Уважаемые пользователи! В связи с блокировкой Роскомнадзором хостингов Telegram наш сайт (как и некоторые другие сайты Интернета), а также оплата абонементов могут быть недоступны или работать некорректно для части пользователей. Просим всех столкнувшихся с проблемами обращаться по адресу info@interneturok.ru.
Классы
Предметы

Сила трения. Виды трения

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Сила трения. Виды трения

Сила трения в земных условиях сопутствует любым движениям тел. Она возникает при соприкосновении двух тел, если эти тела двигаются относительно друг друга. Направлена сила трения всегда вдоль поверхности соприкосновения

Введение

Существуют сухие и не сухие виды трения. Сухой вид трения возникает при соприкосновении твёрдых тел.

Рассмотрим брусок, лежащий на горизонтальной поверхности (см. Рис. 1). На него действуют сила тяжести  и сила реакции опоры .

Брусок, лежащий на горизонтальной поверхности

Рис. 1. Брусок, лежащий на горизонтальной поверхности

Подействуем на брусок с небольшой силой направленной вдоль поверхности (см. Рис. 2). Если брусок не сдвигается с места, то значит, приложенная сила  уравновешивается другой силой, которая называется силой трения покоя.

Сила трения покоя

Рис. 2. Сила трения покоя

Трение покоя

Сила трения покоя () противоположна по направлению и равна по модулю силе, стремящейся сдвинуть тело параллельно поверхности его соприкосновения с другим телом.

 

При увеличении «сдвигающей» силы  брусок остается в покое, следовательно, сила трения покоя также увеличивается. При некоторой, достаточно большой, силе  брусок придёт в движение. Это означает, что сила трения покоя не может увеличиваться до бесконечности – существует верхний предел, больше которого она быть не может. Величина этого предела – максимальная сила трения покоя.

Если действовать на брусок с помощью динамометра (см. Рис. 3), то если динамометр действует на него с силой , то можно увидеть, что максимальная сила трения покоя становится больше при увеличении массы бруска, то есть увеличении силы тяжести и силы реакции опоры. Если провести точные измерения, то они покажут, что максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе реакции опоры:

 ,

где  – модуль максимальной силы трения покоя; N – сила реакции опоры (нормального давления);  – коэффициент трения покоя (пропорциональности).

Измерение силы трения с помощью динамометра

Рис. 3. Измерение силы трения с помощью динамометра

Следовательно, максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе нормального давления.

Если провести опыт с динамометром и бруском постоянной массы, при этом переворачивая брусок на разные стороны (меняя площадь соприкосновения со столом), то можно увидеть, что максимальная сила трения покоя не меняется. Следовательно, от площади соприкосновения максимальная сила трения покоя не зависит.

Более точные исследования показывают, что трение покоя полностью определяется приложенной к телу силой и формулой .

Трение скольжения

Если тело движется, то сила трения, действующая на него со стороны поверхности, не исчезает, такой вид трения называется трение скольжения. Измерения показывают, что сила трения скольжения по величине практически равна максимальной силе трения покоя.

Сила трения скольжения всегда направлена против скорости движения тела, то есть она препятствует движению. Следовательно, при движении тела только под действием силы трения, она сообщает ему отрицательное ускорение, то есть скорость тела постоянно уменьшается.

Величина силы трения скольжения также пропорциональна силе нормального давления.

 

где  – модуль силы трения скольжения; N – сила реакции опоры (нормального давления);  – коэффициент трения скольжения (пропорциональности).

На рисунке 4 изображён график зависимости силы трения от приложенной силы. На нём видно два различных участка. Первый участок, на котором сила трения возрастает при увеличении приложенной силы, соответствует трению покоя. Второй участок, на котором сила трения не зависит от внешней силы, соответствует трению скольжения.

График зависимости силы трения от приложенной силы

Рис. 4. График зависимости силы трения от приложенной силы

Коэффициент трения скольжения () приблизительно равен коэффициенту трения покоя ().

Обычно коэффициент трения скольжения меньше единицы. Это означает, что сила трения скольжения по величине меньше силы нормального давления.

Коэффициент трения скольжения является характеристикой двух трущихся друг о друга тел, он зависит от того, из каких материалов изготовлены тела и насколько хорошо обработаны поверхности (гладкие или шероховатые).

Происхождение сил трения покоя и скольжения обуславливается тем, что любая поверхность на микроскопическом уровне не является плоской, на любой поверхности всегда присутствуют микроскопические неоднородности. Когда два соприкасающихся тела подвергаются попытки перемещения относительно друг друга, эти неоднородности зацепляются и препятствуют этому перемещению. При небольшой величине приложенной силы этого зацепления достаточно для того, чтобы не позволить телам смещаться, так возникает трение покоя. Когда внешняя сила превосходит максимальное трение покоя, то зацепления шероховатостей не достаточно для удержания тел, и они начинают смещаться относительно друг друга, при этом между телами действует сила трения скольжения.

Трение качения

Данный вид трения возникает при перекатывании тел друг по другу или при качении одного тела по поверхности другого.

Трение качения, как и трение скольжения, сообщает телу отрицательное ускорение.

Возникновение силы трения качения обусловлено деформацией катящегося тела и опорной поверхностью. Так, колесо, расположенное на горизонтальной поверхности, деформирует последнюю. При движении колеса деформации не успевают восстановиться, поэтому колесу приходится как бы все время взбираться на небольшую горку, из-за чего появляется момент сил, тормозящий качение (см. Рис. 5).

Деформация поверхности колесом

Рис. 5. Деформация поверхности колесом (Источник)

Величина силы трения качения, как правило, во много раз меньше силы трения скольжения, при прочих равных условиях. Благодаря этому качение является распространённым видом движения в технике.

Не сухой вид трения

При движении твёрдого тела в жидкости или газе на него действует со стороны среды сила сопротивления (см. Рис. 6). Эта сила направлена против скорости тела и тормозит движение. Главная особенность силы сопротивления заключается в том, что она возникает только при наличии относительного движения тела и окружающей его среды. То есть силы трения покоя в жидкостях и газах не существует. Это приводит к тому, что человек может сдвинуть даже тяжёлую баржу, находящуюся на воде.

 Сила сопротивления, действующая на тело при движении в жидкости или газе

Рис. 6. Сила сопротивления, действующая на тело при движении в жидкости или газе

Модуль силы сопротивления зависит от:

- размеров тела и его геометрической формы;

- состояния поверхности тела;

- свойства жидкости или газа;

- относительной скорости тела и окружающей его среды.

На рисунке 7 показан график зависимости силы сопротивления от скорости тела. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело. С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растёт медленно, а затем темп роста увеличивается.

График зависимости силы сопротивления от скорости тела

Рис. 7. График зависимости силы сопротивления от скорости тела

При низких значениях относительной скорости сила сопротивления прямо пропорциональна величине этой скорости:

 ,

где  – величина относительной скорости;  – коэффициент сопротивления, который зависит от рода вязкой среды, формы и размеров тела.

Если относительная скорость имеет достаточно большое значение, то сила сопротивления становится пропорциональной квадрату этой скорости.

,

где  – величина относительной скорости;  – коэффициент сопротивления .

Выбор формулы для каждого конкретного случая определяется опытным путём.

Задача

Тело массой 600 г равномерно движется по горизонтальной поверхности (см. Рис. 8). При этом к нему приложена сила, величина которой равна 1,2 Н. Определить величину коэффициента трения между телом и поверхностью.

Дано: ; ;  (движение равномерное)

Найти:

Решение

Так как тело движется равномерно, то все силы, действующие на него, взаимно уравновешены. На рисунке 8 изображены эти силы ( – сила тяжести,  – сила реакции опоры,  – сила приложенная к телу и направленная горизонтально (считаем, что тело движется влево),  – сила трения скольжения). Считаем, что эти силы отложены из одной точки.

 

 Иллюстрация к задаче

Рис. 8. Иллюстрация к задаче

Сила тяжести уравновешена силой реакции опоры, приложенная внешняя сила уравновешивается силой трения скольжения.

 

 

Сила трения скольжения равна:

 

Следовательно, коэффициент трения равен:

 

Ответ:  

Итоги урока

На этом уроке мы изучили разновидности сил трения. Они бывают двух типов: сухое трение (возникающее при контакте твёрдых тел), не сухое (сопротивление движению тела со стороны жидкости или газа). Сухое трение в свою очередь делится на три разновидности: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

 

Список литературы

  1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
  2. А.П. Рымкевич. Физика. Задачник 10–11. – М.: Дрофа, 2006.
  3. О.Я. Савченко. Задачи по физике. – М.: Наука, 1988.
  4. А.В. Пёрышкин, В.В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. – М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

 

Домашнее задание

  1. Вопросы в конце параграфа 38 (стр. 100); упражнение 7 (2) стр. 102 – Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы)
  2. Мальчик массой 50 кг, скатившись на санках с горки, проехал по горизонтальной дороге до остановки путь 20 м за 10 с. Найти силу трения и коэффициент трения.
  3. Упряжка собак при движении саней по снегу может действовать с максимальной силой 0,5 кН. Какой массы сани с грузом может перемещать упряжка, если коэффициент трения равен 0,1?

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Festival.1september.ru (Источник).
  2. Интернет-портал 5terka.com (Источник).
  3. Интернет-портал Class-fizika.narod.ru (Источник).
  4. Интернет-портал Clck.ru (Источник).
  5. Интернет-портал Clck.ru (Источник).