела на исследуемом участке пути. Умножьте массу тела m на разность квадратов начальной и конечной скорости тела, а результат поделите на число 2 (А=m∙(v²-v0²)/2). Например, если автомобиль массой 900 кг, двигавшийся со скоростью 20 м/с, останавливается, то работа силы трения будет равна А=900∙(0²-20²)/2=-180000 Дж или -180 кДж.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
В специальном разделе физики — динамике, когда изучают движение тел, то рассматривают действующие на движущуюся систему силы. Последние могут выполнять как положительную, так и отрицательную работу. Рассмотрим в данной статье, что такое работа силы трения и как она рассчитывается.
Понятие работы в физике
В физике понятие «работа» отличается от обыденного представления об этом слове. Под работой понимают физическую величину, которая равна скалярному произведению вектора силы на вектор перемещения тела. Предположим, что имеется некоторый объект, на который действует сила F¯. Поскольку другие силы не действуют на него, то вектор его перемещения l¯ будет по направлению совпадать с вектором F¯. Скалярное произведение этих векторов в данном случае будет соответствовать произведению их модулей, то есть:
A = (F¯*l¯) = F*l.
Величина A — это работа силы F¯ по перемещению объекта на расстояние l. Учитывая размерности величин F и l, получаем, что работа измеряется в ньютонах на метр (Н*м) в системе СИ. Однако, единица Н*м имеет собственное название — это джоуль. Это означает, что концепция работы совпадает с концепцией энергии. Иными словами, если сила в 1 ньютон перемещает тело на 1 метр, то соответствующие энергетические затраты равны 1 джоулю.
Что такое сила трения?
Изучение вопроса работы силы трения возможно, если знать, о какой силе идет речь. Трением в физике называется процесс, который препятствует любому движению одного тела по поверхности другого, когда эти поверхности приведены в контакт.
Если рассматривать исключительно твердые тела, то для них существует три вида трения:
- покоя;
- скольжения;
- качения.
Эти силы действуют между соприкасающимися поверхностями и всегда направлены против движения тел.
Трение покоя препятствует возникновению самого движения, трение скольжения проявляет себя в процессе движения, когда поверхности тел скользят друг по другу, а трение качения существует между телом, которое катится по поверхности, и самой поверхностью.
Примером действия трения покоя является автомобиль, который стоит на ручном тормозе на склоне холма. Трение скольжения проявляет себя при движении лыжника по снегу или конькобежца по льду. Наконец, трения качения действует во время движения колеса автомобиля по дороге.
Силы для всех трех видов трения вычисляются по следующей формуле:
Ft = µt*N.
Здесь N — реакции опоры сила, µt — коэфициент трения. Сила N показывает величину воздействия опоры на тело перпендикулярно плоскости поверхности. Что касается параметра µt, то он измеряется экспериментальным путем для каждой пары трущихся материалов, например, дерево-дерево, сталь-снег и так далее. Измеренные результаты собраны в специальные таблицы.
Для каждой силы трения коэффициент µt имеет собственное значения для выбранной пары материалов. Так, коэффициент трения покоя больше такового для трения скольжения на несколько десятков процентов. В свою очередь, коэффициент качения на 1-2 порядка меньше такового для скольжения.
Работа сил трения
Теперь, познакомившись с понятиями работы и с видами трения, можно переходить непосредственно к теме статьи. Рассмотрим по порядку все виды сил трения и разберемся, какую работу они выполняют.
Начнем с трения покоя. Этот вид проявляет себя тогда, когда тело не движется. Поскольку нет движения, значит, вектор его перемещения l¯ равен нулю. Последнее означает, что работа силы трения покоя также равна нулю.
Трение скольжения по своему определению действует только тогда, когда тело перемещается в пространстве. Поскольку сила этого вида трения направлена всегда против перемещения тела, значит, она совершает отрицательную работу. Величину A можно рассчитать по формуле:
A = -Ft*l = -µt*N*l.
Работа силы трения скольжения направлена на замедление движения тела. В результате совершения этой работы механическая энергия тела переходит в тепло.
Трение качение, как и скольжение, также предполагает движение тела. Сила трения качения совершает отрицательную работу, замедляя исходное вращение тела. Поскольку речь идет о вращении тела, то значение работы этой силы удобно вычислять через работу ее момента. Соответствующая формула записывается в виде:
A = -M*θ, где M = Ft*R.
Здесь θ — угол поворота тела в результате вращения, R — расстояние от поверхности до оси вращения (радиус колеса).
Задача с силой трения скольжения
Известно, что деревянный брусок находится на краю наклонной деревянной плоскости. Плоскость к горизонту наклонена под углом 40o. Зная, что коэффициент трения скольжения равен 0,4, длина плоскости равна 1 метр, и масса бруска соответствует 0,5 кг, необходимо найти работу трения скольжения.
Рассчитаем силу трения скольжения. Она равна:
Ft = m*g*cos(α)*µt = 0,5*9,81*cos(40o)*0,4 = 1,5 Н.
Тогда соответствующая работа A будет равна:
A = -Ft*l = -1,5*1 = -1,5 Дж.
Задача с силой трения качения
Известно, что колесо прокатилось по дороге некоторое расстояние и остановилось. Диаметр колеса равен 45 см. Количество оборотов колеса до остановки равно 100. Принимая во внимание коэффициент качения равный 0,03, необходимо найти, чему равна работа силы трения качения. Масса колеса равна 5 кг.
Сначала вычислим момент силы трения качения:
M = Ft*R = µt*m*g*D/2 = 0,03*5*9,81*0,45/2 = 0,331 Н*м.
Если количество оборотов, сделанных колесом, умножить на 2*pi радиан, то мы получим угол поворота колеса θ. Тогда формула для работы имеет вид:
A = -M*θ = -M*2*pi*n.
Где n — число оборотов. Подставляя момент M и число n из условия, получаем искомую работу: A = — 207,87 Дж.