Сила трения

Содержание

Помогите пожалуйста!1. При каких условиях появляются силы трения ? 2. От чего зависят модуль и направление силы трения покоя? 3. В каких пределах может изменяться сила трения покоя? 4. Какая сила сообщает ускорение автомобилю или тепловозу? 5. Может ли сила трения скольжения увеличить скорость тела? 6. В чем состоит главное отличие силы сопротивления в жидкостях и газах от силы трения между двумя твердыми телами? 7. Приведите примеры полезного и вредного действия сил трения всех видо

1. При каких условиях появляются силы трения ?

При соприкосновении поверхностей тел.

2. От чего зависят модуль и направление силы трения покоя?

Направление силы трение покоя не имеет. Модуль зависит от величины нормального давления и коэффициента трения. Растет, от нуля до максимального значения трения покоя, если приложена внешняя сила, после того, как величина внешней силы превышает максимальное значение трения покоя, тело начинает двигаться, трения покоя меняет название (сила трения скольжения, качения и тд) и приобретает направление, противоположное направлению движения.

3. В каких пределах может изменяться сила трения покоя?

Ответил выше.

4. Какая сила сообщает ускорение автомобилю или тепловозу?

Сила тяги двигателя, на уклонах — сила тяжести и так далее. . Если их нет и тело движется по инерции, то сила трения. В этом случае ускорение отрицательно, направлено против направления движения.

5. Может ли сила трения скольжения увеличить скорость тела?

Не может, оно направлено против движения, и может уменьшить скорость, но не увеличить.

6. В чем состоит главное отличие силы сопротивления в жидкостях и газах от силы трения между двумя твердыми телами?

Сила сопротивления появляется в жидкостях и газах. Сопротивления покоя не существует. Величина зависит от скорости — при малых скоростях оно пропорционально скорости, при больших квадрату скорости.

7. Приведите примеры полезного и вредного действия сил трения всех видов трения.

Трение сухое. Полезное, — наши самодвижущиеся повозки имеют возможность остановиться или тронуться с места — это полезно.

Но, с другой стороны, все движущиеся детали изнашиваются — это вредно.

Силы сопротивления в жидкостях. Полезное. Подъемная сила крыла и, например, вращение лопастей ветряных станций и мельниц. Вредное. Лобовое сопротивление мешающее движению и вызывающее дополнительные затраты энергии.

Ответы на вопросы к § 20 (§ 22). При каких условиях появляются силы трения?

  • Сила трения покоя появляется тогда, когда на тело начинает действовать сила, стремящаяся вызвать его движение. При движении одного тела относительно другого возникает сил…
  • Если на тело, лежащее на горизонтальной поверхности, действует сила, параллельная этой поверхности, но при этом тело остаётся неподвижным, то модуль силы трения покоя рав…
  • Сила трения покоя изменяется от нуля до максимального значения, равного произведению коэффициента трения на модуль силы нормальной реакции опоры. 4…
  • Ускоряет автомобиль или тепловоз сила трения, действующая на ведущие колёса….
  • Сила трения скольжения не может увеличить скорость тела, так как она всегда направлена в сторону, противоположную скорости его движения….
  • В жидкостях и газах нет силы трения покоя, любая малая сила вызывает движение жидкости. Сила сопротивления при движении тела в жидкости или газе зависит от скорости движе…
  • Благодаря силе трения возможно движение человека, животных, автомобиля по поверхности, мы можем удержать предмет в руке. Если бы трения не было, то любой самый маленький …

Силы трения

1. Сила трения скольжения

Поставим опыт

Толкнем лежащий на столе брусок, сообщив ему некоторую начальную скорость. Мы увидим, что брусок скользит по столу и его скорость уменьшается до полной остановки (на рисунке 17.1 показаны последовательные положения бруска через равные промежутки времени). Как вы уже знаете из курса физики основной школы, тормозит брусок силы трения скольжения, действующая на него со стороны стола.
Силы трения скольжения действуют на каждое из соприкасающихся тел, когда они движутся друг относительно друга.

Эти силы действуют на каждое из соприкасающихся тел (рис. 17.2). Они равны по модулю и противоположны по направлению, потому что связаны третьим законом Ньютона.

Когда брусок скользит по столу, мы не замечаем силу трения скольжения, действующую на стол со стороны бруска, потому что стол прикреплен к полу (или на стол со стороны пола действует довольно большая сила трения покоя, речь о которой пойдет далее).

Если же толкнуть брусок, лежащий на тележке, то под действием силы трения скольжения, действующей на тележку со стороны бруска, тележка станет двигаться с ускорением, а скорость бруска относительно тележки будет уменьшаться.

? 1. Во сколько раз ускорение бруска относительно стола в этом опыте больше, чем ускорение тележки относительно стола, если масса бруска 200 г, а масса тележки 600 г? Трением между тележкой и столом можно пренебречь.

Силы трения скольжения направлены вдоль поверхности соприкосновения тел. Действующая на каждое тело сила трения направлена противоположно скорости этого тела относительно другого тела.

Силы трения скольжения обусловлены главным образом зацеплением и разрушением неровностей соприкасающихся тел (эти неровности на рисунке 17.3 для наглядности преувеличены). Поэтому обычно чем более гладкие поверхности соприкасающихся тел, тем меньше силы трения между ними.

Однако если сделать соприкасающиеся поверхности очень гладкими (например, отшлифовать их), то сила трения скольжения может увеличиться вследствие действия сил межмолекулярного притяжения.

Выясним, от чего зависит сила трения скольжения.

От чего зависит сила трения скольжения?

Поставим опыт
Будем с помощью динамометра тянуть брусок по столу с постоянной скоростью (рис. 17.4, а), прикладывая к нему горизонтально направленную силу упр.

При движении с постоянной скоростью ускорение бруска равно нулю. Следовательно, силу трения скольжения, действующую на брусок со стороны стола, уравновешивает сила упругости, действующая на брусок со стороны динамометра. Значит, эти силы равны по модулю, то есть динамометр показывает модуль силы трения.

Повторим опыт, положив на брусок другой такой же брусок (рис. 17.4, б). Мы увидим, что сила трения скольжения увеличилась в 2 раза. Заметим теперь, что в этом опыте (по сравнению с опытом с одним бруском) сила нормальной реакции тоже увеличилась в 2 раза.

Изменяя силу нормальной реакции, можно убедиться, что модуль силы трения скольжения Fтр пропорционален модулю силы нормальной реакции N:

Fтр.ск = μN. (1)

Как показывает опыт, сила трения скольжения практически не зависит от относительной скорости движения соприкасающихся тел и от площади их соприкосновения.

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения. Его определяют из опыта (см. лабораторную работу 4). Он зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей. На форзаце задачника (под обложкой) приведены приближенные значения коэффициента трения для некоторых видов поверхностей.

Коэффициент трения шин по мокрому асфальту или по льду в несколько роз меньше коэффициента трения шин по сухому асфальту. Поэтому тормозной путь автомобиля значительно увеличивается во время дождя или гололеда. О скользкой дороге водителей предупреждает дорожный знак (рис. 17.5).

? 2. Тело массой m движется по горизонтальной поверхности. Коэффициент трения между телом и поверхностью μ.
а) Чему равна сила трения скольжения?
б) С каким по модулю ускорением движется тело, если на него действуют только сила тяжести, сила нормальной реакции и сила трения скольжения?

? 3. Лежащему на столе бруску сообщили скорость 2 м/с, и он прошел до остановки 1 м (тормозной путь). Чему равен коэффициент трения между бруском и столом?

? 4. Можно приближенно считать, что на автомобиль при торможении действует сила трения скольжения. Оцените, чему равен тормозной путь автомобиля на сухом асфальте и на льду при начальной скорости 60 км/ч; 120 км/ч. Сравните найденные значения с длиной классной комнаты.

Полученные ответы удивят вас. Наверное, вы станете осторожнее на дороге во время дождя и особенно гололеда.

2. Сила трения покоя

Поставим опыт
Попробуйте сдвинуть с места шкаф (рис. 17.6). Он будет оставаться в покое, даже если прикладывать к нему довольно большую силу.

Какая же сила уравновешивает горизонтально направленную силу, приложенную вами к шкафу? Это сила трения покоя, действующая на шкаф со стороны пола.

Силы трения покоя возникают при попытке сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого в том случае, когда тела остаются в покое друг относительно друга. Эти силы препятствуют относительному движению тел.

? 5. Действует ли сила трения покоя на пол со стороны шкафа (рис. 17.6)?

Причины возникновения силы трения покоя сходны с причинами возникновения силы трения скольжения: наличие неровностей на соприкасающихся поверхностях тел и действие сил межмолекулярного притяжения.

Будем постепенно увеличивать приложенную к шкафу горизонтальную силу. При достижении некоторого ее значения шкаф сдвинется с места н начнет скользить по полу. Следовательно, модуль силы трения покоя Fтр.пок не превышает некоторого предельного значения, называемого максимальной силой трения покоя.

Опыт показывает, что максимальная сила трения покоя немного больше силы трения скольжения. Однако для упрощения решения школьных задач принимают, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения:

Fтр.пок ≤ μN. (2)

Если тело покоится, то сила трения покоя тр.пок уравновешивает силу , направленную вдоль поверхности соприкосновения тел и стремящуюся сдвинуть тело.
Следовательно, в этом случае

Fтр.пок = F. (3)

Обратите внимание: сила трения покоя удовлетворяет двум соотношениям – неравенству (4) и равенству (5). Из них следует неравенство для силы , которая не может сдвинуть тело:

F ≤ μN. (4)

Если же F > μN, то тело начнет скользить, и на него будет действовать сала трения скольжения. В таком случае

Fтр = Fтр.ск = μN.

Соотношения (3) и (5) иллюстрирует график зависимости силы трения Fтр от приложенной к телу силы F (рис. 17.7).

? 6. К лежащему на столе бруску массой 1 кг прикладывают горизонтальную силу, равную по модулю F. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,3. Чему равна действующая на брусок со стороны стола сила трения, если F = 2 Н? F = 5 Н?

? 7. Тягач тянет по горизонтали связку бревен массой 10 т с силой 40 кН. Чему равно ускорение связки, если коэффициент трения между бревнами и дорогой равен 0,3? 0,5?

? 8. Находящийся на столе брусок массой 1 кг тянут горизонтальной пружиной жесткостью 100 Н/м. Коэффициент трения 0,3. Каково удлинение x пружины, если брусок покоится? движется со скоростью 0,5 м/с?

Может ли сила трение быть движущей силой?

Делая шаг, человек толкает дорогу назад, действуя на нее силой трения покоя тр1: ведь подошва во время толчка покоится относительно дороги (на это иногда указывает четкий отпечаток подошвы) (рис. 17.8, а). Согласно третьему закону Ньютона, со стороны дороги на человека действует такая же по модулю сила трения покоя тр2, направленная вперед.
Сила трения покоя разгоняет и автомобиль (рис. 17.8, б). Когда колесо катится без проскальзывания, его нижняя точка покоится относительно дороги. Ведущее колесо автомобиля (приводимое во вращение двигателем) толкает дорогу назад, действуя на нее силой трения покоя тр1. Согласно третьему закону Ньютона, дорога при атом толкает колесо (а вместе с ним и автомобиль) вперед силой трения покоя тр2. Именно эту силу и называют часто силой тяги.

? 9. С какой целью локомотивы (электровозы и тепловозы) делают очень массивными?

? 10. Коэффициент трения между шинами ведущих колес автомобиля и дорогой равен 0,5. Считайте, что сопротивлением воздуха можно пренебречь.
а) С каким максимально возможным ускорением может двигаться автомобиль, если все его колеса – ведущие?
б) Увеличилось бы или уменьшилось максимально возможное ускорение автомобиля, если ведущими были бы только передние или только задние колеса? Обоснуйте свой ответ.

Подсказки. Ускорение автомобиля обусловлено действием силы трения покоя со стороны дороги.

Дополнительные вопросы и задания

11. На рисунке 17.9 приведены графики зависимости силы трения скольжения от силы нормальной реакции при движении по столу трех разных брусков. Между каким бруском и столом коэффициент трения наибольший? Чему он равен?

12. На столе лежит стопка из четырех одинаковых книг массой 500 г каждая (рис. 17.10). Коэффициент трения между обложками книг равен 0,4. Какую горизонтально направленную силу надо приложить, чтобы, придерживая остальные книги:
а) сдвинуть книгу 4?
б) сдвинуть книги 3 и 4 вместе?
в) вытащить книгу 3?
г) вытащить книгу 2?

13. Оцените, до какой скорости может разогнаться за 2 с автомобиль на мокром асфальте. Все его колеса ведущие.

Сила трения скольжения

Изображения сил, действующих на скользящее тело.Изображения сил, действующих на тело, находящееся на ровной и наклонной плоскости.

Сила трения скольжения — сила, возникающая между соприкасающимися телами при их относительном движении.

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, но не зависит от площади соприкосновения.

Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения, и обозначается латинской буквой k {\displaystyle k} или греческой буквой μ {\displaystyle \mu } . 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 μ {\displaystyle \mu } можно считать постоянным. В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле:

F = μ N {\displaystyle F=\mu N}

μ {\displaystyle \mu } — коэффициент трения скольжения,

N {\displaystyle N} — сила нормальной реакции опоры.

Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении.

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 в большей или меньшей степени происходит преобразование механического движения в другие формы движения материи — чаще всего в тепловую форму движения, и происходит нагревание взаимодействующих тел.

Типы трения скольжения

Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазочный материал), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.

По физике взаимодействия трение скольжения принято разделять на:

  • Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазочными материалами — 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 (смазочного материала) 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 содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;

Также можно классифицировать трение по его области. 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.

Таблица коэффициентов трения скольжения

Значения таблицы взяты из справочника по физике

Таблица коэффициентов трения скольжения, μ {\displaystyle \mu }

Трущиеся материалы (при сухих поверхностях) Коэффициенты трения
покоя при движении
Алюминий по алюминию 0,94
Бронза по бронзе 0,20
Бронза по чугуну 0,21
Дерево по дереву (в среднем) 0,65 0,33
Дерево по камню 0,46-0,60
Дуб по дубу (вдоль волокон) 0,62 0,48
Дуб по дубу (перпендикулярно волокнам) 0,54 0,34
Железо по железу 0,15 0,14
Железо по чугуну 0,19 0,18
Железо по бронзе (слабая смазка) 0,19 0,18
Канат пеньковый по деревянному барабану 0,40
Канат пеньковый по железному барабану 0,25
Каучук по дереву 0,80 0,55
Каучук по металлу 0,80 0,55
Кирпич по кирпичу (гладко отшлифованные) 0,5-0,7
Колесо со стальным бандажем по рельсу 0,16
Лед по льду 0,028
Метал по аботекстолиту 0,35-0,50
Метал по дереву (в среднем) 0,60 0,40
Метал по камню (в среднем) 0,42-0,50
Метал по металу (в среднем) 0,18-0,20
Медь по чугуну 0,27
Олово по свинцу 2,25
Полозья деревянные по льду 0,035
Полозья обитые железом по льду 0,02
Резина (шина) по твердому грунту 0,40-0,60
Резина (шина) по чугуну 0,83 0,8
Ремень кожаный по деревянному шкиву 0,50 0,30-0,50
Ремень кожаный по чугунному шкиву 0,30-0,50 0,56
Сталь по железу 0,19
Сталь (коньки) по льду 0,02-0,03 0,015
Сталь по райбесту 0,25-0,45
Сталь по стали 0,15-0,25 0,09 (ν = 3 м/с)

0,03 (ν = 27 м/с)

Сталь по феродо 0,25-0,45
Точильный камень (мелкозернистый) по железу 1
Точильный камень (мелкозернистый) по стали 0,94
Точильный камень (мелкозернистый) по чугуну 0,72
Чугун по дубу 0,65 0,30-0,50
Чугун по райбесту 0,25-0,45
Чугун по стали 0,33 0,13 (ν = 20 м/с)
Чугун по феродо 0,25-0,45
Чугун по чугуну 0,15

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *