Что изменяется с увеличением веса автомобиля сила трения или коэффициент трения
Перейти к содержимому

Что изменяется с увеличением веса автомобиля сила трения или коэффициент трения

  • автор:

Сила трения: формула, чему равна, на что направлена

Сила трения, как физическое явление, возникает при соприкосновении и взаимном передвижении двух поверхностей. Данная сила представляет собой объект изучения физики, а именно, механики. В процессе опытных наблюдений и изучения силы трения были сформулированы ключевые закономерности, описывающие перемещение и взаимное воздействие физических тел друг на друга. При этом объясняются причины, в зависимости от которых предметы занимают то или иное положение. Когда формируется некая сила трения, образуется барьер для последующего движения взаимодействующих тел.

Возникновение силы трения можно объяснить взаимным воздействием атомов и молекул. Они входят в состав абсолютно всех окружающих предметов. Исходя из этого, разумно сделать вывод о природе образования силы трения, то есть электромагнитных волнах. Вектор силы трения ориентирован в двух направлениях. Данная сила оказывает действие на оба тела, участвующие во взаимодействии. В этом случае можно наблюдать стабильность значения модуля силы трения. Когда один из предметов рассматриваемой системы испытывает на себе действие силы, она влияет и на второй предмет. Если объект неподвижен, то он подвержен силе трения покоя. Такое состояние отличается стабильностью до того момента, пока сила покоя и сила внешнего смещающего его воздействия уравновешены.

По мере возрастания силы, действующей на тело, кроме силы трения покоя, можно заметить, что оно начинает двигаться и занимает новое положение. Таким образом, проявляется сила трения скольжения, вектор которой направлен противоположно движению объекта. За счет действия силы трения не представляется возможным двигаться в течение неограниченного времени. Перемещение завершается после какого-то временного промежутка. При увеличении внешней силы по сравнению с силой трения покоя можно наблюдать возобновление движения.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Трение представляет собой процесс в механике взаимного воздействия тел, которые соприкасаются и перемещаются относительно друг друга в плоскости касания. Также трением называют относительное перемещение между собой параллельных слоев веществ в жидком, газообразном, твердом агрегатных состояниях.

Сила трения является такой силой, причина возникновения которой заключается в соприкосновении пары предметов и которая создает барьер для их относительного перемещения.

Сила трения

От чего зависит сила трения

Силу трения можно наблюдать в окружающем мире повсюду. Благодаря ее действию, тела не двигаются бесконечно, занимают определенное положение. За счет силы трения предметы лишены возможности скользить и перемещаться длительное время. Величина силы трения определяется типом соприкасающихся поверхностей, их физико-химическими свойствами и характеристиками.

Параметром, который не влияет на силу трения, является площадь соприкосновения предметов. С другой стороны, на интенсивность воздействия оказывает влияние то, как расположены тела. К примеру, если машина едет по ровной дороге, на нее действует одна сила. В том случае, когда транспортное средство перемещается по горному рельефу под каким-то углом к горизонту, оно испытывает на себе силу другой величины. Также значение силы поменяется при движении автомобиля по мокрому асфальту.

Трение возникает по причине шероховатости, которой обладают соприкасающиеся поверхности, а также за счет взаимного воздействия молекул, составляющих эти поверхности. Величина возникающей силы трения определяется составом материалов и тем, насколько сильно они соприкасаются друг с другом. Самые простые модели демонстрации силы трения, с помощью которых описан закон Кулона, предполагают прямую пропорциональную зависимость между силой трения и силой нормальной реакции, возникающими между соприкасающимися поверхностями.

Примечание

Известно, что физико-химические процессы, протекающие в физических телах, отличаются сложностью. По этой причине сформулировать принципы, характерные для процессов трения, с помощью простейших моделей традиционной механики не представляется возможным.

В чем измеряется

Сила трения представляет собой величину, описывающую процесс трения, а именно, его значение и направление. Из школьного курса физики известно, что силу измеряют в Ньютонах (Н). Аналогичные единицы измерения используют при расчете силы трения.

Как найти силу трения: формула

Коэффициент трения (обозначают, как \mu) играет роль ключевой характеристики трения, зависит от состава соприкасающихся поверхностей.

При рассмотрении примитивных примеров возникновения силы трения и нормальной нагрузки данные величины можно выразить с помощью следующего соотношения:

Здесь F обозначает силу трения, \(N_\) является силой нормальной реакции.

Перечислим некоторые коэффициенты трения, характерные для разных материалов:

blobid1651128149029.png

Виды силы трения

Как уже было сказано ранее, силы трения могут отличаться в зависимости от природы и положения взаимодействующих тел. Рассмотрим основные виды данного воздействия:

Виды трения

  1. Сила трения покоя направлена против внешнего воздействия, перемещающего предмет. Если внешние силы отсутствуют, сила трения покоя имеет нулевое значение.
  2. Сила трения скольжения прямо зависит от коэффициента трения и силы давления поверхности, влияющей на тело. Вектор этого трения является перпендикуляром, опущенным к поверхности. В распространенных ситуация скольжение меньше по сравнению с самой большой силой трения покоя.
  3. Сила трения качения формируется в том случае, когда какой-то предмет катится по поверхности второго. В качестве примеров можно привести движение колеса велосипеда относительно дороги и функционирование подшипникового механизма. Действие этой силы меньше по сравнению со скольжением при аналогичных условиях.
  4. Сила трения верчения образуется при вращении некого тела относительно поверхности другого тела.

Трение, как природное явление, классифицируют на несколько видов. Перечислим основные из них:

  1. Сухое трение, редко встречающееся в естественной среде, предполагающее взаимодействие твердых поверхностей.
  2. Вязкое (жидкостное) трение можно наблюдать, когда твердое тело соприкасается с материалом в жидком или газообразном агрегатных состояниях.
  3. Смешанное трение характерно для взаимодействия предметов, поверхности которых смазаны.

Кроме того, трение бывает таких видов, как:

Задачи

Доска имеет массу (М) 15 кг и расположена на гладкой поверхности. На нее поместили брусок массой (m) 3 кг. Требуется вычислить, чему равна максимальная горизонтально ориентированная сила, воздействующая на доску, при нахождении бруска в состоянии покоя. Коэффициент трения между доской и бруском в данном случае следует считать за \(\mu = 0,4.\)

Воспользуемся понятием и особенностями действия сил трения, применительно к данной задаче. Для удобства вычислений необходимо представить два изображения. Сначала продемонстрируем наглядно действие сил, направленных на брусок. С правой стороны изобразим систему сил для доски.

f---pict9.png

Заметим, что брусок находится в состоянии покоя на доске. Таким образом, можно сделать вывод о равенстве их ускорений, то есть:

Воспользуемся вторым законом Ньютона, применительно к бруску. Тогда получим следующее соотношение:

Воспроизведем проекции на координатные оси:

В критический момент времени при максимальном значении ускорения. При этом скольжение бруска отсутствует, а сила трения покоя находится в равновесии с силой трения скольжения. Исходя из данных условий, можно записать следующее:

Путем подстановки полученного выражения в уравнение проекции второго закона Ньютона на ось Ох, получим такое соотношение:

\(\mu mg = ma \Rightarrow a= \mu g\)

Далее необходимо применить второй закон Ньютона для системы, в которой участвуют доска и брусок. Выглядеть это будет следующим образом:

Проекция записанного выражения на ось абсцисс даст такое равенство:

\(F =(m+M)a = (m+M)\mu g F = (3+15)\text< кг>\cdot 0,4 \cdot 10\text < м/с$^2$>= 72\text< H >\)

Некое тело движется, испытывая влияние горизонтально направленной силы. При этом на тело оказывает воздействие сила трения, обозначенная, как \(F_>\) . Необходимо вычислить, во сколько раз поменяется значение данной силы при уменьшении массы наблюдаемого объекта в 2 раза.

Упростить понимание этой задачи можно путем изображения всех сил, приложенных к телу:

задача 2

Воспользуемся вторым законом Ньютона, чтобы записать следующее справедливое равенство:

В данном случае m обозначает массу тела, а является ускорением, которое приобретает объект.

Если построить проекцию данного выражения на вертикальной оси, то получим такое соотношение:

\(N — mg = 0 \Rightarrow N=mg\)

Исходя из понятия силы трения скольжения, справедливо записать следующее уравнение:

Здесь \mu является коэффициентом трения.

Заметим наличие прямой зависимости между силой трения скольжения и массой объекта. Из этого целесообразно сделать вывод об уменьшении силы трения скольжения в 2 раза при условии, что массу тела уменьшили в 2 раза.

Некий предмет имеет массу 10 кг и испытывает на себе горизонтально ориентированную силу F=30 Н. Данное тело расположено на горизонтальной шероховатой поверхности. Коэффициент трения при этом равен \(\mu=0,5\) . Нужно вычислить величину силы трения.

Обратимся к понятию силы трения скольжения. Данная сила определяется с помощью следующей формулы:

В данном случае N обозначает силу реакции опоры.

Изобразим схематично силы, которые приложены к предмету:

задача 3

Воспользуемся вторым законом Ньютона и запишем следующее справедливое равенство, применительно к условиям задачи:

Если спроецировать рассматриваемые силы на ось ординат, получим следующее:

\(N-mg=0\Rightarrow N=mg Отсюда: F_> = \mu mg = 0,5\cdot 10\text < кг>\cdot 10\text < м/с$^2$>= 50\text< H >\)

Из полученного результата можно сделать такой вывод:

Из этого следует, что при приложении к телу силы, направленной в левую сторону, оно начнет двигаться в правую сторону. С точки зрения физики такая ситуация невозможна. Таким образом, вычисленной силы не хватает для смещения предмета. В результате, можно наблюдать равенство силы трения и силы трения покоя, равной силе, с которой воздействуют на тело для его передвижения:

Графически изображена зависимость модуля силы трения скольжения от модуля силы нормального давления. Необходимо вычислить значение коэффициента трения.

задача 4

Воспользуемся уравнением силы трения, из которого выразим искомый коэффициент трения. Подставим известные величины по условию задания и выполним вычисления:

Предмет перемещается по горизонтальной поверхности и действует на нее с силой 40 Н. Значение силы трения соответствует 10 Н. Необходимо вычислить, чему равен коэффициент трения скольжения.

Запишем уже знакомую формулу для определения силы трения:

В данном случае N определяет нормальную составляющую силы воздействия предмета на поверхность.

Выразим коэффициент трения из записанной формулы. Путем подстановки численных значений из условия задания получим искомую величину:

Небольшая шайба скользит по наклонной плоскости с углом \(\alpha = 45\) и высотой h. Время движения t=2 с. С наклона \(30^\) шайба скользит равномерно. Необходимо вычислить высоту горки и округлить ответ до десятых.

Проанализировать все силы, которые оказывают влияние на шайбу, становится проще, если изобразить их на схеме:

задача 5

Запишем соотношение для второго закона Ньютона:

Далее представим проекцию полученного выражения на ось абсцисс и ординат:

Исходя из понятия силы трения скольжения, запишем следующее уравнение:

В результате получим, что:

Проанализируем условия, при которых шайба скользит, чтобы определить значение коэффициента трения. Заметим, что в начале движения ускорение обладает нулевым значением. Таким образом, проекция второго закона Ньютона на ось абсцисс примет следующий вид:

Путем подстановки полученного значения в выражение для расчета ускорения получим следующее:

Сформулируем кинематическое уравнение:

Здесь S обозначает путь, который преодолела шайба в процессе движения.

Таким образом, вычислим, чему равна высота:

Предмет имеет массу 10 кг и расположен на наклонной поверхности с углом наклона \(\alpha= 30^\) . Коэффициент трения составляет \(\mu=0,4\) . Нужно рассчитать силу трения \( F_>.\)

В первую очередь необходимо определить, в каком состоянии находится предмет. Целесообразно при этом проанализировать момент времени равенства угла наклона критическому, то есть:

Задача 7

Согласно второму закону Ньютона, получим:

Запишем проекции уравнения на оси абсцисс и ординат:

Исходя из определения силы трения скольжения, составим следующее соотношение:

Так как \(\alpha_>\) является углом, при котором предмет смещается, \(tg\) обозначает функцию, которая возрастает на интервале \((0;\dfrac<\pi>)\) , можно записать следующий вывод для \(\alpha < \alpha_>\) :

при \(\mu < tg\) предмет начинает скользить;

при \(\mu > tg \) тело находится в покое.

Выполним сравнение \(\mu\) с тангенсом наклона. Отношение примет следующий вид:

В результате, искомая сила сопротивления является силой трения скольжения, вычисляемая таким образом:

Закон силы трения: объясняем сложную тему простыми словами

Почему звучит скрипка, когда по струнам проводят смычком? Почему на мокрой дороге автомобилю сложнее затормозить? Вы стоите на абсолютно гладкой поверхности ледяного озера. Как сдвинуться с места? Как снять тесное кольцо с пальца? Ответы на все эти вопросы можно получить, подробно изучив такую важную тему, как закон силы трения.

Время чтения:

Определение силы трения

Определение силы трения

Когда мы говорим «абсолютно гладкая поверхность» — это значит, что между ней и телом нет трения. Такая ситуация в реальной жизни практически невозможна. Избавиться от трения полностью невероятно трудно.

Чаще при слове «трение» нам приходит в голову его «тёмная» сторона — из-за трения скрипят и прекращают качаться качели, изнашиваются детали машин. Но представьте, что вы стоите на идеально гладкой поверхности, и вам надо идти или бежать. Вот тут трение бы, несомненно, пригодилось. Без него вы не сможете сделать ни шагу, ведь между ботинком и поверхностью нет сцепления, и вам не от чего оттолкнуться, чтобы двигаться вперёд.

Трение — это взаимодействие, которое возникает в плоскости контакта поверхностей соприкасающихся тел.
Сила трения — это величина, которая характеризует это взаимодействие по величине и направлению.

Основная особенность: сила трения приложена к обоим телам, поверхности которых соприкасаются, и направлена в сторону, противоположную мгновенной скорости движения тел друг относительно друга. Поэтому тела, свободно скользящие по какой-либо горизонтальной поверхности, в конце концов остановятся. Чтобы тело двигалось по горизонтальной поверхности без торможения, к нему надо прикладывать усилие, противоположное и хотя бы равное силе трения. В этом заключается суть силы трения.

Откуда берётся трение

Трение возникает по двум причинам:

  1. Все тела имеют шероховатости. Даже у очень хорошо отшлифованных металлов в электронный микроскоп видны неровности. Абсолютно гладкие поверхности бывают только в идеальном мире задач, в которых трением можно пренебречь. Именно упругие и неупругие деформации неровностей при контакте трущихся поверхностей формируют силу трения.
  2. Между атомами и молекулами поверхностей тел действуют электромагнитные силы притяжения и отталкивания. Таким образом, сила трения имеет электромагнитную природу.

Виды силы трения

В зависимости от вида трущихся поверхностей, различают сухое и вязкое трение. В свою очередь, оба подразделяются на другие виды силы трения.

  1. Сухое трение возникает в области контакта поверхностей твёрдых тел в отсутствие жидкой или газообразной прослойки. Этот вид трения может возникать даже в состоянии покоя или в результате перекатывания одного тела по другому, поэтому здесь выделяют три вида силы трения:
  • трение скольжения,
  • трение покоя,
  • трение качения.

Виды силы трения

  1. Вязкое трение возникает при движении твёрдого тела в жидкости или газе. Оно препятствует движению лодки, которая скользит по реке, или воздействует на летящий самолёт со стороны воздуха. Интересная особенность вязкого трения в том, что отсутствует трение покоя. Попробуйте сдвинуть пальцем лежащий на земле деревянный брус и проделайте тот же эксперимент, опустив брус на воду. Чтобы сдвинуть брус с места в воде, будет достаточно сколь угодно малой силы. Однако по мере роста скорости силы вязкого трения сильно увеличиваются.

Сила трения покоя

Обычная ситуация: на кухне имеется холодильник, его нужно переставить на другое место.

Когда никто не пытается двигать холодильник, стоящий на горизонтальном полу, трения между ним и полом нет. Но как только его начинают толкать, коварная сила трения покоя тут же возникает и полностью компенсирует усилие. Причина её возникновения — те самые неровности соприкасающихся поверхностей, которые деформируясь, препятствуют движению холодильника. Поднатужились, увеличили силу, приложенную к холодильнику, но он не поддался и остался на месте. Это означает, что сила трения покоя возрастает вместе с увеличением внешнего воздействия, оставаясь равной по модулю приложенной силе, ведь увеличиваются деформации неровностей.

Пока силы равны, холодильник остаётся на месте:

Сила трения, которая действует между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению движения, называется силой трения покоя

Сила трения скольжения

Что же делать с холодильником и можно ли победить силу трения покоя? Не будет же она расти до бесконечности?

Зовём на помощь друга, и вдвоём уже удаётся передвинуть холодильник. Получается, чтобы тело двигалось, нужно приложить силу, большую, чем самая большая сила трения покоя:

Теперь на движущийся холодильник действует сила трения скольжения. Она возникает при относительном движении контактирующих твёрдых тел.

Итак, сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения — Fтр. пок. макс И если приложенная сила больше, чем Fтр. пок. макс, то у холодильника появляется шанс сдвинуться с места.

Теперь, после начала движения, можно прекратить наращивать усилие и ещё одного друга можно не звать. Чтобы холодильник продолжал двигаться равномерно, достаточно прикладывать силу, равную силе трения скольжения:

Сила трения скольжения

Как рассчитать и измерить силу трения

Чтобы понять, как измеряется сила трения, нужно понять, какие факторы влияют на величину силы трения. Почему так трудно двигать холодильник?

Самое очевидное — его масса играет первостепенную роль. Можно вытащить из него все продукты и тем самым уменьшить его массу, и, следовательно, силу давления холодильника на опору (пол). Пустой холодильник сдвинуть с места гораздо легче!
Следовательно, чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Опора действует на тело с точно такой же силой, что и тело на опору, только направленной в противоположную сторону.

Сила реакции опоры обозначается N. Можно сделать вывод

Второй фактор, влияющий на величину силы трения, — материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей. Так, двигать холодильник по бетонному полу гораздо тяжелее, чем по ламинату. Зависимость силы трения от рода и качества обработки материала обеих соприкасающихся поверхностей выражают через коэффициент трения.

Коэффициент трения обозначается буквой μ (греческая буква «мю»). Коэффициент определяется отношением силы трения к силе нормального давления.

Он чаще всего попадает в интервал от нуля до единицы, не имеет размерности и определяется экспериментально.

Можно предположить, что сила трения зависит также от площади соприкасающихся поверхностей. Однако, положив холодильник набок, мы не облегчим себе задачу.

Ещё Леонардо да Винчи экспериментально доказал, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при прочих равных условиях.

Сила трения скольжения, возникающая при контакте твёрдого тела с поверхностью другого твёрдого тела прямо пропорциональна силе нормального давления и не зависит от площади контакта.

Этот факт отражён в законе Амонтона-Кулона, который можно записать формулой:

где μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Для тела, движущегося по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры по модулю равна весу тела:

Сила трения качения

Сила трения качения

Ещё древние строители заметили, что если тяжёлый предмет водрузить на колёсики, то сдвинуть с места и затем катить его будет гораздо легче, чем тянуть волоком. Вот бы пригодилась эта древняя мудрость, когда мы тянули холодильник! Однако всё равно нужно толкать или тянуть тело, чтобы оно не остановилось. Значит, на него действует сила трения качения. Это сила сопротивления движению при перекатывании одного тела по поверхности другого.

Причина трения качения — деформация катка и опорной поверхности. Сила трения качения может быть в сотни раз меньше силы трения скольжения при той же силе давления на поверхность. Примерами уменьшения силы трения за счёт подмены трения скольжения на трение качения служат такие приспособления, как подшипники, колёсики у чемоданов и сумок, ролики на прокатных станах.

Направление силы трения

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно скорости относительного движения соприкасающихся тел. Важно помнить, что на каждое из соприкасающихся тел действует своя сила трения.

Направление силы трения

Бывают ситуации, когда сила трения не препятствует движению, а совсем наоборот.

Представьте, что на ленте транспортёра лежит чемодан. Лента трогается с места, и чемодан движется вместе с ней. Сила трения между лентой и чемоданом оказалась достаточной, чтобы преодолеть инерцию чемодана, и эти тела движутся как одно целое. На чемодан действует сила трения покоя, возникающая при взаимодействии соприкасающихся поверхностей, которая направлена по ходу движения ленты транспортёра.

Сила трения покоя

Если бы лента была абсолютно гладкой, то чемодан начал бы скользить по ней, стремясь сохранить своё состояние покоя. Напомним, что это явление называется инерцией.

Направление силы трения

Сила трения покоя, помогающая нам ходить и бегать, также направлена не против движения, а вперёд по ходу перемещения. При повороте же автомобиля сила трения покоя и вовсе направлена к центру окружности.

Для того чтобы понять, как направлена сила трения покоя, нужно предположить, в каком направлении стало бы двигаться тело, будь поверхность идеально гладкой. Сила трения покоя в этом случае будет направлена как раз в противоположную сторону. Пример, лестница у стены.

Подведём итоги

  1. Сила трения покоя меняется от нуля до максимального значения 0 < Fтр.покоя < Fтр.пок.макс в зависимости от внешнего воздействия.
  2. Максимальная сила трения покоя почти равна силе трения скольжения, лишь немного её превышая. Можно приближенно считать, что Fтр. = Fтр.пок.макс
  3. Силу трения скольжения можно рассчитать по формуле Fтр. = μ ⋅ N, где μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.
  4. При равномерном прямолинейном скольжении по горизонтальной поверхности сила тяги равна силе трения скольжения Fтр. = Fтяги.
  5. Коэффициент трения μ зависит от рода и степени обработки поверхностей 0 < μ< 1 .
  6. При одинаковых силе нормального давления и коэффициенте трения сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.
Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается закон силы трения.

Задачи на силу трения

Проверьте, насколько хорошо вы разобрались в теме «Сила трения», — решите несколько задач. Решение — приведено ниже. Но чур не смотреть, пока не попробуете разобраться сами.

  1. Однажды в день открытия железной дороги произошёл конфуз: угодливый чиновник, желая выслужиться перед Николаем I, приказал выкрасить рельсы белой масляной краской. Какая возникла проблема и как её удалось решить с помощью сажи?
  2. В один зимний день бабушка Нюра катала внука Алексея по заснеженной горизонтальной дороге. Чему равен коэффициент трения полозьев о снег, если сила трения, действующая на санки, равна 250 Н, а их масса вместе с Алексеем составляет 50 кг?
  3. На брусок массой m = 5 кг, находящийся на горизонтальной шероховатой поверхности μ = 0,7, начинает действовать сила F = 25 Н, направленная вдоль плоскости. Чему при этом равна сила трения, действующая на брусок?

Решения

  1. Масляная краска снизила коэффициент трения между колёсами и рельсами, что привело к пробуксовке, поезд не смог двигаться вперёд. Посыпав рельсы сажей, удалось решить проблему, так как коэффициент трения увеличился, и колёса перестали буксовать.
  2. Санки находятся в движении, следовательно, на них будет действовать сила трения скольжения, численно равная Fтр. = μ ⋅ N, где N — сила реакции опоры, которая, при условии горизонтальной поверхности, равняется весу санок с мальчиком: N = m ⋅ g. Получаем формулу Fтр. = μ ⋅ m ⋅ g , откуда выразим искомую величину

Ответ задачи зависит от того, сдвинется ли брусок под действием внешнего воздействия. Поэтому вначале узнаем значение силы, которую нужно приложить к бруску для скольжения. Это будет максимально возможная сила трения покоя, определяющаяся по формуле Fтр. = μ ⋅ N , где N = mg (при условии горизонтальной поверхности). Подставляя значения, получаем, что Fтр. = 35 Н. Данное значение больше прикладываемой силы, следовательно брусок не сдвинется с места. Тогда сила трения покоя будет равна внешней силе: Fтр. = F = 25 H .

Скоро перезвоним!

Или напишем на почту, если не получится дозвониться

Сила трения

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

Fтр — сила трения скольжения;
Fтяги — сила тяги.

это интересно
Законы Ньютона
Первый, второй и третий законы Ньютона, история их открытия и формулы

Сила трения скольжения

После начала движения формула для вычисления силы трения меняется:

Fтр = μN

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 скольжения

Сила трения качения

Формула силы трения качения сложнее.

Fтр = λN/R

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

Силой трения называется сила, которая появляется во время движения при касании двух тел друг друга и которая оказывает сопротивление этому движению (всегда направлена в сторону, противоположную движению).

Чем больше значение силы трения между двумя телами, тем сложнее их перемещать относительно друг друга.

Примером может быть картонная коробка весом в 20 килограмм, которую перемещают по квартире. Сила трения между коробкой и ламинатом в одной комнате будет гораздо меньше, чем между коробкой и ковром с длинным ворсом в другой. В первом случае двигать коробку достаточно легко, во втором — трудно.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Два тела при трении друг о друга, испытывают на себе действие третьего закона Ньютона. Сила трения, воздействующая на первый объект, равна по значению силе трения, воздействующей на второй объект. Но вектора двух этих сил имеют прямо противоположное направление.

В чем измеряется

Физическая природа трения состоит во взаимодействии атомов и молекул тел, которые соприкасаются между собой.

В физике принято обозначать силу трения большой латинской буквой F с пометкой тр.: Fтр.

Измерение данной физической величины осуществляется в Ньютонах (Н).

Виды силы трения с примерами

В зависимости от характера движения и типа взаимодействующих между собой поверхностей, выделяют несколько классификаций понятия трения.

По направлению действия

По характеру движения тел выделяют силы трения:

  1. Покоя. Она всегда имеет нулевое значение и возникает при касании двух тел, которые находятся в состоянии покоя относительно друг друга.
  2. Скольжения. Это классический вид трения, который возникает при скольжении двух тел относительно друг друга. Значение данной величины зависит от массы тела (чем больше масса, тем больше и сила трения) и характера поверхности (скольжение по льду/скольжение по земле).
  3. Качения. Данная сила появляется тогда, когда один объект катится по поверхности другого (автомобиль по дороге). Благодаря открытию, что сила трения при качении в разы меньше в сравнении с силой трения при скольжении, наши предки и придумали одно из главных изобретений человечества — колесо.
  4. Верчения. Этот вид силы появляется, когда одно тело вращается по поверхности другого.

По типу взаимодействующих поверхностей

Само трение тоже бывает нескольких видов:

  1. Сухое. Возникает при касании друг о друга твердых поверхностей.
  2. Вязкое (жидкостное). Возникает при касании твердого тела c жидкостью или газом. Как правило, сила вязкого трения гораздо меньше силы сухого трения.
  3. Смешанное. Появляется между соприкасающимися поверхностями твердых тел, между которыми находится слой смазки.

Внутреннее и внешнее трение

Внешнее возникает при соприкосновении твердых тел. Внутреннее проявляется при взаимодействии газа или жидкостей. Внутри одного тела происходит смещение слоев относительно друг друга.

Коэффициент трения

Для того, чтобы произвести расчет силы трения, необходимо знать коэффициент трения (k), который зависит от материала поверхности и не имеет единиц измерения в системе СИ.

Коэффициент трения представляет собой постоянную физическую величину, значение которой для разного рода тел можно узнавать из таблицы.

Коэффициент трения

Формулы расчета силы трения

Для тела, находящегося на горизонтальной поверхности, расчет силы трения производится по формуле:

Где k — коэффициент трения, а N — сила реакции опоры.

Из формулы расчета силы трения ясно, что помимо коэффициента трения, нужно знать силу реакцию опоры (N), которая равна силе тяжести и зависит от массы тела (m) и ускорения свободного падения (g):

При движении тела по наклонной поверхности формула для нахождения силы трения усложняется:

\(F=k\times m\times g\times\cos\alpha\)

Где \(\cos\alpha\) — это отношение прилежащего к углу катета к гипотенузе образовавшегося треугольника.

Тела по наклонной поверхности

В зависимости от условий задачи на нахождение силы трения, выбрать для расчета необходимо одну из приведенных формул.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *