Трение — вариант взаимодействия двух тел. Оно возникает при движении одного тела по поверхности другого. При этом тела действуют друг на друга с силой, которая называется силой трения. Сила трения имеет электромагнитную природу.
Сила трения — сила, возникающая между телами при их движении или при попытке их сдвинуть. Обозначается как Fтр. Единица измерения — Н (Ньютон).
Трение бывает сухим и жидким. В школьном курсе физике изучается сухое трение.
Виды сухого трения:
- трение скольжения;
- трение качения;
- трение покоя.
Трение скольжения
Трение скольжения — трение, возникающее при скольжении одного тела по поверхности другого. Сила трения скольжения направлена противоположно направлению движения тела: Fтр↑↓v.
Сила трения скольжения определяется формулой:
μ — коэффициент трения, N — сила реакции опоры, Fдавл. — сила нормального давления
Сила реакции опоры и сила нормального давления — равные по модулю, но противоположные по направлению силы. Если тело не перемещается с ускорением относительно оси ОУ, модули силы реакции опоры и силы нормального давления равны модулю силы тяжести, действующей на это тело.
Силу трения скольжения зависит от степени неровности (шероховатости) поверхности. Поэтому ее можно легко менять.
Чтобы увеличить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность тела более шероховатой. Так, чтобы зимой автомобили не скользили по голому льду, автомобилисты используют зимние шины. От летних они отличаются глубоким протектором и наличием шипов, создающих дополнительную неровность.
Чтобы уменьшить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность более ровной. Ее можно отшлифовать или смазать. Так, чтобы лыжи скользили по снегу лучше, их смазывают специальными мазями или парафинами.
Полезные факты
- Если тело движется по гладкой поверхности, сила трения между ними отсутствует.
- Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.
- Сила трения качения обычно в несколько раз меньше силы трения скольжения. Поэтому тяжелые грузы перемещают не волоком, а с помощью тележек на колесах.
Пример №1. Конькобежец массой 70 кг скользит по льду. Какова сила трения, действующая на конькобежца, если коэффициент трения скольжения коньков по льду равен 0,002?
Сила реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на конькобежца. Отсюда:
Трение покоя
Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя противоположно направлено приложенной к телу силе (в сторону возможного движения).
Сила трения покоя всегда больше нуля, но всегда меньше силы трения скольжения:
0 < Fтр.пок. < Fтр. ск.
Способы определения вида силы трения, возникающей между телами, и ее модуля:
- Когда к телу прикладывается сила F , модуль которой меньше силы трения скольжения, возникает сила трения покоя. Тело продолжает покоиться. При этом модуль силы трения покоя равен модулю прикладываемой к телу силы. Если F < Fтр. ск., Fтр.пок. = F.
- Когда к телу прикладывается сила, модуль которой равен силе трения скольжения или превышает ее, возникает сила трения скольжения. Тело при этом начинает двигаться. Сила трения определяется формулой силы трения скольжения. Если F ≥ Fтр. ск., Fтр. = Fтр.ск.
Графически это можно изобразить так:
Пример №2. На горизонтальном полу стоит ящик массой 20 кг. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,3. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 36 Н. Какова сила трения между ящиком и полом?
Чтобы определить вид трения, возникающего между ящиком и полом, нужно найти силу трения скольжения и сравнить с ней приложенную к ящику силу.
Сила, приложенная к ящику, меньше силы трения скольжения. Значит, между ящиком и полом возникает сила трения покоя. Модуль силы трения покоя равен модулю приложенной силы:
Fтр.пок. = F = 36 (Н).
Описание движения тел с учетом сил трения
Тело может двигаться по горизонтальной, наклонной или вертикальной плоскости. Оно может покоиться, двигаться равномерно или с ускорением, а сила тяги, под действием которой движется тело, может быть направлена, как в сторону движения тела, так и под углом к плоскости. Поэтому применение законов Ньютона к каждому из случаев имеет свои особенности.
Движение тела по горизонтальной плоскости
Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
mg + N + Fт + Fтр = ma Проекция на ось ОХ: Fт – Fтр = ma Проекция на ось ОУ: N – mg = 0 |
Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
mg + N + Fт + Fтр = ma Проекция на ось ОХ: – Fтр = –ma Проекция на ось ОУ: N – mg = 0 |
Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх) |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
mg + N + Fт + Fтр = ma Проекция на ось ОХ: Fтcosα – Fтр = ma Проекция на ось ОУ: Fтsinα + N – mg = 0 |
Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз) |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
mg + N + Fт + Fтр = ma Проекция на ось ОХ: Fтcosα – Fтр = ma Проекция на ось ОУ: N – Fтsinα – mg = 0 |
Внимание! В случаях, когда сила тяги Fт направлена под углом к плоскости движения, сила реакции опоры не равна силе тяжести: N ≠ mg.
Пример №3. Брусок массой 1 кг движется равноускоренно по горизонтальной поверхности под действием силы 10 Н, как показано на рисунке. Коэффициент трения скольжения равен 0,4, а угол наклона α — 30 градусов. Чему равен модуль силы трения?
Сила трения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры:
Fтр = μN
Проекция сил на ось ОУ выглядит так:
N – Fтsinα – mg = 0
Отсюда силы реакции опоры равна:
N = Fтsinα + mg
Подставим ее в формулу для вычисления силы трения и получим:
Fтр = μN = μ (Fтsinα + mg) = 0,4(10∙0,5 + 1∙10) = 6 (Н)
Движение тела по вертикальной плоскости
Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
mg + N + Fт + Fтр = ma Проекция на ось ОХ: N – F = 0 Проекция на ось ОУ: Fт.п. – mg = 0 |
Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме:
mg + N + Fт + Fтр = ma Проекция на ось ОХ: N – Fтsinα = 0 Проекция на ось ОУ: Fтcosα – Fтр – mg = 0 |
Пример №4. Груз массой 50 кг удерживают на вертикальной плоскости, коэффициент трения которой равен 0,4. Определить, какую силу нужно приложить, чтобы груз оставался в состоянии покоя.
Проекция на ось ОХ:
N – F = 0
Отсюда следует, что сила должна быть равна силе реакции опоры.
Проекция на ось ОУ:
Fт.п. – mg = 0
Перепишем, выразив силу трения через силу реакции опоры:
μN – mg = 0
Отсюда выразим силу реакции опоры:
Следовательно:
Движение тела по наклонной плоскости
Движение вниз без трения |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме: |
|
mg + N = ma |
|
| Проекция на ось ОХ: | |
|
mg sinα = ma |
|
| Проекция на ось ОУ: | |
|
N – mg cosα = 0 |
|
Тело покоится на наклонной плоскости |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме: |
|
mg + N + Fтр = ma |
|
| Проекция на ось ОХ: | |
|
mg sinα – Fтр.п. = 0 |
|
| Проекция на ось ОУ: | |
|
N – mg cosα = 0 |
|
Тело удерживают на наклонной плоскости |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме: |
|
mg + N + F + Fтр = ma |
|
| Проекция на ось ОХ: | |
|
F + Fтр. – mg sinα = ma |
|
| Проекция на ось ОУ: | |
|
N – mg cosα = 0 |
|
Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме: |
|
mg + N + Fт + Fтр = ma |
|
| Проекция на ось ОХ: | |
|
Fт – mg sinα – Fтр. = ma |
|
| Проекция на ось ОУ: | |
|
N – mg cosα = 0 |
|
Равномерное движение вверх с учетом силы трения |
|
 |
Второй закон Ньютона в векторной форме: |
|
mg + N + F + Fтр = ma |
|
| Проекция на ось ОХ: | |
|
Fт – mg sinα – Fтр. = 0 |
|
| Проекция на ось ОУ: | |
|
N – mg cosα = 0 |
Пример №5. Брусок массой 200 г покоится на наклонной плоскости. Коэффициент трения между поверхностью бруска и плоскостью равен 0,6. Определите величину силы трения, если угол наклона плоскости к горизонту равен 30 градусам.
Переведем массу в килограммы: 200 г = 0,2 кг.
Проекция сил, действующих на тело, на ось ОХ:
mg sinα – Fтр.п. = 0
Отсюда сила трения равна:
Fтр.п. = mg sin α
Подставляем известные данные и вычисляем:
Fтр.п. = 0,2∙10∙sin30o = 2∙0,5 = 1 (Н)
Полезная информация
Задание EF18204
При исследовании зависимости силы трения скольжения Fтр от силы нормального давления Fд были получены следующие данные:
|
Fтр, Н |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
|
Fд, Н |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
8,0 |
Из результатов исследования можно сделать вывод, что коэффициент трения скольжения равен:
а) 0,2
б) 2
в) 0,5
г) 5
Алгоритм решения
1.Записать формулу, связывающую силу трения с силой нормального давления.
2.Выразить из нее коэффициент трения.
3.Взять значения силы трения и силы нормального давления из любого опыта (из любого столбца таблицы).
4.Вычислить коэффициент трения на основании табличных данных.
Решение
Силу трения и силу нормального давления связывает формула:
Fтр = μN
Отсюда коэффициент трения равен:
Сделаем расчет коэффициента трения на основании данных первого опыта (1 столбца):
Ответ: б
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF17513
Полый конус с углом при вершине 2α вращается с угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси, совпадающей с его осью симметрии. Вершина конуса обращена вверх. На внешней поверхности конуса находится небольшая шайба, коэффициент трения которой о поверхность конуса равен μ. При каком максимальном расстоянии L от вершины шайба будет неподвижна относительно конуса? Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на шайбу.
Алгоритм решения
1.Построить чертеж. Указать все силы, действующие на шайбу. Выбрать систему координат.
2.Записать второй закон Ньютона для описания движения шайбы в векторном виде.
3.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси.
4.Через систему уравнений вывести искомую величину.
Решение
Так как шайба вращается, покоясь на поверхности конуса, на нее действуют четыре силы: сила трения, сила тяжести, сила реакции опоры и центростремительная сила. Изобразим их на чертеже. Выберем систему координат, параллельную оси вращения.
Второй закон Ньютона в векторном виде выглядит следующим образом:
Теперь запишем этот закон в проекциях на оси ОХ и ОУ соответственно:
Так как шайба покоится относительно поверхности конуса, сила трения равна силе трения покоя:
Максимальное значение силы трения равно:
Принимая в учет силу трения покоя, проекции на оси ОХ и ОУ примут следующий вид:
Запишем систему уравнение в следующем виде:
Поделим первое уравнение на второе и получим:
Сделаем сокращения и получим:
Отсюда центростремительное ускорение равно:
Но также известно, что центростремительное ускорение равно произведению квадрата угловой скорости на радиус окружности:
Радиус окружности, по которой вращается шайба вместе с конусом, можно вычислить по формуле:
Отсюда центростремительное ускорение равно:
Выразим искомую величину L:
Подставим в это выражение выведенную для центростремительного ускорения формулу и получим:
Поделим числитель на синус угла α, чтобы упростить выражение, и получим:
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18051
Грузовик массой m, движущийся по прямолинейному горизонтальному участку дороги со скоростью υ, совершает торможение до полной остановки. При торможении колёса грузовика не вращаются. Коэффициент трения между колёсами и дорогой равен μ. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Сделать чертеж. Указать все силы, действующие на грузовик во время торможения. Выбрать систему координат.
3.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.
4.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси ОХ и ОУ.
5.Записать формулу для нахождения силы трения скольжения.
6.Записать формулу для расчета перемещения при движении с постоянным ускорением.
7.Использовать второй закон Ньютона для определения тормозного пути.
Решение
Из условий задачи нам известны следующие величины:
• Начальная скорость грузовика (до начала торможения) v0 = v.
• Коэффициент трения между колесами и дорогой μ.
Выполним чертеж. Выберем такую систему координат, в которой направление движения грузовика во время торможения совпадает с направлением оси ОХ:
Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:
Запишем второй закон Ньютона в проекциях на оси:
Fтр = ma
N – mg = 0
Известно, что сила трения скольжения определяется формулой:
Fтр = μN = μmg
Значит, в первую ячейку таблицы мы должны поставить «1».
Перемещение при равнозамедленном движении определяется формулой (учтем, что конечная скорость равна 0, так как грузовик остановился):
Выразим ускорение через проекцию сил на ось ОХ:
Подставим найденное ускорение в формулу тормозного пути и получим:
Следовательно, во вторую ячейку таблицы мы должны поставить «4».
Полный ответ: «14».
Ответ: 14
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 14.5k
Сила трения
Вместе с экспертом разбираемся, что такое сила трения, какой она бывает и от чего зависит. В конце статьи — интересные факты о действии сил трения в окружающем мире, о которых многие не знают
Люди встречаются с физическим явлением ежесекундно, но не осознают, что оно вообще существует. Так и с силой трения. Да, мы все знаем, что лед скользкий, а асфальт — нет. Но ученые-физики пытаются объяснить или хотя бы описать как устроен окружающий мир, и почему это происходит.
Физические тела соприкасаются своими сторонами, двигаясь или нет. И всегда проявляется некая сила, всегда противоположная направлению движения или удерживающая одно тело поверх другого. Это и есть сила трения. Интересно, что ее модуль независим от площади, однако зависим от веса контактирующих тел и качеств поверхностей соприкасания. То есть отшлифованные шестеренки любого устройства будут вращаться легче, чем обработанные напильником. И шипованные покрышки лучше держат автомобиль на гололеде, чем лысые. Если исследовать полированное стекло под сильным микроскопом, то можно убедиться, что оно напоминает горную страну с долинами, хребтами и пиками. Что уже говорить о поверхностях, где дефекты видны невооруженным глазом. Вот эти неровности цепляются друг за друга и порождают загадочную силу.
Формулы силы трения
Различают трение сухое и вязкое. Сухое происходит при контакте двух твердых тел без какой-либо прослойки. Вязкое трение проявляется, если между телами есть некая смазка. Например, вода под коньком фигуриста или машинное масло между шестеренками.
Сила трения покоя
Трение покоя проявляется между двумя неподвижными физическими телами. Оно будет сохраняться до тех пор, пока приложенная к ним сила не превысит силу трения покоя. Формулируем, что действующая сила трения покоя равна силе тяги.
Fтр = Fтяги
Где:
Fтр — сила трения скольжения;
Fтяги — сила тяги.
Законы Ньютона
Первый, второй и третий законы Ньютона, история их открытия и формулы
подробнее
Сила трения скольжения
После начала движения формула для вычисления силы трения меняется:
Fтр = μN
Где:
Fтр — сила трения скольжения;
μ — коэффициент трения. Экспериментально полученная величина для пар различных твердых тел. Например, сталь по бронзе, дуб по чугуну и так далее.
N — сила реакции опоры, равная по модулю силе нормального давления и противоположно направленная.
Сила трения качения
Формула силы трения качения сложнее.
Fтр = λN/R
Где:
Fтр — сила трения скольжения;
λ — коэффициент трения;
N — сила реакции опоры;
R — радиус колеса.
В чем измеряется сила трения
Сила трения, как и всякая другая, измеряется в ньютонах.
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Иван Яковлев, преподаватель физики в Домашней школе «ИнтернетУрок».
Что такое сила трения?
Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и всегда направленная вдоль поверхности соприкосновения противоположно направлению движения.
Силы трения бывают двух типов: сухое (возникает при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки) и жидкое (возникает пpи движении твердых тeл в жидкoй или гaзooбpaзнoй cpeдe, или кoгдa caмa жидкocть или гaз тeкут мимo нeпoдвижныx твеpдыx тeл). Сухое трение, в свою очередь, делится на три вида: трение покоя (действует между двумя телами, неподвижными относительно друг друга), трение скольжения (возникает между соприкасающимися телами при их относительном движении), трение качения (возникает при перекатывании тел одного по другу).
Какова природа сил трения?
Причины появления сухого трения:
• Из-за шероховатости (неровностей) поверхностей контактирующих тел. Когда одно тело скользит или катится по другому, эти дефекты цепляются друг за друга и препятствуют передвижению;
• При максимально гладких поверхностях молекулы располагаются настолько близко друг к другу, что между ними начинают действовать силы взаимного притяжения, которые в некоторых случаях довольно существенны.
Величина силы трения зависит от:
• Вида трения. Величина трения качения во много раз меньше трения скольжения.
• Нагрузки. С ее увеличением сила трения растет.
• Качества обработки поверхностей. При скольжении по менее шероховатой поверхности сила трения заметно меньше.
• Использования смазочных материалов.
В чем польза и вред сил трения?
Как уже было сказано вначале, трение играет огромную роль во всех сферах нашей жизни. Например, благодаря силе трения покоя мы можем ходить по земле, авто- и железнодорожный транспорт могут начать движение без пробуксовки или в случае необходимости остановиться. Благодаря силе трения покоя тела не соскальзывают с наклонной поверхности. Без трения не звучала бы скрипка, школьники не смогли бы писать ручкой в своих тетрадях, а все саморезы и гвозди выскочили бы из своих мест.
В живой природе, например, плетущиеся растения благодаря силе трения цепляются за опоры и удерживаются на них, а корнеплоды удерживаются в почве. Действие органов хватания многих животных и насекомых тесно связано с трением.
Но во многих случаях трение очень и очень вредно, и с ним борются различными способами.
Трение выводит из строя человеческий организм: изнашиваются суставы, мениски, образовываются болезненные наросты и мозоли на ногах.
Во всех машинах и агрегатах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся и трущиеся поверхности делают более гладкими или между ними вводят смазку, или по возможности силу трения скольжения заменяют на силу трения качения. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов различных механизмов, их устанавливают на подшипники.
Bязкoe тpeниe пpивoдит к пoтepe мexaничecкoй энepгии движущeгocя тeлa, так как тopмoзит eгo. Например, для преодоления силы трения корабли затрачивают до 75% общей мощности. Поезда при скорости 200 км/ч зaтpaчивaют нa пpeoдoлeниe coпpoтивлeния вoздуxa oкoлo 50-70% общей мoщнocти.
Воздушные летательные аппараты испытывают огромную силу сопротивления воздуха. Трение о воздух может привести к oпacнoму пepeгpeву caмoлeтa в плoтныx cлoяx aтмocфepы. Но в то же время летательные аппараты не смогут взлететь и передвигаться в cpeдe, лишeннoй вязкoгo тpeния, так как пoдъeмнaя cилa кpыльев и cилa тяги вoздушнoгo винтa будут paвны нулю.
В каком классе изучают силу трения?
С определением силы трения, её природой, видами сил трения и их различиями учащиеся знакомятся в 7 классе. Немного подробнее эту тему изучают уже в 10 классе. В заключении хочу предложить для вашего размышления интересный вопрос: «Что будет, если полностью исчезнет сила трения?»
- 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. К списку терминов, часто вызывающих много вопросов, относят в частности силу трения. Специально для вас подготовили материал, в котором попытались простыми словами объяснить это явление. Итак, разберем от А до Я, что такое трение, и как мы можем сталкиваться с ним в повседневной жизни.
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 жизни
Еще 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. Расскажем о каждом из видов в упрощенном варианте, а также рассмотрим несколько простых примеров.
|
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. 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. |
Пример: Движение автомобиля по дороге. Благодаря колесам машина может двигаться по дороге с бешеной скоростью и малыми энергетическими затратами. |
Законы трения
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.
Формула силы тяги
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
Формула силы трения
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Сила трения равна коэффициенту трения, умноженному на силу реакции поддержки.
— сила трения, k — коэффициент трения, N — сила реакции опоры.
Единицей измерения силы является Н (Ньютон).
Существование силы трения объясняется взаимодействием неровностей на поверхностях тел. Он всегда существует, поскольку нет абсолютно гладких тел.
Сила трения всегда направлена в направлении, противоположном направлению движения, а сила реакции опоры перпендикулярна поверхности в направлении, противоположном силе тяжести. k зависит от взаимодействующих материалов и гладкости поверхностей трения, но не зависит от площади контакта трущихся тел. Это безразмерная величина.
Различают силу трения покоя и силу трения движения. Сила остаточного трения — минимальная сила, которую необходимо приложить, чтобы тело начало двигаться. Фрикционная сила движения — сила, которая препятствует движению, если движущая сила становится меньше, чем тело, тело остановится. Если движущая сила равна силе трения, то тело будет двигаться прямолинейно и равномерно.
Примеры решения проблем на тему «Сила трения»
ПРИМЕР 1
Чтобы найти силу трения, действующую на движущееся тело, если ее масса равна 7H, а коэффициент трения равен 0,5.
Тело находится на опоре, поэтому его вес равен прочности реакции поддержки:
Так:
Сила трения равна
ПРИМЕР 2
Тело движется вверх вдоль плоскости, имеющей угол наклона . Известный коэффициент трения k, вес тела P.
Найдите формулу для силы трения для данного тела.
Проблема заключается в том, что тело движется под углом к горизонту, т. Е. Масса тела не равна силе реакции поддержки.
Сила реакции опоры направлена перпендикулярно линии движения, а масса тела направлена перпендикулярно горизонту. Таким образом, угол между этими векторами равен углу между линией движения и горизонтом, т. Е. . По определению косинус:
Согласно формуле, которую мы уже знаем:
Сила трения равна
Сила трения появляется, когда две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга. Процесс изучает физика, в частности механика. Она рассматривает основные законы, которым поддаются тела при их движении и взаимодействии, выясняет причины, влияющие на изменение положения предметов.
Определение и природа силы трения
Сила трения Fтр возникает при касании двух тел. Она создает препятствия для их дальнейшего движения.
Это происходит при взаимодействии атомов и молекул, из которых состоят предметы. Поэтому природа ее появления – электромагнитные волны. Она действует в двух направлениях, направлена на оба тела.
При этом ее значение по модулю не изменяется. Если на одно из двух соприкасающихся тел действует сила, то она оказывает влияние и на другое.
На предмет, остающийся без движения, влияет сила трения покоя. Пока ее значение не превысит внешнее вмешательство, пытающееся сместить предмет, он не изменит положение.
Когда же ее величина возрастет до определенного предела, произойдет перемещение в новое место. Тогда появляется сила трения скольжения, ее направление противоположно смещению предмета.
Благодаря действию трения невозможно перемещаться вечно. Движение закончится через определенное время. Если же внешняя сила вновь превысит значение трения покоя, то перемещение возобновится.
Виды силы трения
Основные виды силы трения:
-
Покоя. Она сопротивляется внешним факторам, пытающимся сдвинуть тело. При их отсутствии ее значение приравнивают к нулю.
-
Скольжения. Она находится в прямой зависимости от коэффициента трения и значения силы, с которой поверхность оказывает давление на тело. Ее направление действия всегда перпендикулярно поверхности. Она обычно ниже, чем максимальная сила трения покоя.
-
Качения. Она возникает, когда одно тело катится по поверхности другого. Например, при соприкосновении колеса едущего велосипеда с дорогой или при работе подшипникового механизма. Она оказывает гораздо меньшее действие, чем трение скольжения, если остальные условия считать неизменными. Ее открытие стало незаменимым для техники. Колеса и круглые детали, вращающиеся и меняющие положение, являются основой многих механизмов и работы транспортных средств.
-
Верчения. Она появляется, когда один предмет начинает вращаться по поверхности другого.
Само трение может быть нескольких видов:
-
Сухим. Проявляется при соприкосновении твердых поверхностей. На них не наблюдаются другие материалы и слои. Такое в природе и жизни встречается крайне редко.
-
Вязким. Его еще называют жидкостным. Возникает при взаимодействии твердого тела с жидкостью или газом. Они могут течь мимо неподвижного предмета. Или он перемещается в жидкой или газообразной субстанции. Например, лодку тянут на канате по реке. Тело заставляет перемещаться верхний слой жидкости или газа. Словно тянет его за собой. Он в свою очередь действует на другой слой, расположенный ниже. Чем дальше от тела, тем ниже скорость движения слоев. Это происходит из-за уменьшения влияния твердого предмета. Между слоями возникает сила трения, так как тела движутся относительно друг друга. Она приводит к их торможению, а значит и действует на твердое тело, останавливая его. Температура определяет степень вязкости веществ. Например, она снижается при нагревании масла. Это наглядно видно на работе автомобильного мотора. Когда машина долго находилась на холоде, двигатель нужно сначала разогреть, чтобы увеличить скорость его вращения. У газов обратная зависимость. Вязкость растет с увеличением температуры.
-
Смешанным. Оно наблюдается, когда между телами, соприкасающимися поверхностями, есть слой смазки.
Также трение разделяют на внутреннее и внешнее. Последнее возникает при взаимодействии твердых тел. Значит к нему можно отнести сухое трение.
Внутреннее же характеризуется вязкостью. Именно при взаимодействии жидкостей или газа смещение происходит внутри одного тела, когда слои движутся относительно друг друга.
Как найти силу трения
Чтобы найти силу трения, нужно знать коэффициент трения k, зависящий от свойств поверхности. Это постоянная величина, значение которой берется из таблиц.
Также понадобится сила реакции опоры N. Нужная величина определяется произведением двух значений:
Fтр = k * N
Буквой k обозначается коэффициент. Также можно встретить символ µ. Обычно он находится в пределах от 0,1 до 1.
Например, для резины, перемещающейся по сухому асфальту, при движении он колеблется от 0,5 до 0,8. При скольжении металла по дереву – 0,4, железа по чугуну – 0,18.
Сила реакции опоры не отличается от величины силы тяжести, зависящей от веса тела. Поэтому ее значение равно произведению массы тела (m) на ускорение свободного падения (g).
N = m * g
Это постоянная величина, составляющая 9,8 м/с². Это правило действует, когда приходится иметь дело с горизонтальной поверхностью. Сила тяжести и реакция опоры уравновешивают друг друга. Поэтому их считают равными величинами.
Если же происходит движение по наклонной плоскости, ход рассуждений несколько меняется. На предмет по-прежнему действуют силы тяжести и реакция опоры, но не в одном направлении.
При знании угла наклона плоскости к горизонту, формула трансформируется и приобретает следующий вид:
N = k * m *·g *·cosα
Здесь необходимо руководствоваться тем, что косинус это отношение катета, прилежащего к углу, к гипотенузе треугольника. Это один из тех случаев, доказывающих тесную взаимосвязь физики и тригонометрии.
Пример решения задачи
Задача, на применение полученных знаний, связанных с силой трения, поможет закрепить материал.
Условие задачи. На полу стоит коробка весом 7 кг. Коэффициент трения между ней и полом составляет 0,3. К коробке прикладывают силу, равную 14 Н. Сдвинется ли она с места?
Решение.
Коробка находится на горизонтальной плоскости. Она подвержена действию силы тяжести, которую уравнивает реакция опоры. Они направлены перпендикулярно коробке и полу. Значит, для определения силы реакции опоры, нужно умножить массу коробки на ускорение:
N = m * g;
N = 10 кг * 9,8 м/с² = 98 кг * м/с² = 98 Н;
Fтр = k * N;
Fтр = 0,3·* 98Н = 29,4 Н.
Ответ: полученное значение превышает усилия, приложенные к коробке со стороны, так как 29,4 Н > 14 Н. Значит, она останется на первоначальном месте.
Сила трения присутствует в жизни постоянно. Она мешает предметам сдвинуться с места и противится их длительному скольжению и перемещению. Ее значение зависит от поверхностей, с которыми приходится соприкасаться, их свойств и характеристик.
Площадь соприкосновения не учитывается, зато имеет значение положение тела. Например, сила, возникающая при движении автомобиля по ровной поверхности, отличается от величины при перемещении по горной местности, расположенной под углом к горизонту. А если машине приходится двигаться на мокрой дороге, то значение снова меняется.