Силы трения

Что произойдет если толкнуть лежащий на столе брусок?
Он начнет скользить, но что будет происходить с его скоростью. Со временем?
Она будет уменьшаться.
В следствии чего будет уменьшаться скорость?
Силы трения скольжения со стороны стола.

На поверхностях твёрдых тел есть небольшие неровности — выступы и впадины. Когда эти тела движутся друг относительно друга, неровности одного тела зацепляются за неровности другого

Чем более гладкие поверхности соприкасающихся тел, тем меньше силы трения скольжения. Поэтому, чтобы уменьшить силы трения скольжения, поверхности тел полируют или шлифуют.

Если равномерно перемещать брусок по столу с помощью динамометра

Сила тяжести и сила нормальной реакции уравновешивают друг друга и поэтому равны по модулю. Поскольку брусок движется с постоянной скоростью, сила упругости пружины динамометра уравновешивает силу трения скольжения Поэтому динамометр показывает, чему равен модуль силы трения скольжения.

Разместив на брусок другой такой же и увидим, что показания динамометра, что сила трения скольжения увеличилась в 2 раза. потому что теперь она уравновешивает силу тяжести, действующую на два бруска. Мы увидим, что сила трения скольжения увеличилась тоже в два раза

Значит, можно предположить, что модуль силы трения скольжения FTp пропорционален модулю силы нормальной реакции N.

FTp = μN.

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения.

Брусок массой 1 кг тянут по горизонтальному столу, прикладывая горизонтальную силу 4 Н. Каков коэффициент трения между бруском и столом? Брусок движется с постоянной скоростью.

Решение: Обозначим F силу, с которой тянут брусок. Поскольку брусок движется с постоянной скоростью, сила трения скольжения равна по модулю этой силе: FTp = F. Так как FTp = μN, то 



Сила нормальной реакции уравновешивает силу тяжести, поэтому N = mg. Следовательно, 




О т в е т: 0,4.

Значения коэффициента трения для некоторых видов поверхностей

Какой жизненно важный вывод для водителей и пешеходов следует из того, что коэффициент трения между шинами и льдом в несколько раз меньше, чем между шинами и сухим асфальтом?

Какая же сила уравновешивает при этом силу, которую мы прикладываем к шкафу?

Это сила трения покоя. Она возникает, когда одно из соприкасающихся тел пытаются сдвинуть относительно другого. Сила трения покоя, так же как и сила трения скольжения, обусловлена зацеплением неровностей на поверхностях тел.

Несмотря на своё название, сила трения покоя часто вызывает движение тел. Например, делая шаг, вы отталкиваетесь от дороги. Чёткий след подошвы на дороге указывает на то, что во время толчка подошва покоилась относительно дороги. Значит, между подошвой и дорогой действовали силы трения покоя. С помощью сил трения покоя вы толкаете дорогу назад, а она толкает вас вперёд. Вращающиеся колёса автомобиля также отталкиваются от дороги.

Если увеличивать приложенную к шкафу силу, мы всё-таки сдвинем шкаф. Значит, для силы трения покоя есть некоторая предельная величина, которую называют максимальной силой трения покоя. 

Каждый знает, что тащить груз волоком намного труднее, чем катить тележку с тем же грузом 

Причина в том, что сила трения качения обычно намного меньше, чем сила трения скольжения. В этом и заключается преимущество колеса, гениальный изобретатель которого остался неизвестным.

Для уменьшения силы трения в различных механизмах стараются по возможности заменять трение скольжения трением качения.

Катящееся колесо вдавливает поверхность, по которой оно катится. 
В этом и заключается основная причина возникновения силы трения качения. Поэтому она тем меньше, чем твёрже поверхности соприкасающихся тел: например, стальной шарик долго катится по стеклу. Вот почему рельсы и колёса вагонов делают из стали, а шоссе делают с твёрдым покрытием.

Когда смычком ведут поперёк натянутой струны, она под действием силы трения покоя сначала следует за смычком, но быстро «срывается» и начинает колебаться, издавая красивый музыкальный звук.
Но то же самое свойство силы трения покоя может доставить неприятные ощущения: например, мало кого радует скрип дверей. Причина его — частые мелкие рывки в петлях при открывании и закрывании дверей, обусловленные тоже действием силы трения покоя. 

На столе лежит брусок массой 2 кг. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,4. Чему будет равна сила трения, действующая на брусок со стороны стола, если потянуть брусок, прикладывая к нему горизонтальную силу, равную: а) 5 Н; б) 10 Н? Примите максимальную силу трения покоя равной силе трения скольжения.

Если сила, с которой тянут брусок, меньше максимальной силы трения покоя или равна ей, то брусок останется в покое. Максимальная же сила трения покоя по условию равна силе трения скольжения. Поэтому найдём, чему равна сила трения скольжения. Мы знаем, что для неё справедливо соотношение Fтр = μN, где N = mg. Получаем

В случае а) брусок тянут с силой 5 Н. Эта сила меньше, чем максимальная сила трения покоя, — значит, брусок останется в покое, а действующая на него сила трения — это сила трения покоя. Она уравновешивает силу, с которой тянут брусок, поэтому сила трения между бруском и столом равна 5 Н.

В случае б) брусок тянут с силой 10 Н. Эта сила больше, чем максимальная сила трения покоя. Значит, брусок будет скользить по столу и на него будет действовать сила трения скольжения, равная, как мы уже знаем, 8 Н.
О т в е т: а) 5 Н; б) 8 Н.

Силы трения скольжения возникают между соприкасающимися телами, когда они движутся друг относительно друга.
• Основная причина возникновения сил трения скольжения и покоя — зацепление неровностей на поверхностях соприкасающихся тел.
• Модуль силы трения скольжения Fтр = μN, где N — модуль силы нормальной реакции, μ — коэффициент трения.
• Сила трения покоя возникает, когда пытаются сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого. Эта сила препятствует движению тел друг относительно друга.
• Сила трения покоя не превышает некоторой предельной величины, которую называют максимальной силой трения покоя. Обычно принимается, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.
• Сила трения качения обычно намного меньше силы трения скольжения — на этом основано использование колеса.

Первый уровень
1. Расскажите о силе трения скольжения.
2. Расскажите о силе трения покоя.
3. Сравните силу трения скольжения и силу трения покоя: что у них общего и чем они различаются?
4. Сравните силу трения скольжения и силу трения качения: что у них общего и чем они различаются? Как используют эти различия?
5. Когда сила трения полезна, а когда — вредна?
6. Опишите, как изменился бы окружающий мир, если бы сила трения исчезла.
7. Брусок массой 1 кг движется равномерно по горизонтальному столу под действием горизонтально направленной силы, равной 3 Н. Чему равен коэффициент трения между столом и бруском?

Второй уровень
8. Расскажите о коэффициенте трения и способах его изменения.
9. Если положить на стол брусок, он будет покоиться, а шар обычно начинает катиться. Объясните, почему так происходит.
10. Изобразите на чертеже и опишите силы, которые действуют на брусок: а) покоящийся на наклонной плоскости, б) соскальзывающий с наклонной плоскости.
11. Опишите способы увеличения и уменьшения силы трения. Приведите примеры использования этих способов.
12. Сравните силу, которую надо приложить к лежащей на столе книге, чтобы равномерно перемещать её по столу, с силой, которую надо приложить к этой же книге, чтобы равномерно поднимать её вверх. Какая физическая величина понадобится вам для этого сравнения?
13. Составьте задачу на нахождение коэффициента трения, ответом которой было бы «0,3».

Сравните, при каком угле наклона скатывается с наклонной плоскости пластилиновый шарик и соскальзывает пластилиновый брусок. Какой из этого опыта можно сделать вывод о силе трения качения и силе трения скольжения?