Материал для самостоятельного изучения темы "Сила трения"

Силы трения

При любом механическом движении тела соприкасаются либо друг с другом, либо с окружающей их жидкой или газообразной средой. В результате соприкосновения возникает сила трения, которая препятствует движению.

Различают следующие виды трения:

1.      сухое;

2.      жидкое (вязкое).

                                          Сухое трение бывает трех видов:

                             1. трение покоя;

                             2. трение скольжения;

                             3. трение качения.

Причины возникновения силы трения:

1.      шероховатость поверхностей соприкасающихся тел.

2.      взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.

Сухое трение − трение, возникающее при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Силы сухого трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.

ТРЕНИЕ ПОКОЯ

. Сила трения покоя - сила трения, действующая между двумя телами, неподвижными относительно друг друга.

Максимальная сила трения покоя - наибольшее значение силы трения, при котором скольжение еще не наступает.

Максимальное значение модуля силы трения покоя прямо пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры

F_{тр.макс} = µN,

где F_{тр.макс} - модуль максимальной силы трения покоя, µ- коэффициент трения покоя.

Коэффициент трения µ характеризует обе трущиеся поверхности и зависит как от материала этих поверхностей, так и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.

ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ

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

Сила трения скольжения также направлена вдоль поверхности соприкосновения тел, но в отличие от силы трения покоя, которая противоположна внешней силе, стремящейся сдвинуть тело, сила трения скольжения всегда направлена противоположно относительной скорости. Модуль силы трения скольжения, как и максимальной силы трения покоя, тоже пропорционален прижимающей силе, а значит, нормальной силе реакции опоры:

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя F_тр ≈ F_{тр.макс} = µN.- сила трения скольжения

Важно! Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом ее главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

ТРЕНИЕ КАЧЕНИЯ

Трение качения возникает, когда одно тело катится по поверхности другого тела. Трение качения - сопротивление движению, возникающее при перекатывании тел друг по другу,  т.е. сопротивление качению одного тела (катка) по поверхности другого

ЖИДКОЕ ТРЕНИЕ

При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa жидкого (вязкого) трения. Сила жидкого трения значительно меньше силы сухого трения. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при наличии относительного движения тела и окружающей среды. Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует. Поэтому усилием рук можно сдвинуть тяжелую баржу в воде, а сдвинуть поезд усилием рук невозможно.

Модуль силы сопротивления F_c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды (жидкости или газа), в которой тело движется, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела показан на графике.

При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (F_c=0). С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растет медленно, а затем все быстрее и быстрее. При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

F_c = k₁v, (1)

где k₁- коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды - ее вязкости.

Вычислить коэффициент k₁ теоретически для тел сколько-нибудь сложной формы не представляется возможным, его определяют опытным путем.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости: F_c = k₂v², (2)

где k₂ - коэффициент сопротивления, отличный от k₁.

Только опытным путём можно определить, какая из формул - (1) или (2) - подходит для использования в конкретной практической задаче.

Итак, основными особенностями силы сопротивления, действующей на тело, являются:

1)            отсутствие силы трения покоя; 2) зависимость от относительной скорости движения.

Примеры и разбор решения заданий

1. Какая сила не позволяет человеку сдвинуть с места трактор?

1.      Силы трения скольжения;

2.      сила трения покоя;

3.      сила тяжести.

2. Деревянный ящик равномерно движется по поверхности длинного стола. Сила давления ящика на поверхность равна 30 Н, сила трения 6 Н. Найдите коэффициент трения скольжения.

Решение.

Воспользуемся формулой, которая связывает силу давления на плоскость, силу трения и коэффициент трения F_тр = µP. Из этой формулы легко получить формулу для расчёта коэффициента трения µ = F_тр / P. Подставляя в неё численные значения, получаем: µ = F_тр / P = 6Н/30Н = 0,2.

Ответ: 0,2.

3. Кубик из детского конструктора покоится на наклонной плоскости, образующей угол α = 40° с горизонтом. Сила трения покоя равна 0,32 Н. Определите значение силы тяжести, которая действует на кубик.

Решение.

По условию задачи кубик покоится. Следовательно, сумма всех действующих на него сил равна нулю. В проекции на ось, идущей вдоль склона плоскости, получаем соотношение: mg sin α – F_{тр =} 0. Из него выражаем формулу для расчета силы тяжести, действующей на кубик

Ответ: 0,5 Н.

Задания:

1.Почему мел оставляет след на доске? Выберите правильный ответ.

А) Мел приклеивается к доске  б) Мел обладает магнитными свойствами

 в) На мелкие части мела действует сила трения покоя г) Части мела проникают в доску из-за трения

2. Вставьте подходящие слова

Сила трения зависит от относительной _________  движения тел. В этом её главное отличие от сил _____________ и упругости, зависящих только от расстояний.

( скорости, тяготения)

3. Установите соответствие между физической величиной и формулой.

4. Дополни предложения. Силу трения, действующую между двумя телами, неподвижными относительно друг друга, называют силой трения______________

Максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы ____________________опоры.

1.Сила трения, действующая на скользящее по горизонтальной дороге тело массой 24 кг, равна 48 Н. Чему равен коэффициент трения скольжения?

2.Тело массой 4 кг движется по горизонтальной поверхности стола. На тело действует сила F под углом α = 30∘ к горизонту. Коэффициент трения между телом и столом равен 0,25. Модуль силы трения, действующей на тело, равен 15 Н. Чему равен модуль силы F (ответ в Н)?

3.На горизонтальной поверхности комода покоится шкатулка массой 0,6 кг. Коэффициент трения между крышкой комода и шкатулкой равен 0,25. К шкатулке в горизонтальном направлении прикладывают силу 2,7 Н. Какое ускорение приобретет шкатулка под действием этой силы?