Сила трения измеряется в: Ошибка 404. Страница не найдена • Онлайн-школа «Фоксфорд»

Урок 10. силы трения — Физика — 10 класс

Великий итальянский художник и изобретатель эпохи Возрождения во многом опережал своё время и сделал множество открытий, о которых люди той эпохи даже не предполагали. Учёные, проведя тщательный анализ рукописей Леонардо, пришли к выводу, что именно ему принадлежит первая формулировка законов трения. Заметки показывают, что ещё в 1493 г. (за 200 лет до открытия закона Г. Амонтоном и Ш. Кулоном) Леонардо да Винчи понял, что сила трения, которая появляется при контакте одного тела с поверхностью другого, напрямую зависит от нагрузки (силы прижатия), не зависит от площади взаимодействия и направлена в противоположную от движения сторону.

Закон трения был заново открыт Г. Амонтоном. В 1699 г. он экспериментально вывел зависимость силы трения от нормального давления на площадь контакта трущихся поверхностей: $F_{тр} = f_{тр}P$. Однако, Амонтон считал, что коэффициент трения $f_{тр}$ равен примерно 1/3 для всех пар контактирующих тел.

В 1785 г. Ш. Кулон подтвердил закон трения, сформулированный Амонтоном, и дал ему обобщённую формулировку: $F_{тр} = f_{тр}P+A$, где $A$ – характеристика, зависящая от неровностей поверхностей, связанная с межмолекулярным сцеплением.

Кулон изучал именно силу трения при небольших скоростях контактирующих тел и установил, что эта сила не зависит от величины скорости, а только от направления движения – сила трения всегда направлена против движения.

Смазку трущихся поверхностей использовали с момента зарождения техники. Но только в 1886 г. О. Рейнольдс создал первую теорию смазки. Если смазки достаточно и непосредственного контакта между двумя поверхностями не происходит, сила трения определяется только свойствами смазки. Если же смазки не достаточно, то сила трения зависит от трёх составляющих: кулоновой силы, силы вязкого сопротивления и силы, препятствующей страгиванию с места.

В XX веке было доказано, что сила статистического трения отличается от силы трения при движении. В 1902 г. немецкий учёный Штрибек показал, что при сухом трении, когда смазка отсутствует, сила сопротивления не снижается сразу с величины силы трогания до уровня кулоновой силы, а падает постепенно по мере роста скорости. Это явление было названо штрибек-эффектом.

В 1930-е годы появилась целая наука – трибология, лежащая на стыке механики, физики поверхностных явлений и химии. 

Сила трения в физике — формулы и определения с примерами

Содержание:

Сила трения и коэффициент трения скольжения:

Наблюдение: автомобиль после выключения двигателя через определённое время останавливается. Шайба, движущаяся по льду, также со временем остановится. Останавливается велосипед, если прекратить крутить педали.

Что же является причиной уменьшения скорости движения тел ?

Из ранее изученного вы знаете, что причиной изменения скорости движения тел есть действие одного тела на другое. Значит, в рассматриваемых случаях на каждое движущееся тело действовала сила. Тела остановились, поскольку на них в направлении, противоположном их движению, действовала сила, называемая силой трения

Сила трения возникает между взаимодействующими твёрдыми телами в местах их соприкосновения и препятствует их относительному перемещению.

Одной из причин возникновения силы трения является шероховатость соприкасающихся поверхностей тел. Даже гладкие на вид поверхности тел имеют неровности, бугорки и царапины. На рисунке 81 эти неровности изображены в увеличенном виде.

Когда одно тело скользит по поверхности другого, эти неровности зацепляются одна за другую, что создает силу, затрудняющую движение. Вторая причина трения — взаимное притяжение молекул соприкасающихся поверхностей тел. Если поверхности тел очень хорошо отполированы, то их молекулы оказываются так близко друг от друга, что начинает заметно проявляться притяжение между ними. Различают несколько видов трения в зависимости от того, как взаимодействуют трущиеся тела: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

Опыт 1. Положим брусок на наклонную доску. Брусок находится в состоянии покоя. Что удерживает его от соскальзывания вниз? Трение покоя обеспечивает сцепление бруска и доски.

Опыт 2. Прижмите свою руку к тетради, лежащей на столе, и передвиньте её. Тетрадь будет двигаться относительно стола, но находиться в покое относительно вашей ладони. С помощью чего вы принудили эту тетрадь двигаться? С помощью трения покоя тетради об руку. Трение покоя перемещает грузы, которые размещаются на подвижной ленте транспортёра, предотвращает развязывание шнурков, удерживает шурупы и гвозди в доске и т. п.

Если тело скользит по другому, то трение, возникающее при этом, называют трением скольжения. Такое трение возникает при движении саней или лыж по снегу, подошв обуви по земле.

Если одно тело катится по другому, то говорят о трении качения. При качении колес вагона, автомобиля, телеги, при перекатывании бочек по земле проявляется

трение качения.

А от чего зависит сила трения ?

Опыт 3. Прикрепим к бруску динамометр и будем тянуть его, сообщая бруску равномерное движение (рис. 82).

При этом динамометр будет показывать силу, с которой мы тянем брусок, а тем самым и силу трения, возникающую во время движения бруска по поверхности стола. Положим на брусок грузики и повторим опыт. Динамометр зафиксирует большую силу трения.

Чем большая сила прижимает тело к поверхности, тем большая сила трения возникает при этом.

Выполним предыдущий опыт, но тело будем двигать по поверхности стекла, по бетону. Выясним, что сила трения зависит от материала и качества поверхности, по которой движется тело.

Сила трения зависит от материала и качества обработки поверхности, по которой движется тело.

Силу трения скольжения определяют по формуле:

где  — сила трения скольжения; N — сила реакции опоры, значение которой равно силе давления тела на поверхность скольжения; — коэффициент трения скольжения. Если поверхность скольжения горизонтальна, то сила давления на неё равна весу тела, т. е. , а , где ;  — масса тела.

В таблице 5 указаны коэффициенты трения скольжения для некоторых пар материалов.

Опыт. Положим деревянный брусок на круглые карандаши (рис. 83).

Потянем брусок динамометром, карандаши за счёт трения между ними, бруском и доской начнут вращаться, а брусок — двигаться. Сила трения качения окажется меньше силы трения скольжения.

При одинаковых нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

Рассматривая швейную иглу, вы сразу заметите, что она отполирована до блеска. Для чего нужна такая полировка? А легко ли шить заржавевшей иглой? Здесь вы непосредственно ощущаете, какую роль играет трение в быту.

В природе и технике трение может быть и полезным, и вредным. Когда оно полезное, его стараются увеличить, а когда вредное — уменьшить.

Из-за трения изнашиваются механизмы и машины, стираются подошвы обуви и шины автомобилей, усложняется перемещение разных грузов. Но представьте, что трение исчезло. Тогда движущийся автомобиль не смог бы остановиться, а неподвижный — сдвинуться с места; пешеходы упали бы на дорогу и не смогли бы подняться; ткани распались бы на нити, так как они удерживаются трением; вы даже не смогли бы перелистать страницы этого учебника.

Вы, наверное, неоднократно замечали, что на автомобильных шинах есть рельефные рисунки (так называемые протекторы), которые размещены вдоль и поперёк шины (рис. 84).

Они сделаны для увеличения трения, т. е. силы сцепления колёс с полотном дороги. Поперечные полосы увеличивают сцепление колеса с полотном дороги, а продольные полосы и выступы, размещённые под углом, препятствуют боковому смещению, соскальзыванию автомобиля.

Во всех машинах вследствие трения нагреваются и изнашиваются подвижные части. Чтобы уменьшить трение, соприкасающиеся поверхности делают гладкими и между ними вводят смазочное масло, поскольку трение между поверхностью твердого тела и жидкостью значительно меньше, чем между поверхностями твёрдых тел. Вращающиеся валы машин и станков устанавливают на подшипниках. Подшипники качения бывают шариковыми и роликовыми (рис. 85). Они дают возможность уменьшить силу трения в 20—30 раз по сравнению с подшипниками скольжения.

Известно, что смазка трущихся поверхностей значительно уменьшает трение между ними. Почему же тяжелее удерживать топорище топора сухой рукой, чем влажной? Оказывается, что при смазке дерева мелкие волокна на его поверхности набухают, поэтому трение между рукой и топорищем увеличивается, что и помогает удерживать топор в руках.

Наблюдение. Когда вы стараетесь бежать в воде бассейна, реки или озера, то ощущаете большое сопротивление со стороны воды и не можете передвигаться быстро. Перенося лёгкие большие предметы в ветреную погоду, вы ощущаете такое сопротивление со стороны ветра, что вам очень тяжело идти. Когда в безветренную погоду вы стоите у дороги и мимо вас проезжает большой грузовой автомобиль на большой скорости, то вы обязательно ощутите ветер, сопровождающий движение автомобиля. Сила этого ветра тем больше, чем выше скорость автомобиля.

Силы трения, возникающие при движении тел в жидкости или газе, называют силами сопротивления среды.

Сила сопротивления зависит от формы тела. Ракетам, самолётам, подводным лодкам, кораблям и автомобилям придают обтекаемую форму, т. е. форму, при которой сила сопротивления минимальна.

Опыт. Возьмём два измерительных цилиндра, наполним один из них водой, а второй — постным или машинным маслом. Бросим одновременно в них одинаковые металлические шарики. В результате опыта увидим, что шарик в воде упадёт на дно быстрее, чем в масле, т. е. сила сопротивления движения шарика в масле больше, чем в воде.

Лодки, корабли не могут развить таких скоростей, какие развивают самолёты, так как сила сопротивления движения в воде намного больше, чем в воздухе.

Сила трения

Как наблюдать силу трения:

Взаимодействие тел, вследствие чего изменяются скорости этих тел, происходит не только при их столкновении. В природе можно наблюдать множество примеров, когда одно тело скользит или катится по поверхности другого. О взаимодействии этих тел можно судить по тому, что скорость этих тел изменяется. Скатившись с горы, камень даже на ровной поверхности со временем остановится. Хоккейная шайба двигается по льду в течение определенного времени, а потом останавливается.

Закрепим наклонно на столе доску, положим на нее шарик и отпустим. Шарик скатится, приобретя определенную скорость, прокатится по столу и, в конце концов, остановится. Если на стол положить стекло, то шарик прокатится на большее расстояние. Таким образом, причиной изменения скорости шарика является его взаимодействие со столом или стеклом.

В рассмотренных примерах скорости камня, шайбы, шарика уменьшались. Значит, на них действовала некоторая сила, направленная против движения. Эта сила возникла в результате взаимодействия тел, касающихся друг друга и осуществляющих взаимное перемещение. Движущийся камень взаимодействует с поверхностью Земли,  шайба — с поверхностью льда, шарик — с поверхностью стола или стекла. При движении тела в жидкости или газе тоже возникает сила трения.

Силу, возникающую при относительном перемещении соприкасающихся тел, называют силой трения.

Как измерить силу трения

Опыты показывают, что сила трения может иметь различные значения. Измерить ее можно при помощи динамометра. Положим деревянный брусок на доску, присоединим к нему крючок динамометра и начнем тянуть за него. Стрелка динамометра начнет отклоняться от нулевой отметки, а когда брусок начнет двигаться равномерно, остановится на определенном делении. Это и будет значение силы трения при движении бруска но поверхности доски. Сила трения всегда пропорциональна силе, с которой прижимается одно тело к другому. Эту зависимость можно выразить формулой:

где — сила трения; N — сила реакции опоры; — коэффициент трения.

Коэффициент трения зависит от качества поверхностей соприкасающихся тел и от веществ, с которых они изготовлены.

Почему возникает сила трения

Природу силы трения можно объяснить, если учесть свойства взаимодействующих тел. Поверхность каждого тела всегда имеет микроскопические неровности. При относительном перемещении двух тел эти неровности мешают взаимному смещению тел, что и проявляется как сила трения (рис. 53). Даже тщательная полировка не поможет преодолеть трение. Исследования показали, что трение даже будет возрастать. Так как в этом случае расстояния между молекулами тел уменьшаются, то можно сделать выводы, что трение связано с взаимодействием молекул.

Виды трения

Различают три вида трения: трение скольжения, трение качения и трение покоя.

Трение скольжения возникает тогда, когда одно тело скользит по поверхности другого. Трение качения возникает при качении одного тела шарообразной или цилиндрической формы по поверхности другого тела. Сила трения скольжения всегда больше силы трения качения. Этот факт хорошо известен грузчикам, которые вместо того, чтобы тянуть бочку, катят ее.

Как учитывают силы трения

Трение везде встречается в природе и может как содействовать, так и мешать деятельности человека. В каждом случае люди научились управлять этим явлением, создавая условия, когда силы трения уменьшаются или, наоборот, увеличиваются. Так, для увеличения безопасности движения автомобиля его шины изготавливают с шероховатой поверхностью, которая дополнительно имеет узорчатые углубления (рис. 54), что способствует увеличению силы трения колес об асфальт.

Во всех транспортных средствах есть тормоза, предназначенные для торможения, то есть для ускорения остановки автомобиля или поезда. Тормоза оснащены тормозными колодками, которые покрыты специальным материалом, коэффициент трения которого по стали велик (рис. 55).

В то же время, бывают случаи, когда силу трения нужно существенно уменьшить. Тогда трущиеся поверхности разделяют жидкостью — минеральной смазкой или даже водой, как это происходит в стиральных машинах. Слой жидкости разделяет трущиеся поверхности, и они не взаимодействуют друг с другом (рис. 56).

На различных деталях современных машин и механизмов устанавливают шариковые или роликовые подшипники качения (рис. 57). Как правило, это две стальные обоймы, между которыми находятся металлические шарики или цилиндрики — ролики. Такие подшипники существенно уменьшают трение, так как в них действуют только силы трения качения, которые при равных условиях значительно меньше сил трения скольжения. Заполненные смазкой шариковые и роликовые подшипники обеспечивают быстрое, бесшумное и экономное вращение деталей.

Что такое сила трения

Трение, при котором твердые тела взаимодействуют своими поверхностями, называют внешним. Внутренним считают трение, возникающее во время движения жидкостей и газов.
 

Сила трения — это сила, возникающая в плоскости касания поверхностей двух тел, прижатых одно к другому, и препятствующая их относительному перемещению.

Сила трения возникает не только во время относительного движения тел, но и в случае их относительного покоя (сила трения покоя).

Сила трения покоя равна внешней силе, которая пытается сдвинуть тело с места. Она направлена противоположно направлению приложенной силы.

В зависимости от вида перемещения одного тела по другому различают трение скольжения и трение качения.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры:
где — коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом трения скольжения и характеризует природу и качество соприкасающихся поверхностей (шероховатость, волнистость и т. д.). На коэффициент трения скольжения влияет наличие между трущимися поверхностями разных веществ (пленок, масел или смазок), их температура и т. д.

Если приложенная к телу сила которая лежит в плоскости поверхности тел (рис. 2.21), недостаточна для того, чтобы вызвать скольжение данного тела относительно другого, то такая сила называется силой трения покоя (рис. 2.22, отрезок ОА).

Сила трения покоя во время взаимодействия изменяется от нуля до максимального значения (точка А). Когда сила F достигает этого значения, трение покоя переходит в
трение скольжения.

Тело начинает скользить. При этом сила трения скольжения несколько меньше силы трения покоя. Дальше сила трения скольжения уже остается постоянной.

При движении тела по наклонной плоскости (рис. 2.23) на силу реакции опоры влияет угол наклона этой плоскости к горизонту а: N = mg cos а.

Значения коэффициента трения скольжения в зависимости от характера трущихся поверхностей для сухого трения (без масел) приведены в таблице 1.

Сила трения качения имеет более сложную зависимость, также обусловленную деформацией соприкасающихся поверхностей.

Таблица 1

Коэффициент трения скольжения

 

Пример №1

По горизонтальной дороге тянут за веревку (под углом 30°) сани с грузом, общая масса которых 80 кг. Сила натяжения 50 Н. Определить коэффициент трения скольжения, если сани движутся с ускорением 0,15 .
Дано:

m = 80 кг,

 = 30°,

F = 50 Н,

а = 0,15


Решение

На сани действуют силы: тяжести

реакции дороги натяжения и трения Выполним рисунок, связав систему координат с дорогой (рис. 2.24).

Сначала рассмотрим случай, когда сани движутся равномерно. Силу трения уравновешивает проекция силы натяжения веревки на ось ОХ:

Тогда
Для равноускоренного движения запишем второй закон механики Ньютона для саней в векторной форме:

В проекциях на оси координат данное уравнение будет иметь такой вид:

на ось ОХ: та = Fcos —

на ось ОУ: 0 — Fsin + N — mg.

Поскольку  составим систему уравнений:

Разделив первое уравнение на второе, получим

Ответ: 

Работа силы трения

Движение тел на Земле происходит под действием различных сил, но практически всегда присутствуют силы трения, силы сопротивления среды, в которой движется тело. Поэтому рассмотрим на частных примерах работу этих сил.

Проведем следующий опыт. Толкнем брусок, лежащий на столе. Он придет в движение, а затем остановится. В процессе движения на него действуют сила тяжести , сила нормальной реакции стола и сила трения скольжения (рис. 141). Под действием этих сил брусок движется. Равнодействующая сил:
,    (1)

поскольку сила тяжести компенсируется силой нормальной реакции стола. По теореме об изменении кинетической энергии тела работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела. Если в начальный момент времени скорость тела была равна , а затем тело остановилось, то

C другой стороны, эта работа есть работа сил трения, т. е.:

   (2)

Таким образом, работа силы трения скольжения отрицательна.

При скольжении одного тела по поверхности другого происходит, во-первых, деформация шероховатостей обеих поверхностей и, во-вторых, трущиеся тела нагреваются, т. е. повышается их температура. В этом можно легко убедиться, если потереть деревянный брусок о доску. Из курса физики 8-го класса известно, что температура тел определяется средней кинетической энергией движения молекул, из которых они состоят. Повышение температуры трущихся тел означает увеличение средней кинетической энергии хаотического движения молекул этих тел, а следовательно, их внутренней энергии. Таким образом, можно сказать, что начальная кинетическая энергия бруска превратилась во внутреннюю энергию трущихся тел.


Рис. 141

Работу силы трения скольжения мы можем легко подсчитать и иначе. По закону сухого трения , где μ — коэффициент трения скольжения. Пусть брусок совершил перемещение . Тогда работа силы трения будет равна:
      (3)
так как = 180o, cos = -l.

Из формулы (3) следует, что работа силы трения зависит от модуля перемещения тела. Если тело вернется в исходную точку, то работа силы трения не будет равна нулю. Таким образом, сила трения не является потенциальной силой. Для нее нельзя ввести понятие потенциальной энергии. Такие силы, работа которых зависит от формы траектории движения тела, называются непотенциальными или диссипативными (лат. dissipative — рассеяние).

Очевидно, что сила сопротивления среды (газа или жидкости) при движении некоторого тела, направленная в сторону, противоположную скорости тела, также совершает работу. Однако не надо думать, что работа сил трения всегда отрицательна. Ведь именно благодаря силе трения покоя человек и различные машины движутся по земле. Действительно, при ходьбе человек действует на поверхность Земли с силой (кроме силы нормальной реакции), а по третьему закону Ньютона Земля действует на ногу человека с силой трения покоя , равной по модулю , но противоположно направленной (рис. 142). Благодаря этой силе человек и движется. Сила направлена также, как и скорость человека, следовательно, и работа этой силы положительна.


Рис. 142

Если тело лежит на движущейся ленте транспортера, то именно благодаря силе трения оно приобретает скорость (рис. 143).


Рис. 143

Точно так же под действием силы трения покоя движутся и автомобили. На ведущие колеса автомобиля от мотора передается вращательный момент.

Колеса пытаются провернуться, следовательно, в горизонтальном направлении они действуют на поверхность земли с силой (рис. 144). По третьему закону Ньютона земля действует на колеса, а следовательно, и на машину с силой трения покоя. Если колесо проскальзывает, то с силой трения скольжения, направленной для ведущих колес в сторону движения автомобиля.


Рис. 144

Главные выводы

  1. Силы трения не являются потенциальными силами.
  2. Работа сил трения зависит от формы траектории движения тела. Работа сил трения по замкнутой траектории не равна нулю.
  3. Работа сил трения обычно отрицательна. Она идет на увеличение внутренней энергии взаимодействующих тел.

Сила трения и движение под действием силы трения

Сила трения возникает между соприкасающимися друг с другом телами и направлена вдоль поверхности соприкосновения против их относительного движения. Причиной возникновения силы трения являются неровности соприкасающихся поверхностей и «силы сцепления» (силы притяжения) между молекулами этих поверхностей. Возникновение таких сил между молекулами определяет электромагнитную природу силы трения.

Существуют три вида силы трения:

  • Сила трения скольжения — это сила трения, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого тела.
  • Сила трения качения — это сила трения, возникающая, когда одно тело катится по поверхности другого.
  • Сила трения покоя — это сила трения, возникающая между телами, находящимися в состоянии покоя друг относительно друга. Численно сила трения покоя равна силе (b) тяги, направленной параллельно поверхности соприкосновения неподвижных тел, и направлена против нее (b).

При определенном значении силы тяги тело начинает двигаться и скользить по поверхности другого тела — возникает сила трения скольжения.

Численное значение силы трения скольжения прямо пропорционально силе реакции опоры (силе давления) и равно максимальному значению силы трения покоя:

Где — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения скольжения. Коэффициент трения скольжения зависит от материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, и качества обработки соприкасающихся поверхностей.  — безразмерная величина, единица измерения отсутствует.

В зависимости от свойств соприкасающихся поверхностей силу трения называют сухой силой трения и силой сопротивления.

  • Сухое трение — это трение, возникающее между поверхностями соприкасающихся твердых тел.
  • Сила сопротивления — это сила, возникающая во время движения твердого тела в жидкости или газе.
Движение под действием силы трения

Исследуем разные движения тела массой  под действием силы трения:

Тело движется прямолинейно равномерно по горизонтальной поверхности

Все силы, действующие на тело, показаны на схеме (с). При равномерном движении тела его ускорение следовательно, II закон Ньютона, или уравнение движения тела в векторном виде записывается так:

Выбрав координатную ось вдоль направления силы тяги (в направлении движения) и получив проекции всех сил на эту ось, можно написать уравнение движения (см: с):

Здесь было принято во внимание, что проекции силы реакции и силы тяжести на ось равны нулю — эти векторы перпендикулярны оси.

Таким образом, модули сил, действующих на тело, движущееся равномерно прямолинейно по горизонтальной поверхности, попарно равны и компенсируют взаимное действие друг друга:

Тело движется прямолинейно равнопеременно по горизонтальной поверхности (d).

В этом случае уравнение движении тела в общем виде: 

Спроецировав силы на горизонтальную координатную ось, запишем уравнение движения в скалярном виде:

Любая величина, входящая в последнее выражение, с легкостью определяется.

На движущееся тело действует только сила трения

Так как сила трения всегда направлена против направления движения, то ускорение, сообщаемое этой силой, направлено против скорости движения тела. Поэтому, если на движущееся тело действует только сила трения, то оно тормозится. В этом случае уравнение движения записывается в виде:

Для ускорения тела имеем

Отсюда можно определить тормозной путь и время торможения тела, движущегося по горизонтальной дороге:

Тело движется по наклонной плоскости

Наклонная носкость — это плоскость, образующая определенный угол с горизонтом. Как показано на рисунке, сила тяжести, действующая на тело, движущееся равномерно под действием силы тяги по наклонной плоскости, раскладывается на две составляющие силы: составляющую, параллельную поверхности  и составляющую, перпендикулярную поверхности  (е). В этом случае модуль силы реакции опоры равен модулю составляющей

Уравнение движения тела по наклонной плоскости в общем виде записывается так:

Для решения уравнения выбираем прямоугольную систему координат XOY, находим проекции сил на ее оси и получаем систему двух уравнений:

Ввиду отсутствия движения вдоль оси OY  Учитывая этот факт и уравнения (2.39) — (2.41), можно определить ускорение тела:

Определение силы трения

При движении одного тела по поверхности другого (при попытке к такому движению) возникает сила трения, направленная против движения (против возможного движения).

Опыт показывает, что в земных условиях всякое неподдерживаемое механическое движение с течением времени прекращается под действием сил трения (сопротивления).

Трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися телами, препятствующее их относительному перемещению.

Силы трения имеют электромагнитное происхождение, поскольку их появление обусловлено взаимодействием «пограничных» атомов, расположенных на поверхностях соприкасающихся тел. Вследствие этого, силы трения, как правило, действуют параллельно трущимся поверхностям.

Различают силы сухого трения (покоя, скольжения, качения) и вязкого трения (силы сопротивления, возникающие при движении в жидкости или газе).

Отметим, что действие сил трения приводит к переходу механической энергии во внутреннюю энергию тела.

Трение покоя

Силы трения покоя возникают между неподвижными телами при попытке сдвинуть одно из них (рис. 36).

Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к телу, параллельно поверхности соприкасающихся тел. В зависимости от приложенной силы модуль силы трения может меняться в пределах


Экспериментально установлено, что

где N — модуль силы нормальной реакции опоры в месте соприкосновения тел, — коэффициент трения покоя, зависящий от свойств веществ соприкасающихся поверхностей и от степени их шероховатости (качества обработки). Установлено также, что коэффициент трения покоя не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Согласно третьему закону Ньютона модуль силы нормальной реакции опоры N равен модулю силы нормального давления
Трение скольжения. Сила трения скольжения  возникает между движущимися относительно друг друга телами и препятствует их относительному перемещению (рис. 37).

Она направлена противоположно скорости относительного движения поверхностей. Модуль силы трения скольжения  прямо пропорционален модулю силы нормальной реакции опоры и определяется по формуле

где — коэффициент трения скольжения, зависящий от тех же параметров, что и коэффициент трения покоя

Этот закон был установлен экспериментально и называется законом Кулона — Амонтона.

Точные измерения показывают, что коэффициент трения скольжения зависит также и от модуля скорости относительного движения соприкасающихся тел (при малых скоростях в большинстве случаев
Как следует из формулы для модуля силы трения скольжения, коэффициент трения  можно выразить как отношение модулей силы трения к силе нормального давления:

Поверхность называется гладкой, если силы трения равны нулю при любом характере движения.

Вязкое трение

Эксперименты показывают, что при движении в жидкости или газе (сплошной среде) на тело действует сила вязкого трения Она зависит от размеров и формы тела, от скорости его движения (рис. 38), а также свойств жидкости или газа. Сила вязкого трения возникает также между слоями жидкости или газа при их относительном движении.

При небольших скоростях движения (малых по сравнению со скоростью звука в воздухе) можно считать, что модуль силы вязкого трения прямо пропорционален скорости движения тела:

а при больших скоростях — квадрату скорости:

где — постоянные коэффициенты сопротивления (рис. 39).

Откуда появилась сила трения

Почему профили самолетов и подводных лодок напоминают контуры тела дельфина? Почему зимой автомобили «переобувают» в шипованную резину? Почему трудно двигаться в гололед? Как «падает» парашютист? Как уменьшить силу трения? А может, ее не стоит уменьшать, а наоборот, нужно увеличивать? Что будет, если трение исчезнет вообще?

При любом движении тело обязательно контактирует с микро- или макротелами вокруг (поверхностью другого тела, частицами жидкости или газа, внутри которых тело движется, и т. д.). При таком контакте возникают силы, замедляющие движение тела, — силы трения.

Сила трения — это сила, возникающая при движении или попытке движения одного тела по поверхности другого либо при движении тела внутри жидкой или газообразной среды.

Сила трения всегда направлена вдоль поверхности соприкасающихся тел и противоположно направлению скорости их относительного движения (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Относительно поверхности снега и относительно воздуха лыжник движется вправо, поэтому сила трения и сила сопротивления , действующие на лыжника, направлены влево. Снег относительно лыжника движется влево, со стороны лыжника на снег действует сила трения , направленная вправо

Трение между поверхностью твердого тела и окружающей жидкой или газообразной средой называют сопротивлением среды или жидким (вязким) трением. Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел называют сухим трением.

Почему возникает сила сухого трения

Если рассмотреть поверхность любого тела в лупу, можно увидеть множество мелких неровностей. Когда одно тело скользит или пытается скользить по поверхности другого, неровности цепляются друг за друга и деформируются. Возникают силы упругости, направленные в сторону, противоположную деформации (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Один из механизмов возникновения сухого трения связан с наличием неровностей на поверхностях соприкасающихся тел

Это одна из причин возникновения силы сухого трения. Есть и другие причины. Так, в некоторых местах выступы тел плотно прижаты друг к другу — расстояние между ними настолько мало, что действуют силы межмолекулярного притяжения, в результате чего выступы оказываются как бы «склеенными». Понятно, что такое «склеивание» происходит в ходе всего движения и препятствует ему.

И сила упругости, и сила межмолекулярного притяжения имеют электромагнитное происхождение, поэтому природа силы сухого трения — электромагнитная.

Какие существуют виды сухого трения

Различают три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения. Если вы попробуете, прикладывая небольшую силу, сдвинуть с места санки с тяжелым грузом, они не сдвинутся, поскольку возникнет сила трения покоя, которая уравновесит прилагаемую внешнюю силу.

Сила трения покоя — это сила трения, возникающая между соприкасающимися поверхностями двух тел и препятствующая возникновению их относительного движения.

Рис. 13.4. Внешние силы пытаются сдвинуть тело. Сила трения покоя, возникающая при этом, уравновешивает внешние силы, и тело находится в состоянии покоя

Сила трения покоя всегда равна по модулю и противоположна по направлению равнодействующей внешних сил , которая пытается сдвинуть тело с места (рис. 13.4):

Чем большая сила будет приложена, тем больше будет сила трения покоя. Наконец при определенном значении равнодействующей внешних сил (а следовательно, и силы трения покоя) тело сдвинется с места. То есть сила трения покоя имеет некоторое максимальное значение.

Чаще всего действие силы трения покоя «полезно»: благодаря ей вещи не выскальзывают из рук, грифель карандаша оставляет след на бумаге; эта сила позволяет выполнять повороты, удерживает корни растений в почве. Благодаря силе трения покоя передвигаются люди, животные, транспорт (рис. 13.5).

Рис. 13.5. Шины автомобиля в момент соприкосновения с поверхностью дороги по сути пытаются осуществить движение назад. В результате возникает сила трения покоя, направленная вперед, — движущая сила

В технике, на транспорте, в быту часто принимают меры для увеличения максимальной силы трения покоя: на ступеньки и обувь наклеивают противоскользящие накладки, автомобили «переобувают» в зимние шины и т. д.

После того как равнодействующая внешних сил становится равной максимальной силе трения покоя, тело начинает скольжение, — и тогда говорят о силе трения скольжения.

Сила трения скольжения — это сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную направлению относительной скорости движения тел.

Сила трения скольжения действует вдоль поверхности соприкосновения тел, и она немного меньше максимальной силы трения покоя (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Когда сила трения покоя достигает максимального значения, тело трогается с места (начинает скольжение)

Именно поэтому тела сдвигаются с места рывком и сдвинуть их труднее, чем затем перемещать. Это особенно заметно, когда тела массивные. Ваш жизненный опыт показывает, что сила трения скольжения зависит от свойств соприкасающихся поверхностей и увеличивается с увеличением силы нормальной реакции опоры (рис. 13.7). Закон, отражающий зависимость был экспериментально установлен французским ученым Г. Амонтоном (1663–1705) и проверен его соотечественником Ш. Кулоном (1736–1806), поэтому называется закон Амонтона — Кулона:

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел и прямо пропорциональна силе N нормальной реакции опоры:

Здесь — коэффициент трения скольжения, который зависит от материалов и качества обработки соприкасающихся поверхностей, незначительно зависит от относительной скорости движения соприкасающихся поверхностей и является безразмерной величиной:

Рис. 13.7. Сила трения скольжения зависит от качества и рода поверхностей (а) и увеличивается с увеличением силы нормальной реакции опоры (б)

Значения коэффициентов трения скольжения устанавливают исключительно экспериментально. Обычно таблицы коэффициентов трения скольжения содержат ориентировочные средние значения для пар материалов (см. таблицу).

Материалы Коэффициент трения скольжения
Сталь по льду 0,02
Сталь по стали м
Бронза по бронзе 0,20
Дерево по дереву 0,25
Бумага (картон) по дереву 0,40
Резина по бетону 0,75

Силу трения скольжения можно уменьшить, смазав соприкасающиеся поверхности. Твердая смазка изменяет качество поверхности; жидкая смазка отдаляет соприкасающиеся поверхности друг от друга — сухое трение заменяется значительно более слабым жидким трением.

Трение существенно уменьшится, если между соприкасающимися поверхностями расположить твердые катки, то есть скольжение заменить качением. Опыты показывают, что при одинаковых условиях сила трения качения в десятки раз меньше, чем сила трения скольжения.

Одна из причин возникновения силы трения качения заключается в том, что поверхность, по которой движется шарообразное тело (цилиндр, колесо, шар), деформируется, поэтому тело все время словно закатывается на небольшую наклонную плоскость (рис. 13.8).

Чем больше деформация поверхности, тем больше угол наклона плоскости и тем больше сила трения качения. Именно поэтому сила трения качения:

  • уменьшается с увеличением твердости поверхности, по которой катится тело, и твердости материала, из которого изготовлено тело;
  • увеличивается с увеличением давления тела на поверхность;
  • уменьшается с увеличением радиуса тела.
Сила сопротивления среды

Сила сопротивления среды (сила вязкого трения) — сила, возникающая при движении тела внутри жидкости или газа.

Рассмотрим причины возникновения силы сопротивления среды.

  1. Ламинарное обтекание. Если твердое тело движется внутри жидкости или газа, то прилегающие слои среды движутся вместе с телом (рис. 13.9). Чем больше вязкость среды, тем больше ее слоев вовлекаются в движение.
  2. Лобовое сопротивление. Частицы среды сталкиваются с телом и замедляют его движение.
  3. Вихревое обтекание. Если тело движется с большой скоростью, то ламинарное обтекание переходит в вихревое: непосредственно за телом образуется зона пониженного давления, и тело как бы втягивается в эту зону, замедляя свое движение.

Сила сопротивления среды существенно зависит от формы тела (рис. 13.10).

Сила сопротивления среды увеличивается:

Обратите внимание! Не существует силы жидкого трения покоя. То есть если тело, расположенное в жидкой или газообразной среде, находится в состоянии покоя относительно среды, то сила сопротивления среды на него не действует.

Пример №2

На горизонтальной дороге автомобиль выполняет поворот радиусом 45 м. Какую наибольшую скорость может иметь автомобиль, чтобы «вписаться» в поворот, если коэффициент трения скольжения шин об асфальт = 0,5?

Анализ физической проблемы. Автомобиль «не впишется» в поворот, если , направленная к центру окружности, достигнет максимального значения и «перейдет» в силу трения скольжения. Обратите внимание: кроме силы трения покоя, направленной к центру окружности и препятствующей боковому скольжению автомобиля, существует еще сила трения покоя, препятствующая проскальзыванию колес вдоль направления движения автомобиля, — она и является силой тяги автомобиля (рис. 13.12).

Выполним пояснительный рисунок, указав силы, действующие на автомобиль, и направление ускорения его движения. Систему координат свяжем с телом на поверхности Земли.

Решение:

Запишем второй закон Ньютона:

Спроецируем уравнения на оси координат:

Поскольку , то получим: . Проверим единицу, найдем значение искомой величины:

Ответ: = 15 м/с.

Выводы:

  • Сила трения — это сила, возникающая при движении или попытке движения одного тела по поверхности другого, а также при движении тела внутри жидкой или газообразной среды. Сила трения всегда направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел и противоположно скорости их относительного движения.
  • Различают силы трения покоя, трения скольжения, трения качения и сопротивления среды. Все эти силы, кроме силы трения качения, имеют электромагнитную природу.
  • Сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению равнодействующей внешних сил, действующих на тело:
  • Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры: . Коэффициент трения скольжения µ зависит от материалов соприкасающихся поверхностей и качества их обработки.
  • Сила трения качения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры, намного меньше силы трения скольжения, зависит от радиуса тела, материала и твердости соприкасающихся поверхностей.
  • Сила сопротивления среды существенно зависит от формы тела, увеличивается с увеличением скорости движения тела, площади его поперечного сечения, а также с увеличением вязкости и плотности среды.

Вычисление силы трения

Французский физик Гийом Амонтон (1663–1705), размышляя о роли трения, писал: «Всем нам случалось выходить в гололедицу: сколько усилий стоило нам, чтобы удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделывать, чтобы устоять!.. Представим, что трение исчезло вовсе. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: все будет скользить и катиться…. Не будь трения, Земля представляла бы собой шар без неровностей, подобный жидкой капле».

Сила трения покоя

Если вы пытаетесь передвинуть тяжелое тело, например большой ящик, и не можете сдвинуть его с места, это означает, что силу, которую вы прикладываете к ящику, уравновешивает сила трения покоя, возникающая между полом и нижней поверхностью ящика (рис. 21.1).

Сила трения покоя — это сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами при попытке сдвинуть одно тело относительно другого и направленная в сторону, противоположную той, в которую двигалось бы тело, если бы трения не было.

Сила трения покоя приложена вдоль поверхности, которой тело соприкасается с другим телом, и по значению равна силе пытающейся сдвинуть тело с места (рис. 21.2):

При увеличении силы которая пытается сдвинуть тело, увеличивается и сила трения покоя. Когда сила достигает такого значения, что тело вот-вот начнет движение, сила трения покоя максимальна. С началом движения сила трения покоя переходит в силу трения скольжения. Таким образом, для каждого случая сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения. Чаще всего действие силы трения покоя очень «полезно»: благодаря ей предметы не выскальзывают из рук, не развязываются узлы; эта сила удерживает песчинки в куче песка, тяжелые камни на склоне горы, корни растений в почве. Именно сила трения покоя является той силой, благодаря которой движутся люди, животные, транспорт (рис. 21.3).

В технике, на транспорте, в быту часто принимают меры, чтобы поверхность одного тела не двигалась относительно поверхности другого. Например, для увеличения максимальной силы трения покоя тротуары во время гололедицы посыпают песком, зимой автомобили «переобувают» в зимние шины. Попробуйте привести еще несколько подобных примеров.

От чего зависит сила трения скольжения

— это сила, которая возникает при скольжении одного тела по поверхности другого и направлена в сторону, противоположную направлению движения тела. Сила трения скольжения действует вдоль поверхности соприкосновения тел (рис. 21.4) и немного меньше максимальной силы трения покоя.

Именно поэтому тела сдвигаются с места рывком и сдвинуть их тяжелее, чем затем двигать. Это особенно заметно, когда тела массивные. Прикрепим к деревянному бруску крючок динамометра и будем равномерно тянуть брусок по горизонтальной поверхности (рис. 21.5). На брусок в направлении его движения действует сила упругости со стороны пружины динамометра, а в противоположном направлении — сила трения скольжения. Брусок движется равномерно, поэтому сила упругости уравновешивает силу трения скольжения. Следовательно, динамометр показывает значение силы трения скольжения. Рассмотрите рис. 21.5 и сделайте вывод о том, как зависит сила трения скольжения от свойств соприкасающихся поверхностей. Обратите внимание: если провести те же опыты, перевернув брусок на меньшую грань, показания динамометра не изменятся.

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Проведем еще один опыт. Положим на брусок дополнительный груз, увеличив таким образом силу нормальной реакции опоры (рис. 21.6). Опыт покажет, что сила трения скольжения возросла.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры*: где N — сила нормальной реакции опоры; µ — коэффициент пропорциональности, который называют коэффициент трения скольжения.

Этот закон был установлен французским ученым Г. Амонтоном и проверен его соотечественником Ш. Кулоном, поэтому получил название закон Амонтона — Кулона.

Поскольку и силу трения скольжения, и силу нормальной реакции опоры измеряют в ньютонах, коэффициент трения скольжения — величина, не имеющая размерности: Коэффициент трения скольжения определяется, в частности, материалами, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, и качеством обработки их поверхностей. Значения коэффициентов трения скольжения устанавливают экспериментально. Таблицы коэффициентов трения скольжения обычно содержат ориентировочные средние значения для пар материалов (см. таблицу).

Причины возникновения и способы уменьшения силы трения

Поверхности твердых тел всегда шероховатые, неровные. При движении или попытке движения неровности цепляются друг за друга и деформируются или даже сминаются. В результате возникает сила, противодействующая движению тела, — сила трения (рис. 21.7).

Сила трения, как и сила упругости, — проявление сил межмолекулярного взаимодействия. Казалось бы, для уменьшения силы трения нужно тщательно отполировать поверхности и таким образом свести неровности к минимуму. Однако в таком случае поверхности будут настолько плотно прилегать друг к другу, что значительное количество молекул окажется на расстоянии, на котором становится существенным межмолекулярное притяжение. В результате сила трения возрастет*. Силу трения скольжения можно уменьшить, смазав соприкасающиеся поверхности. Смазка (как правило, жидкая), попав между соприкасающимися поверхностями, отдалит их друг от друга. То есть будут скользить не поверхности тел, а слои смазки, — трение скольжения (так называемое сухое трение) сменится вязким (жидким) трением, при котором сила трения значительно меньше.

Исследование трения и обоснование причин его возникновения достаточно сложны и вы ходят за рамки школьного курса физики.

Сила трения качения

Давний опыт человечества показывает, что, например, каменную глыбу легче перекатить на бревнах, чем просто тащить по земле. Если одно тело катится вдоль поверхности другого, то мы имеем дело с трением качения. Сила трения качения обычно намного меньше, чем сила трения скольжения (рис. 21.8, 21.9).

Поэтому для уменьшения силы трения люди издавна используют колесо, а в различных механизмах — подшипники (рис. 21.10).

Пример №3

Чтобы равномерно двигать по столу книгу массой 1 кг, нужно приложить горизонтальную силу 2 Н. Чему равен коэффициент трения скольжения между книгой и столом? Анализ физической проблемы. Выполним пояснительный рисунок, на котором изобразим все силы, действующие на книгу: — сила тяжести; — сила нормальной реакции опоры; — сила, под действием которой книга движется по поверхности стола; — сила трения скольжения. Книга движется равномерно, следовательно, силы, действующие на нее, попарно скомпенсированы: Исходя из этого и найдем искомый коэффициент трения.

Дано:

,,

Найти:

Решение:

По формуле для определения силы трения скольжения имеем:

Поскольку а

Проверим единицу, найдем значение искомой величины:

Анализ результатов: коэффициент трения 0,2 соответствует паре «дерево по дереву»; результат правдоподобен. Ответ: µ=0,2.

Итоги:

Сила трения покоя — это сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами при попытке сдвинуть одно тело относительно другого. Сила трения покоя всегда препятствует появлению относительного движения соприкасающихся тел; она равна по значению и противоположна по направлению силе F, пытающейся сдвинуть тело с места:

Сила трения скольжения — это сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры , где µ — коэффициент трения скольжения, зависящий от материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, качества обработки их поверхностей. Смазка поверхностей существенно уменьшает силу трения. При качении одного тела по поверхности другого возникает сила трения качения, которая обычно меньше силы трения скольжения.

Сила трения скольжения — урок. Физика, 9 класс.

Сила трения скольжения возникает, если одно тело скользит по поверхности другого тела. Трение скольжения характеризуется силой трения, которая тормозит движение скольжения.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры и коэффициенту трения скольжения.

Сила трения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры и вычисляется по формуле: Fтр=μ⋅Fр.

При увеличении веса тела и коэффициента трения увеличивается сила трения. Сила трения скольжения действует в тех случаях, когда тело движется или его пытаются сдвинуть с места.

Сила реакции опоры — сила, при помощи которой опора действует на тело. Сила реакции опоры — сила, при помощи которой опора давит на тело, которое находится на ней. Из третьего закона Ньютона следует, что сила реакции опоры всегда равна силе, при помощи которой тело воздействует на опору. На неподвижной горизонтальной поверхности сила реакции опоры всегда равна весу тела или силе тяжести: Fр=Fт. На наклонной плоскости сила тяжести и сила, при помощи которой тело воздействует на опору, различаются.

 

Обрати внимание!

Сила реакции опоры всегда направлена перпендикулярно поверхности опоры.

      

 

Коэффициент трения скольжения — отношение силы трения к силе реакции опоры. Коэффициент трения между двумя любыми материалами легко определить, если возможно измерить силу трения, которая равна силе тяги, при которой тело перемещается равномерно, и силу тяжести, которая на горизонтальной поверхности равна силе реакции опоры. В таблице представлены различные коэффициенты трения скольжения.

 

Пары материаловКоэффициент трения скольжения
Сталь — лёд (коньки)\(0,015\)
Древесина — древесина\(0,2\)–\(0,5\)
Покрышка — мокрый асфальт\(0,35\)–\(0,45\)
Покрышка — сухой асфальт\(0,50\)–\(0,75\)

 

Обрати внимание!

Коэффициент трения скольжения не имеет размерности.

Если сравнивать коэффициенты трения покрышки на сухом и мокром асфальте, то на мокром асфальте у одной и той же машины коэффициент трения, а также сила трения почти в \(2\) раза меньше, чем на сухом асфальте. В результате также увеличивается замедление торможения почти в \(2\) раза, поэтому тормозной путь может увеличиться почти в \(4\) раза.

У силы трения имеются как положительные, так и отрицательные свойства. Если бы не было силы трения, то мы не могли бы оттолкнуться при ходьбе от земли, а машина не могла бы «оттолкнуться» от поверхности дороги. Но в технике трение между различными вращающимися и скользящими поверхностями весьма нежелательно, поэтому такое оборудование смазывают, чтобы снизить влияние силы трения.

Сила трения. Коэффициент трения

п.1. Причины возникновения трения

При движении одного тела по поверхности другого всегда возникает сила, направленная противоположно направлению скорости и замедляющая движение. Эта сила называется силой трения.

По своей природе сила трения отличается от силы тяготения и силы упругости, которые были рассмотрены в предыдущих параграфах.

Причины возникновения силы трения можно разделить на два класса: 1) шероховатость поверхностей контактирующих тел; 2) взаимное притяжение молекул при контакте.

Причины возникновения трения

Неровности поверхностей тел при контакте
(от сантиметров до микрон)

Взаимное притяжение молекул тел при контакте
(от микрон до нанометров)

Неровности поверхностей проявляются на макроуровне и видны невооруженным глазом или в оптический микроскоп. Их влияние можно уменьшить, если отполировать поверхности или нанести смазку.

Взаимное притяжение молекул проявляется на микроуровне и приводит к тому, что даже на идеально отполированных поверхностях не удается избежать трения, когда частицы одного тела перемещаются относительно частиц другого.

Сила трения – это сумма межмолекулярных сил, возникающих при деформациях и изломах контактирующих поверхностей за счет разрыва межмолекулярных связей.
Сила трения направлена вдоль поверхностей контактирующих тел.

Как и сила упругости, сила трения имеет электромагнитную природу и связана с межмолекулярным взаимодействием.

Но в отличие от силы упругости, причиной силы трения является разрыв межмолекулярных связей. Кроме того, если сила упругости всегда направлена перпендикулярно поверхностям контактирующих тел, то сила трения всегда направлена вдоль этих поверхностей.

В зависимости от характера движения контактирующих тел различают трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Виды сухого трения
Трение покоя
Трение скольжения
Трение качения

п.2. Трение покоя

Сила трения, возникающая при относительной скорости двух контактирующих тел равной нулю, называется силой трения покоя.
Сила трения покоя равна по модулю приложенной силе и направлена в сторону, противоположную возможному движению тела, параллельно контактирующим поверхностям.
Если параллельно поверхности контакта на тело не действует сила, сила трения покоя равна нулю. Максимальное значение силы трения, при котором тело все ещё неподвижно, называется максимальной силой трения покоя.

Пример изменения силы трения покоя

Сила трения покоя равна приложенной силе, которая все ещё не приводит тело в движение. Допустим, что мы прикладываем к шкафу последовательно силу 100 Н, 200 Н, 300 Н, и он начинает равномерно двигаться только при 300 Н.
Как только тело начинает скользить, на него уже действует сила трения скольжения. Получаем:
Приложенная сила, Н Движение Сила трения покоя, Н Сила трения скольжения, Н
100 Нет 100
200 Нет 200
300 Есть, равномерное 300

п.3. Трение скольжения

Силу трения, возникающую в результате движения одного тела по поверхности другого, называют силой трения скольжения.
Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную перемещению тела («тормозит» движение).

Если тело расположено на горизонтальной опоре, сила тяжести \(mg\), действующая на него, равна по величине силе реакции опоры \(N\) (см. §22 данного справочника).
Сила трения направлена противоположно силе тяги.

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры: $$ F_{\text{тр}}=\mu N $$ Коэффициент \(\mu\) называют коэффициентом трения скольжения; величина \(\mu\) зависит от материала трущихся тел и состояния их поверхностей.

Значения коэффициентов трения скольжения для различных поверхностей приводятся в справочных таблицах.

При проектировании и разработке машин и механизмов коэффициенты трения скольжения для отдельных узлов определяются в специальных лабораториях.

п.4. Трение качения

Сила трения, возникающая при качении одного тела по поверхности другого, называется силой трения качения.

Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.

Поэтому в Древнем Египте блоки для строительства пирамид перекатывали, подкладывая бревна.
А сегодня 300-тонные ракеты перевозят на колесных платформах.

Уменьшение трения за счет качения используется в шариковых и роликовых подшипниках.
Первый подшипник качения был установлен в опоре ветряка, построенного в Англии в 1780 г. Этот подшипник состоял из двух литых чугунных дорожек качения, между которыми находилось 40 чугунных шаров.
Сегодня подшипники являются незаменимой деталью во всех подвижных конструкциях; они уменьшают износ трущихся деталей и снижают потери энергии на нагрев из-за трения.

п.5. Задачи

Задача 1. Найдите коэффициент трения между шинами автомобиля и дорогой, если при равномерном движении по прямолинейному участку двигатель развивает силу тяги, равную 30 кН.2}{2\cdot 0,4\cdot 10}=50\ (\text{м}) $$ Ответ: 5 с; 50 м.

п.6. Лабораторная работа №8. Измерение коэффициента трения скольжения

Цель работы
Научиться измерять силу трения скольжения и определять коэффициент трения скольжения. Изучить зависимость коэффициента трения скольжения от материалов соприкасающихся тел и от площади опоры движущегося тела.

Теоретические сведения

При \(v=const\) (равномерное движение) получаем
По вертикали \(m\overrightarrow{g}=-\overrightarrow{N}\). Модули этих сил равны
По горизонтали \(\overrightarrow{F_{\text{тр}}}=-\overrightarrow{F_{\text{тяги}}}\). Модули этих сил равны $$ F_{\text{тяги}}=F_{\text{тр}}=\mu N=\mu mg $$

Если тело перемещать с помощью динамометра, то сила упругости, возникающая в пружине, будет равна силе тяги. Т.е., сила тяги непосредственно измеряется динамометром.

В работе используются стандартные лабораторные грузики массой 100 г.2\).

Погрешность для прямых измерений \(F_{\text{тяги}}\) определяется как половина цены деления динамометра. Погрешность для массы определяется по маркировке грузиков и бруска, \(\Delta m=2\ \text{г}\) для \(m=100\ \text{г}\), т.е. \(\delta_m=2\text{%}\).

Погрешность эксперимента \(\delta_e\) рассчитывается как средняя арифметическая по результатам измерений и вычислений.

Приборы и материалы
Лабораторный динамометр на 5 Н; набор грузиков по 100 г; деревянный брусок с крючком 100 г; деревянная доска; наждачная бумага.

Ход работы
1. Прикрепите динамометр к бруску, положите доску горизонтально, поставьте брусок самой большой по площади гранью слева на доску.
2. Перемещая брусок слева направо по доске, добейтесь равномерного скольжения (со стабильными показаниями динамометра). Снимите показания динамометра и запишите.
3. Повторите эксперимент, нагружая брусок одним, двумя, тремя и четырьмя грузиками.
4. Рассчитайте коэффициент трения дерева об дерево, определите относительную и абсолютную погрешности эксперимента.
5. Повторите эксперимент, перемещая брусок по доске, обмотанной наждачной бумагой. Найдите коэффициент трения дерева об наждак, определите относительную и абсолютную погрешности эксперимента.
6. Снимите наждачную бумагу и повторите эксперимент для трения дерева об дерево. Однако на этот раз брусок должен опираться на меньшую по площади грань. Рассчитайте коэффициент трения дерева об дерево в этом случае.
7. Сравните полученные коэффициенты трения, сделайте выводы о зависимости коэффициента трения от материала соприкасающихся поверхностей и от площади опоры движущегося тела.

Результаты измерений и вычислений

Цена деления динамометра \(d=0,1\ \text{Н}\).

Таблица для расчета коэффициента трения скольжения дерева об дерево

  Опыт \(m,\ \text{кг}\) \(F_{\text{тяги}},\ \text{Н}\) \(\mu=\frac{F_{\text{тяги}}}{mg}\) \(\Delta=|\mu-\mu_{\text{ср}}|\)
1 Брусок 0,1 0,3 0,306 0,026
2 Брусок + 1 грузик 0,2 0,7 0,357 0,025
3 Брусок + 2 грузика 0,3 1,0 0,340 0,008
4 Брусок + 3 грузика 0,4 1,3 0,331 0,001
5 Брусок + 4 грузика 0,5 1,6 0,326 0,006
  Всего 1,660 0,065

Среднее значение коэффициента трения $$ \mu_{\text{ср}}=\frac{1,660}{5}=0,332 $$ Среднее значение абсолютного отклонения $$ \Delta =\frac{0,065}{5}=0,013 $$ Относительная погрешность \begin{gather*} \delta=\frac{0,013}{0,332}\cdot 100\text{%}\approx 3,9\text{%}\\[7pt] \mu_{\text{дд}}=(0,332\pm 0,013),\ \delta_\mu=3,9\text{%} \end{gather*}

Таблица для расчета коэффициента трения скольжения дерева об наждак

  Опыт \(m,\ \text{кг}\) \(F_{\text{тяги}},\ \text{Н}\) \(\mu=\frac{F_{\text{тяги}}}{mg}\) \(\Delta=|\mu-\mu_{\text{ср}}|\)
1 Брусок 0,1 0,6 0,612 0,039
2 Брусок + 1 грузик 0,2 1,1 0,561 0,012
3 Брусок + 2 грузика 0,3 1,7 0,578 0,005
4 Брусок + 3 грузика 0,4 2,2 0,561 0,012
5 Брусок + 4 грузика 0,5 2,7 0,551 0,022
  Всего 2,862 0,090

Среднее значение коэффициента трения $$ \mu_{\text{ср}}=\frac{2,862}{5}\approx 0,572 $$ Среднее значение абсолютного отклонения $$ \Delta =\frac{0,090}{5}=0,018 $$ Относительная погрешность \begin{gather*} \delta=\frac{0,018}{0,572}\cdot 100\text{%}\approx 3,1\text{%}\\[7pt] \mu_{\text{дн}}=(0,572\pm 0,018),\ \delta_\mu=3,1\text{%} \end{gather*}

Таблица для расчета коэффициента трения скольжения дерева об дерево (узкая грань)

  Опыт \(m,\ \text{кг}\) \(F_{\text{тяги}},\ \text{Н}\) \(\mu=\frac{F_{\text{тяги}}}{mg}\) \(\Delta=|\mu-\mu_{\text{ср}}|\)
1 Брусок 0,1 0,35 0,357 0,011
2 Брусок + 1 грузик 0,2 0,7 0,357 0,011
3 Брусок + 2 грузика 0,3 1,0 0,340 0,006
4 Брусок + 3 грузика 0,4 1,3 0,331 0,015
5 Брусок + 4 грузика 0,5 1,7 0,347 0,000
  Всего 1,732 0,043

Среднее значение коэффициента трения $$ \mu_{\text{ср}}=\frac{1,732}{5}\approx 0,346 $$ Среднее значение абсолютного отклонения $$ \Delta =\frac{0,043}{5}\approx 0,009 $$ Относительная погрешность \begin{gather*} \delta=\frac{0,009}{0,346}\cdot 100\text{%}\approx 2,5\text{%}\\[7pt] \mu ‘_{\text{дд}}=(0,346\pm 0,009),\ \delta_\mu=2,5\text{%} \end{gather*}

Выводы
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы.

В работе исследовалась зависимость коэффициента трения скольжения от поверхностей, из которых изготовлены соприкасающиеся тела.

Для скольжения дерева об дерево был получен коэффициент \begin{gather*} \mu_{\text{дд}}=(0,332\pm 0,013),\ \delta_\mu=3,9\text{%} \end{gather*}

Для скольжения дерева об наждак был получен коэффициент \begin{gather*} \mu_{\text{дн}}=(0,572\pm 0,018),\ \delta_\mu=3,1\text{%}\\[7px] \mu_{\text{дн}}\gt \mu_{\text{дд}} \end{gather*}

Наждак является более шероховатой поверхностью и сила трения на ней больше.

Коэффициент трения скольжения сильно зависит от материалов соприкасающихся поверхностей.

Также в работе исследовалась зависимость коэффициента трения скольжения от площади опоры движущегося тела. Брусок выставлялся на более узкую грань, и изучалось скольжение дерева об дерево в этом случае. Был получен коэффициент \begin{gather*} \mu’_{\text{дд}}=(0,346\pm 0,009),\ \delta_\mu=2,5\text{%} \end{gather*} Поскольку \begin{gather*} 0,319\le \mu_{\text{дд}}\le 0,345\ \ 0,337\le \mu’_{\text{дд}}\le 0,355 \end{gather*} Полученные отрезки значений перекрываются.

Таким образом, в рамках погрешности эксперимента коэффициент трения скольжения не зависит от площади опоры движущегося тела.

определение, от чего зависит, в чем измеряется, какие существуют виды

Что такое сила трения в физике

Определение

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. 

Пример

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

Трение бывает:

  • внутренним; 
  • внешним. 

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.

 

Формулы расчета силы трения

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

\(F_тр=k\times N\)

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):

\(N=m\times g\)

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.

 

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

График зависимости силы трения от силы тяги

 

Сила трения — ЗФТШ, МФТИ

Сила трения – сила механического сопротивления, возникающая в плоскости соприкосновения двух прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении.

Сила сопротивления, действующая на тело, направлена противоположено относительному перемещению данного тела.

Сила трения возникает по двум причинам: 1) первая и основная причина заключается в том, что в местах соприкосновения молекулы веществ притягиваются друг к другу, и для преодоления их притяжения требуется совершить работу. Соприкасающиеся поверхности касаются друг друга лишь в очень небольших по площади местах. Их суммарная площадь составляет 0,01÷0,0010,01 \div 0,001 от общей (кажущейся) площади соприкосновения. При скольжении площадь реального соприкосновения не остается неизменной. Сила трения (скольжения) будет изменяться в процессе движения. Если тело, которое скользит, прижать сильнее к телу, по которому происходит скольжение, то вследствие деформации тел площадь пятен соприкосновения (и сила трения) увеличится пропорционально прижимающей силе.

$$F_\text{тр} \sim F_\text{приж}$$

2) вторая причина возникнове ния силы трения – это наличие шероховатостей (неровностей) поверхностей, и деформация их при движении одного тела по поверхности другого. Глубина проникновения (зацепления) шероховатостей зависит от прижимающей силы, а от этого зависит и величина деформаций. Последние, в свою очередь, определяют величину силы трения: Fтр∼FприжF_\mathrm{тр} \sim F_\mathrm{приж}.

При относительном скольжении обе причины имеют место, потому характер взаимодействия имеет вид простого соотношения:

Fтр=μN -\boxed{F_\mathrm{тр} =\mu N}\ -сила трения скольжения (формула Кулона — Амонтона), где

μ -\mu\ — коэффициент трения скольжения,

N -N\ — сила реакции опоры, равная прижимающей силе.

Величина коэффициента трения различна для разных комбинаций трущихся веществ даже при одинаковой их обработке (силы притяжения и упругие свойства зависят от рода вещества).

Если между трущимися поверхностями будет находится смазка, то сила притяжения изменится заметным образом (будут притягиваться другие молекулы, и сила трения скольжения частично заменится силой вязкого трения, которую мы рассмотрим ниже).

Если на тело, лежащее на горизонтальной поверхности, действует горизонтальная сила F→\vec F, то движение будет вызвано этой силой только в том случае, когда она станет больше некоторого значения (μN)(\mu N). До начала движения внешняя сила скомпенсирована силой трения покоя.












Рис. 13

Сила трения покоя всегда равна внешней силе, параллельной поверхности, и возникает по причине притяжения между молекулами в областях пятен соприкосновения и деформации шероховатостей.

Сила трения покоя различна в разных участках поверхности по которой будет происходить движение. Если тело долго лежит на поверхности, то вследствие вибраций (они всегда присутствуют на поверхности Земли) площадь пятен соприкосновения незначительно увеличится. Поэтому для начала движения придётся преодолеть немного большую силу трения, чем сила трения скольжения. Данное явление называется явлением застоя. С этим явлением мы сталкиваемся, например передвигая мебель в комнате. (На рисунке 13 превосходство трения покоя над трением скольжения сильно преувеличено).

Силой трения покоя мы пользуемся для перемещения на лыжах или просто при ходьбе.

Рассмотренные виды силы трения относятся к сухому трению или внешнему. Но есть еще один вид силы трения – вязкое трение.

При движении тела в жидкости или газе происходят достаточно сложные процессы обмена молекулами между слоями обтекающей жидкости или газа. Эти процессы называют процессами переноса.

При небольших скоростях движения тела относительно газа или жидкости сила сопротивления будет определяться выражением:

Fтр=6πηrv -\boxed{F_\mathrm{тр} = 6\pi \eta r v}\ — закон Стокса для шара, где

η -\eta\ — вязкость вещества, в котором движется тело;

r -r\ — средний поперечный размер (радиус) тела;

v -v\ — относительная скорость тела;

6π -6\pi\ — коэффициент, соответствующей сферической форме тела.

Вывод о величине скорости (большая она или маленькая) можно сделать, определив безразмерный коэффициент, называемый числом Рейнольдса:

Re=ρrvη -\boxed{Re = \frac{\rho r v}{\eta}}\ — число Рейнольдса, где

ρ -\rho\ — плотность вещества, в которой движется тело.2.\]

Число Рейнольдса, выбранное равным 17001700, в действительности определяется конкретной задачей (условиями) и может принимать другие значения того же порядка. Объясняется это тем, что зависимость силы вязкого трения от скорости носит сложный характер: при некотором значении скорости линейная зависимость начинает нарушаться, а при некотором значении скорости эта зависимость становится квадратичной. 

Рис. 14

В промежутке от v1v_1 до v2v_2 степень принимает дробные значения (рис. 14) . Число Рейнольдса характеризует состояние динамической системы, при котором движение слоёв остаётся ламинарным, и сильно зависит от внешних условий. К примеру: стальной шар, двигаясь в воде вдали от границ жидкости (в океане, озере) сохраняет ламинарным движение слоёв при Re=1700Re = 1700, а тот же шар, движущийся в вертикальной трубе немного большего, чем шар, радиуса, заполненной водой, уже при Re=2Re=2 вызовет появление завихрений воды вокруг шара. (Отметим, что число Рейнольдса не единственное, применяемое для описания подобного движения. Например, применяют ещё числа Фруда и Маха.)

Из-за такой сложной зависимости силы сопротивления от размеров, формы тела и его скорости рассчитать с необходимой точностью силу сопротивления невозможно. Потому приходится создавать макеты летательных аппаратов и измерять силу сопротивления опытным путём, продувая воздух в аэродинамических трубах.

Пример 7. Сила сопротивления воздуха, действующая на капли тумана, пропорциональна произведению скорости на радиус капель: F=krvF = krv. Капли радиуса 0,1 мм0,1\ \text{мм}, падая с большой высоты, у земли имеют скорость около 1 м/с1\ \mathrm{м}/\mathrm{с}. Какую скорость будут иметь капли, радиус которых в два раза меньше? В десять раз меньше?

Решение: Капля падает с постоянной скоростью, т. к. сила тяжести скомпенсирована силой вязкого трения о воздух: krv=mgkrv = mg или krv=ρ43πr3gkrv = \rho \frac 43 \pi r^3 g, откуда v=4ρπg3kr2v = \frac{4\rho\pi g}{3k}r^2.

Из полученного результата следует, что скорость капли прямо пропорциональна квадрату радиуса. Если радиус капли уменьшится в два раза, то скорость её падения уменьшится в четыре раза, и составит v1≈0,25 м/сv_1 \approx 0,25\ \text{м}/\text{с}; а если радиус окажется в десять раз меньше, то скорость будет в сто раз меньше, т. е. v2≈0,01 м/сv_2 \approx 0,01\ \mathrm{м}/\mathrm{с}.

Задача любопытна тем, что может объяснить почему облака не падают. Ведь облака – это туман, который не падает из-за наличия восходящих потоков воздуха. На нижней границе облака находятся наиболее крупные капли. Поднимаясь, скорость потока уменьшается, т. к. он совершает работу над встретившимся воздухом и увеличивает свою потенциальную энергию. Раз скорость потока в верхней части облака меньше, то и размер капель там тоже меньше. Капли «висят» над поверхностью земли на постоянной высоте.

Силы трения — презентация онлайн

Силы трения
1

2. Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого направленная в сторону противоположную движению

Сила трения обозначается буквой F с индексом Fтр
Измеряется в
Ньютонах [H]
2
Причина трения
Шероховатость
поверхностей
соприкасающихся тел
Взаимное притяжение
молекул
соприкасающихся тел
3
ТРЕНИЕ
Скольжения
Качения
Покоя
4
■ Трение скольжения. При действии сдвигающей силы,
приложенной к телу, покоящемуся на шероховатой поверхности,
возникает сила, противодействующая возможному смещению
тела (сила трения сцепления) из равновесного положения или
его действительному перемещению (сила трения скольжения)
при его движении.
Основные законы трения (Амонтона — Кулона):
1. Сила трения лежит в касательной плоскости к
соприкасающимся поверхностям и направлена в сторону
противоположную направлению, в котором приложенные к телу
силы стремятся его сдвинуть или сдвигают в действительности
(реактивный характер).
2. Сила трения изменяется от нуля до своего максимального
значения 0 Fтр Fтрmax .
Максимальная сила трения
пропорциональна коэффициенту трения и силе нормального
давления Fтрmax fN .
3. Коэффициент трения есть величина постоянная для данного
вида и состояния соприкасающихся поверхностей (f = const).
4. Сила трения в широких пределах не зависит от площади
соприкасающихся поверхностей.
5
■ Способы определения коэффициента трения.
1. Сдвигающая сила изменяется от нуля до своего максимального
значения – 0 ≤ T ≤ Tmax, (0 ≤ P ≤ Pmax).
2. Сила нормального давления изменяется от некоторого
начального значения до минимального
3. Сдвигающая
значения – N0 ≥ N ≥ Nmin (G0 ≥ G ≥ Gmin).
сила и сила
нормального
давления
изменяются
при изменении
угла наклона
плоскости
скольжения от
нуля до
максимального
значения –
0 ≥ φ ≥ φmax .
6
■ Угол трения. С учетом силы трения, возникающей при контакте с шероховатой поверхностью полная реакция такой поверхности может рассматриваться как геометрическая сумма нормальной реакции абсолютно гладкой поверхности и силы трения:
Угол отклонения полной реакции шероховатой
R max N Fтрmax
поверхности – угол трения, равный:
Fтрmax
arctg ( f )
При изменении направления
arctg
N
сдвигающей силы T на
опорной поверхности ее Активные силы (G, T и др.) можно
поворотом относительно заменить равнодействующей силой P,
имеющей угол отклонения от вертикали
нормали к плоскости
α. Можно показать, что равновесие
полная максимальная
возможно лишь в том случае, когда
реакция шероховатой
эта сила остается внутри простраповерхности
описывает конус трения. нства конуса трения:
Условие равновесия по оси x: Psinα ≤
Fтрmax.
Из уравнения равновесия по оси у: N =
Pcosα. Максимальная сила трения Fтрmax
= fN = tgφN = tgφPcosα.
Тогда Psinα ≤ tgφPcosα, откуда tgα ≤ tgφ
и α ≤ φ.
7
■ Учет сил трения при решении задач на равновесие. При
наличии сил трения:
1. К действующим на объект активным силам и реакциям
абсолютно гладких поверхностей добавляются
соответствующие силы трения, направленные по общей
касательной к контактным поверхностям в сторону,
противоположную возможному смещению точки касания
объекта относительно опорной шероховатой плоскости.
2. К уравнениям равновесия, составленным для объекта,
добавляются выражения для максимальных сил трения в
количестве, равном числу сил трения.
8
■ Пример решения задачи на равновесие с учетом трения.
Человек весом G собирается установить легкую лестницу под
углом α к вертикали (стене) и взобраться на половину длины
лестницы для выполнения работы. Коэффициенты трения в точках
контакта лестницы с полом (A) и со стеной (B) равны fA и fB
соответственно. Определить предельное значение угла наклона,
при котором лестница с человеком может сохранять равновесие.
Весом лестницы пренебречь.
1. Выбираем на объект (человек и лестница), отбрасываем связи
и заменяем их действие реакциями гладкой поверхности.
2. Добавляем активные силы (силу тяжести G).
3. Добавляем силы трения, направленные в сторону,
противоположную возможному перемещению
контактных точек A и B лестницы под действием
приложенной активной силы.
9
4. Составляем X i 0;
уравнения
Yi 0;
равновесия:
N B FтрA 0;
FтрB G N A 0;
M iA 0; G
AB
sin FтрB AB sin N B AB cos 0.
2
5. Добавляем
FтрA f A N A ;
выражения
для сил трения: F B f N ;
тр
B B
7. Решение первых
двух уравнений дает
выражения
для
нормальных реакций:
6. Подстановка последних
выражений
в
уравнения
равновесия с простыми
преобразованиями
третьего
уравнения дает :
N B f A N A 0;
X i 0;
Yi 0; f B N B G N A 0;
1
2
M iA 0; G tg f B N B tg N B 0.
8. Подстановка выражений для
G
NA
; нормальных реакций в третье
1 f A fB
уравнение равновесия приводит к
f AG
NB
. возможности определения tg 2 f A
1 f A f B предельного угла наклона α:
1 f A f B
10
■ Определение области Для этого достаточно по
заданным коэффициентам трения
равновесия. Задача
решена для конкретного определить углы трения,
положения человека, угол определяющие предельные
положения полной реакции и
наклона соответствует
предельному равновесию построить конусы трения. Общая
область конусов дает область
(использованы
максимальные значения равновесных положений
сил трения). С помощью человека. Хорошо видно, что для
более высокого положения
понятия конуса трения,
образовываемого полной человека надо уменьшать угол
наклона.
реакцией шероховатой
поверхности и теоремы о
трех силах можно
определить область
возможных равновесных
положений человека на
лестнице.
11
■ Сопротивление при качении. При действии сдвигающей
силы, приложенной к катку, покоящемуся на шероховатой
поверхности, возникает сила, противодействующая возможному
смещению тела (сила трения сцепления) из равновесного
положения или его действительному перемещению (сила трения
скольжения) при его движении и пара сил, момент которой
препятствует повороту катка (момент сопротивления качению).
Возникновение пары сил, препятствующей качению, связана с
деформацией опорной плоскости, в результате которой
равнодействующая нормальных реактивных сил по площадке
контакта смещена от линии действия силы тяжести в сторону
возможного или действительного движения.
12
Основные законы трения качения:
1. Момент сопротивления качению всегда направлен в сторону
противоположную, тому направлению, в котором приложенные к
телу силы стремятся его повернуть, или действительному
повороту под действием этих сил (реактивный характер).
2. Момент сопротивления качению изменяется от нуля до своего
максимального значения
.
Максимальный момент сопротивления качению пропорционален
коэффициенту трения качения и силе нормального давления:
.
3. Коэффициент трения качения есть величина постоянная для
данного вида и состояния соприкасающихся поверхностей
(fк = const).
4. Момент сопротивления качению в широких пределах не зависит
от радиуса катка.
13
Если коэффициент трения скольжения является безразмерной
величиной, то коэффициент трения качения измеряется
единицами длины и равен по величине указанному смещению
равнодействующей нормального давления. В силу малости
деформаций коэффициент трения качения имеет очень
малую величину и составляет, например, 0.0005
для стального бандажа по стальному рельсу.
14
Трение принимает участие там, где мы о нем
даже и не подозреваем
Когда шьем
Без трения все
нитки
выскользали бы
из ткани
Когда
завязываем пояс
Когда ходим
Без трения нельзя бы
Без трения все узлы
было ступить и шагу,
бы развязались
да и ,вообще, стоять.
15
Когда едем
Без трения колеса бы
просто прокручивались
Когда что-либо ставим или
берем в руки
Без трения все бы
соскальзывало со стола и
выскальзывало из рук
16
Трение в жизни растений
Лианы
Вьюны
Хмель
Благодаря трению цепляются за находящиеся поблизости опоры,
Удерживаются на них и тянутся к свету
17
Репейнику трение помогает
распространять семена, имеющие
колючки.
Семена гороха, орехи благодаря
шарообразной форме и малому
трению качения перемещаются
легко сами.
18
Трение в жизни животных
Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях
животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, тело
пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками
19
Fтр скольжения зависит от угла наклона
Угол
наклона
10
20
30
45
Fтр
Скольжения
1H
1,5H
1,8H
2,3H
20
Эксперимент
Зависимость Fтр скольжения от нагрузки
m, гр
160
260
360
F;H
0,5
0,8
1
21
Страница истории
Леонардо да
Винчи
Кулон Шарль
Огюстен де
Эйлер
Леонард
Петров Василий
Владимирович
15.04.1452-02.05.1519
14.06.1736-23.08.1806
15.04.1707-18.09.1783
19.07.1761-03.08.1834
22
Год
Имя ученого
ЗАВИСИМОСТЬ модуля силы трения скольжения
от площади соприкасающихся тел
от материала
от нагрузки
от
от степени
относительной
шероховатости
скорости
поверхностей
движения
трущихся
поверхностей
Нет
Нет
Да
Нет
Да
1699
Леонардо да
Винчи
Амонтон
Нет
Нет
Да
Да
Нет
1748
Леонард Эйлер
Нет
Нет
Да
Да
Да
1779
Кулон
Да
Да
Да
Да
Да
1883
Н.П.Петров
Нет
Да
Да
Да
Да
1500
23
И думал он:
Отсель грозить мы будем шведу,
Здесь будет город заложен
На зло надменному соседу.
Природой здесь нам суждено
В Европу прорубить окно,
Ногою твердой стать при море.
Сюда по новым им волнам
Все флаги в гости будут к нам
И запируем на просторе.
24
Сравнение сил трения покоя, скольжения, качения и веса
тела для бруска с двумя грузами.

P,Н
Fтр.
покоя,Н
Fтр.
скольжения,Н
Fтр.
качения,Н
1.
2.6
0.9
0.8
0.1
25
Зависимость силы трения от площади
соприкосновения трущихся поверхностей.
S (см2)
20
28
FTp(H)
0,35
0,35
26
Зависимость силы трения от вида трущихся
поверхностей.
Вид поверхностей
Fтр;Н
Дерево по дереву
0.8
Дерево по картону
0.9
Дерево по резиновому коврику
1.5
Дерево по наждачной бумаге
1.8
Дерево по стеклу
0.7
27

28. Силы трения

Есть две силы химическая и относительно
дально-действующая Ван дер Ваальса
Отталкива
ние ~10-6
Притяжение
начинается в
контактном
режиме
N
Fтр
N=mg Рис. 13
Существует сухое и жидкое трение. Законы
трения установлены Леонардом да Винче
около 5 веков назад. Сила F уравновешивается
равной ей по величине и противоположно
направленной силой, которая и есть сила трения
покоя Fтр. Сил трения покоя для данных
поверхностей много, но макс. сила только одна
Fтр. max= Fтр. cк. и именно через нее и определяется
безразмерным коэфф. пропорциональности
называемым коэфф. трения скольжения μ. Закон
Amontons’ (1699 ): модуль вектора Fтр.ск. линейно
пропорционален нагрузке (или реакции опоры
N )и практически не зависит от модуля скорости
тела но направлен противоположно скорости.
F
μ
Fтр max
N
Fтр.ск
N
F тр.ск
N
v
v
Точно равно если пренебречь Ван-дер-Ваальсом28

29. Сила трения сухого трения

N
Если горизонтальная поверхность т.е. =0 ? проекция mg
Fтр
на горизонтальную ось x равна 0 и при начале скольжения
max= F-Fтр=F–μmg=0 или для баланса сил и обеспечения
хотя бы нулевого ускорения (не нулевой начальной
скорости) a=(F/m- μ g) =0 или F/m=μg или F= μmg.
N=mgРис. 13
Сила F линейна пропорциональна массе тела. Сила с
x
которой надо тянуть на санях одного и двух студентов
отличаются в два раза. А для троих надо тройку
запрягать!
Но из опыта: сила трения не зависит от площади соприкосновения. Посмотрим на
F
трибометр. Почему? Fтр определяется химией поверхностей и силой которая их
сдавливает. Чем меньше площадь при той же величине силы сдавливания, тем больше
давление на 1 мм кв. и больше атомов входят в химическое взаимодействие. Трибометр
с двумя брусками. Сила возрасла в 2 раза! Противоречие? Т.е. для начала движения
надо чтобы mgsin — μmgcos =mg(sin — μcos )=0 или μ =tg ! Т.е. угол наклона доски в
момент сползания бруска определяется только величиной μ, а не m. А почему нет
зависимости от скорости? Так как короткодейтвие (химия) . Сила действует только
на маленьком расстоянии. Т.е. факт химическая молекула создана! При малых
скоростях с какой скоростью она создавалась не важно. Важно, что в один и тот же
момент времени есть определенное количество молекул состоящих в химической
связи. Химия в десять раз сильнее Ван-дер-Ваальсовых сил.
29
Силу трения скольжения можно измерить с помощью динамометра.
Для этого надо прикрепить, например, к деревянному бруску динамометр
и равномерно перемещать брусок по доске, располагая прибор
горизонтально.
На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Одна из
них – сила упругости пружины – действует в направлении скорости бруска.
Другая – сила трения скольжения – направлена против его скорости.
Так как брусок движется равномерно и прямолинейно, то динамометр
показывает силу упругости, равную по модулю силе трения.
30
Если на брусок положить груз и снова перемещать его равномерно
по поверхности доски, то показания динамометра изменятся.
Поместим на брусок ещё один груз, чтобы сильнее прижать брусок к доске.
Тем самым мы увеличиваем силу, действующую перпендикулярно поверхности
соприкосновения бруска с грузами и доски.
Эту силу называют силой нормального давления
31
Если снова измерить силу трения,
то окажется, что она увеличилась.
Опыты показывают: чем больше
сила нормального давления, тем
больше возникающая при этом
сила трения скольжения.
Она увеличивается во столько раз,
во сколько увеличивается сила
нормального давления.
По третьему закону Ньютона
модуль силы нормального
давления равен модулю силы
реакции опоры N.
Тогда можно записать: F = μN,
где (греческая буква, читается «мю») – коэффициент
пропорциональности, называемый коэффициентом трения.
Он характеризует не тело, на которое действует сила трения, а
сразу два тела, трущиеся друг о друга.
Графиком зависимости модуля силы трения от модуля силы
реакции опоры является прямая линия: сила трения скольжения32
1. Введение смазки между трущимися поверхностями
Трение между соприкасающимися
твёрдыми телами (без смазки)
называют сухим трением (рис. а)
Смазка существенно уменьшает силу
трения.
Когда тело движется, соприкасаясь с
жидкой смазкой, то возникает
жидкое трение.
Его часто называют вязким трением
(рис. б).
Коэффициент трения при вязком
трении много меньше
коэффициента трения при сухом
трении.
33

34. 2. Использование шариковых и роликовых подшипников

Для уменьшения трения вращающихся валов машин и станков используют
подшипники, заменяющие трение скольжения трением качения.
(шариковые и роликовые подшипники).
Внутреннее кольцо подшипника, изготовленное из твёрдой стали,
насажено на вал. Наружное кольцо подшипника закреплено в
корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо начинает
не скользить, а катиться на шариках или роликах, находящихся
между кольцами. Опыт показывает, что силы трения качения
значительно меньше сил трения скольжения ( износ
вращающихся частей машин значительно медленнее).
34
35

Как измеряются силы трения? + Пример

Сила трения возникает при скольжении одного не идеально гладкого предмета по другому. Эта сила всегда направлена ​​против движения и при отсутствии других сил замедляет скольжение.

Сила трения зависит, главным образом, от двух факторов: материала, из которого сделаны предметы (более или менее гладкого) и от того, насколько плотно они прижаты друг к другу. Типичная задача из учебника по физике — определить силу трения, когда один объект (скажем, деревянный брусок) скользит горизонтально по некоторой поверхности (например, по столу) и прижимается к этой поверхности своим весом (силой тяжести).Вариантом является аналогичная задача, но поверхность не горизонтальна, а представляет собой наклон под некоторым углом.

В то время как меру того, насколько плотно объекты прижаты друг к другу, легко измерить с помощью силы давления, фактор материала, из которого сделаны объекты, не так легко учесть. Для этого физики используют коэффициент трения , который измеряет силу трения между двумя объектами, сделанными из определенных материалов, на единицу давления. Это определяется опытным путем.

Теперь, зная давление #F_p# из физического состава эксперимента и коэффициент трения #mu_f# задействованных материалов, мы можем рассчитать силу трения #F_f# как их произведение:
#F_f = mu_f * F_p#

Итак, чтобы теоретически определить силу трения, мы должны знать коэффициент трения участвующих материалов и давление между ними.

Если мы не знаем коэффициент трения, мы можем экспериментально определить силу трения разными способами.2#), который скользит по деревянному столу. Мы можем начать двигать этот блок с некоторой начальной скоростью #V# (#м/сек#), а затем позволить ему двигаться самому, пока трение не остановит его. Например, блок останавливается через время #T# (#sec#) после того, как мы его отпускаем.

Он останавливается, потому что сила трения #F# перестает действовать против движения, замедляя скорость от #V# до #0# за время #T#. Теперь мы можем определить степень замедления #a# от начальной скорости до нуля:
#a=V/T#

Теперь, зная замедление и массу бруска, определяем силу трения:
#F=M*a=M*V/T#

Поскольку мы знаем массу и площадь основания нашего блока, мы можем определить давление на стол #P# (вес на единицу площади):
#P=(M*g)/S#

Наконец, мы можем определить коэффициент трения (сила трения на единицу давления):
#mu=F/P=(M*V*S)/(T*M*g)=(V*S)/( Т*г)#

Кстати, коэффициент трения в этих условиях не зависит от массы блока.Полученный выше коэффициент трения называется кинетическим , так как он измерялся во время движения одного объекта относительно другого.

Другой тип коэффициента трения статический , он измеряет начальную силу трения, когда объект начинает движение и обычно больше, чем кинетический , начать движение сложнее, чем продолжить. Статический коэффициент трения также можно определить экспериментально, но это уже другая история.

Как измерить трение?

Способ 1 Весовое соотношение

Эскиз показанное произведение принадлежит Леонардо да Винчи (около 1500 г.). Он учился трения путем измерения груза, висящего на шнуре, при котором блок начинает скользить. Коэффициент трения находится по формуле частное собственный вес массы, подвешенной на шнуре, и масса блока, т.е.е.
= F f / N = м собственный вес / м блок

Статический коэффициент трения — динамический коэффициент трения Момент, в который блок начинает скользить (сила отрыва) – это так называемая статическая трение, сила, с которой блок продолжает скольжение является динамическим или кинетическим коэффициент трения.Для большинства комбинаций материалов значение статический трение превышает динамическое трение. Имейте в виду, что динамическое трение все еще может зависеть от скорости, контакта давление, температура и шероховатость поверхности. Статическое трение может зависит от времени, в течение которого блок находится в состоянии покоя, т. как правило, при смазке.


Способ 2:
Пружинный баланс

Потяните за пружинный баланс, соединенный с блоком, и медленно увеличивайте до тех пор, пока блок не начнет скользить.Убедитесь, что пружинный баланс находится параллельно поверхности. Показание на шкале пружинных весов при нагрузке начинает скользить, является мерой статического трения, в то время как чтение, когда блок продолжает скользить, является мерой динамического трение. То коэффициент трения просто = F пружина /F нормальный = F пружина /(m блок г ), г=9.81 м/с

Подсказка: Импульсные датчики вращения (многооборотные потенциометры, импульсные энкодеры) часто оказываются очень полезно для создания недорогих датчиков для измерение перемещения по комбинируя датчик с кабелем и шкивом, для измерение крутящего момента с пружиной кручения, для измерения усилия с помощью проволоки, шкива и пружина и т. д.


Способ 3: наклонная плоскость

Поместите блок на наклонную плоскость и увеличивайте угол наклона, пока блок не начнет скользить.Тангенс угла наклона только что найден так называемый «угол трения». Этот угол связан к коэффициенту трения , т.е. = tan = F f /F

Метод 4: Зажим

Для измерения статического коэффициента трения в условиях высокого контактного давления объект может быть зажат между двумя поверхностями.Сила, необходимая для того, чтобы положить объект в движении должен быть уменьшен вдвое, чтобы получить силу трения, потому что двух контактирующих поверхностей.

Метод 5: Маятник

То маятник подходит для анализа статического и динамического трения при возвратно-поступательном движении, контролируя крутящий момент подшипника. Этот однако требуется датчик крутящего момента. Энергетические потери комбинированного статического и динамическое трение можно проанализировать, рассмотрев уменьшение амплитуда движения во времени.Для этого требуется только простой поворотный потенциометр или датчики вращения импульса для визуализации амплитуды сокращение времени.

Метод 6: моторизованные трибометры

В рассмотренных выше методах измерения коэффициент трения измеряется в свежих контактах, а не после приработки. коэффициент трения может значительно измениться в течение первого полчаса катания.Время, необходимое для получения стабильного значения коэффициента трения можно наблюдать в моторизованном трибометре, наблюдая за трением во времени. Этот метод является общий для измерения удельной скорости износа и контактной температуры во время операции. Вы можете посетить полезные ссылки справа от это окно, чтобы найти дополнительную информацию о моторизованных трибометрах.

Метод измерения сил трения на одиночных ячейках в микрожидкостных устройствах

Метод измерения сил трения на одиночных ячейках в микрожидкостных устройствах

Мы представляем метод измерения статических и кинетических сил трения между отдельными клетками и искусственными поверхностями в микрожидкостных каналах.Силы трения определяются как сумма неспецифических сил притяжения между двумя поверхностями, находящимися в скользящем контакте. Микроканалы изготовлены из полидиметилсилоксана (ПДМС) и модифицированы полиэтиленгликолем (ПЭГ). Прямоугольные микроканалы предназначены для умеренного сжатия (10–30%) отдельных клеток вдоль одной оси. Вливание клеточной суспензии в этот канал с точно контролируемой скоростью потока позволяет применять пиконьютоны силы гидродинамического сопротивления к каждой клетке.При определенных скоростях потока клетки пробы разделяются на популяцию, захваченную трением, и популяцию, в которой сила гидродинамического сопротивления преодолевает трение. Кинетическая сила трения измеряется как функция сжатия клеток с использованием разницы скоростей между свободно текущими клетками и жидкостью. Верхний предел статической силы трения измеряется как функция сжатия клеток путем анализа распределения по размерам захваченных и свободно текущих ячеек. В частности, для преодоления связанных неопределенностей, связанных с нормальной силой и коэффициентом трения, верхняя граница статического трения оценивается с использованием силы трения, преодолеваемой самой большой свободно текущей ячейкой в ​​отобранной совокупности.Наконец, свойство снижения трения пегилированных поверхностей оценивается с использованием соотношения захваченных и свободно текущих клеток. Сила кинетического трения между клетками LCC6/Her2 и пегилированным ПДМС измерялась в диапазоне от 45 до 370 пН для клеток при сжатии от 10% до 30%. Точно так же были измерены верхние предельные силы статического трения в диапазоне от 50 до 700 пН для того же диапазона сжатия.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Что такое сила и как ее измерить?

 

 

Определения силы:

1) Сила – это толчок или тяга

2) Сила – это способность выполнять работу или вызывать физические изменения

3) Сила = Масса, умноженная на ускорение (F = ma)

4) Сила – это то, что изменяет или стремится изменить состояние покоя или движения тела.

Примеры:

Для простоты все силы (взаимодействия) между объектами можно разделить на две широкие категории: контактные силы и силы, возникающие в результате действия на расстоянии.

Контактные силы  включают: силы трения, выталкивающие силы, нормальные силы и силы сопротивления воздуха 

Силы действия на расстоянии  включают гравитационные, электростатические и магнитные силы.

Измерительное усилие:

Сила измеряется с использованием либо Английской системы измерений, либо Международной системы единиц (СИ).

Общие единицы силы

—>> SI : Ньютон (Н) 1 Н = 0,225 фунта;

Сила в один ньютон (Н) определяется как сила, необходимая для ускорения 1 килограмма (кг) массы со скоростью 1 метр в секунду в квадрате (м/с2).

1 Ньютон = 1 кг м/с2 (Килограмм — это вес, при котором сила 1 Н ускоряет скорость 1 м/с2.)

—>> Английская система : фунт (фунт) 1 фунт = 4,448 Н 

В английской системе измерений слаг — это количество массы, которое 1 фунт силы ускоряет со скоростью 1 фут/с2, а фунт массы — это количество массы, которое 1 фунт силы ускоряет со скоростью 32 фута/с2.

Описание силы:

Сила является векторной величиной. Векторная величина – это величина, которая имеет как величину, так и направление. Чтобы полностью описать силу, действующую на объект, вы должны описать как ее величину, так и направление. Таким образом, сила в 10 ньютонов не является полным описанием силы, действующей на объект. 10 ньютонов вниз — это полное описание силы, действующей на объект.

(Примечание. В чем разница между векторными и скалярными величинами? Вектор имеет как силу, так и направление, скалярную величину можно описать, используя только одну величину — величину.Примерами скалярных величин являются: время, энергия и объем, поскольку они представляют только величину, а не направление.

В чем разница между массой и весом?

Ниже показаны два типа весов, обычно используемых в классе: пружинные весы (слева) и простые весы с бревном справа.

На земле пружинные весы показывают 100 г, а внизу прикреплена неизвестная масса. Чтобы уравновесить весы справа, также понадобилась 100-граммовая масса.

Если бы мы взяли обе шкалы на Луну, что бы показывали весенние шкалы? Какая масса потребуется, чтобы уравновесить груз массой 100 г на бревне? Можете ли вы объяснить свой ответ? Дополнительные сведения см. на странице «Масса и вес».


  

пружинная шкала

 

простые весы

Что делает приложение Силы?

Сила вызывает ускорение.

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение (a) объекта прямо пропорционально приложенной силе (F) и обратно пропорционально массе объекта (m).2


Что такое трение?

Трение – это сила, противодействующая относительному движению или стремлению к такому движению двух соприкасающихся тел. Если мы пытаемся толкнуть деревянный брусок по столу, действуют две противодействующие силы: сила, связанная с толчком, и сила, связанная с трением, которое действует в противоположном направлении. По мере того как силы трения уменьшаются (например, при размещении масла на столе), объект движется все дальше и дальше, прежде чем остановиться.Это демонстрирует закон инерции Галилея, который гласит: объект в состоянии движения обладает «инерцией», которая заставляет его оставаться в этом состоянии движения, если на него не действует внешняя сила.

Попробуйте это упражнение!

Пожалуйста введите свой ответ в отведенное место:

1) Какая полезная сила требуется для ускорения автомобиля массой 1500 кг со скоростью 6,00 м/с2?

Пожалуйста, введите свой ответ в отведенное место: 


2) Какова масса объекта, имеющего вес 115 Н на Луне? Гравитация Луны составляет 1/6 g (что равно 9.8 м/с2).


3) Объект в свободном падении будет ускоряться со скоростью:

Измерение трения – Ebatco

Трение является ключевым компонентом для реальных приложений.Любой материал, соприкасающийся с другой поверхностью, будет иметь силу трения. Двумя ключевыми компонентами трения являются статический и кинетический коэффициенты трения. Эти коэффициенты могут быть измерены за один проход по поверхности образца с заданной контактной частью и известной нагрузкой.

Типичные экспериментальные результаты

Таблица 1. Результаты определения коэффициента трения стальной пластины о стальной шарик

Тест мкс мкк мкмакс мккмин мкВт
1 0.189 0,172 0,183 0,158 0,025
2 0,207 0,183 0,198 0,167 0,031
3 0,236 0,204 0,223 0,184 0,039
4 0,257 0,228 0,252 0,203 0,049
5 0.307 0,251 0,278 0,221 0,057
Средний 0,239 0,208 0,227 0,187 0,04
С.Д. 0,046 0,032 0,039 0,026 0,013

Рис. 3. Коэффициент трения стальной пластины относительно стального шарика в зависимости от расстояния.

Результаты определения коэффициента трения контактных линз Acuvue Oasys и Acuve TruEye по предметному стеклу

Контактная линза мкс мкк мкмакс мккмин мкВт
Оайсис 0.255 0,197 0,213 0,181 0,032
TruEye 0,123 0,123 0,138 0,104 0,034

Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения для Acuvue Oasys с контактной линзой Hydraclear Plus по предметному стеклу в физиологическом растворе для контактных линз.

Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения контактной линзы 1 Day Acuvue TruEye по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.

Приложения

Автоматическое передвижение сцены Керамика Покрытия и пленки
Контактные линзы Ткани Кинетическое трение
Металлы Бумага Пилинг
ПИД-регулятор температуры Пластик Печатные поверхности
Ролики принтера Возвратно-поступательное движение Повторить измерения
Испытание на трение и износ Статическое трение Состояние поверхности
Переменные циклы Переменная нагрузка Переменная скорость
Различные типы контактов Износостойкость Влажное и сухое трение

 

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими указаниями по применению :
Трение контактных линз в солевом растворе

 

Инструменты: Kyowa TS-501 Triboster

Основные характеристики

Дальность обнаружения 0-500 г (4.9Н) Сила трения
Разрешение коэффициента трения 0,001
Максимальный размер выборки 178x60x50 мм
Скорость измерения 0,2–100 мм/с
Максимальное количество повторений 1000
Ход измерения 1–80 мм
Максимальная температура 200°С

 

Трение контактных линз в солевом растворе

 

Трение — это мера сопротивления поверхности движению.Когда две поверхности трутся друг о друга, трение действует как сила, препятствующая движению двух поверхностей в заданном направлении. Продолжающееся относительное движение приводит к потере материала или износу поверхности и ее фрикционного аналога. Со временем поверхность деградирует до такой степени, что становится непригодной для использования по назначению. Изменение химического состава поверхности может изменить фрикционные свойства, чтобы они лучше соответствовали потребностям применения и помогли продлить срок службы материала.

 

 

Рис. 1. Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения контактной линзы 1-Day Acuvue TruEye по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.

 

 

Рис. 2. Коэффициент трения в зависимости от расстояния скольжения Acuvue Oaysis с контактной линзой Hydraclear Plus по предметному стеклу в физиологическом растворе для контактных линз.

 

Трибостер TS-501 производства Kyowa Interface Science Co., Ltd., способна измерять как статические, так и кинетические коэффициенты трения поверхности материала за один или несколько проходов в сухих условиях или в условиях смазки с контролем температуры от комнатной до 180ºC. Высокочувствительный преобразователь трения и низкие нагрузки, используемые TS-501, позволяют легко и точно тестировать более мягкие материалы, такие как полимеры, ткани и тонкие пленки. Скорость предметного столика автоматически контролируется вводимыми пользователем значениями в диапазоне от 0,02 мм/с до 100 мм/с.

 

 

Большинство одноразовых контактных линз изготовлены из чрезвычайно мягких гидрогелей со значительным содержанием воды. Ношение контактных линз становится модным для людей, будь то по косметическим, корректирующим или терапевтическим причинам. В дополнение ко многим разработанным функциональным возможностям контактных линз комфорт при ношении является ключевым фактором, который должен тщательно контролироваться разработчиком контактных линз. Одним из аспектов комфорта при ношении является трение между веком и контактной линзой.

 

Как показано на рисунках 1 и 2, а также в таблице 1, два различных типа коммерчески доступных контактных линз от Johnson & Johnson Vision Care, Inc. были испытаны на трение с использованием TS-501. Первым протестированным типом контактных линз были одноразовые контактные линзы 1-Day Acuvue TruEye. Вторым типом контактных линз были одноразовые контактные линзы Acuvue Oaysis Hydraclear Plus. Оба вида контактных линз были испытаны при одинаковых условиях и параметрах скольжения по предметному стеклу в солевом растворе для контактных линз.Из результатов видно, что коэффициенты статического и кинетического трения для двух видов контактных линз различны. Различные коэффициенты трения приводят к разному комфорту ношения для людей.

 

Номер ASTM Название Ссылка на сайт
Г115-10 Стандартное руководство по измерению и регистрации коэффициентов трения Ссылка
Г163-10 Стандартное руководство по сбору цифровых данных при измерении износа и трения Ссылка
Д4103-90 Стандартная практика подготовки поверхностей подложек для испытаний на коэффициент трения Ссылка
Д2534-88 Стандартный метод определения коэффициента кинетического трения для восковых покрытий Ссылка
Г203-10 Стандартное руководство по определению рассеяния энергии трения в возвратно-поступательных трибосистемах Ссылка
Д1894-14 Стандартный метод испытаний статических и кинетических коэффициентов трения пластиковой пленки и листового материала Ссылка

 

.
Номер ISO Название Ссылка на сайт
8295 Пластмассы. Пленки и листы. Определение коэффициентов трения Ссылка
20808 Тонкая керамика (усовершенствованная керамика, усовершенствованная техническая керамика) – Определение характеристик трения и износа монолитной керамики методом шарик-диск Ссылка
15113 Резина – определение фрикционных свойств Ссылка
15359 Бумага и картон. Определение статического и кинетического коэффициентов трения. Метод горизонтальной плоскости Ссылка

 

Кто измеряет скольжение/трение?

Испытание на трение используется в упаковочной промышленности для измерения сопротивления скольжению продукта с целью прогнозирования скорости подачи и работы на автоматической линии склеивания, монтажа, наполнения или упаковки.

Другие отрасли промышленности, которые проводят испытания на скольжение, включают бумажную промышленность (например, для автоматической подачи конвертов и банкнот), производителей пластмасс (фрикционные свойства упаковочной пленки).

 

Что такое скольжение/трение?

Сопротивление скольжению изделий характеризуется коэффициентами трения:

Статический коэффициент трения = Fs/N
Динамический коэффициент трения = Fd/N

Где Fs — максимальная статическая сила трения, а Fd — средняя динамическая сила трения.N — нормальная сила, т.е. сила тяжести, действующая на образец и испытательные салазки.

С практической точки зрения, статическое скольжение относится к силе, необходимой для приведения в движение двух покоящихся поверхностей, динамическое скольжение — это меньшая сила, необходимая для удержания поверхностей в движении после преодоления этой начальной «инерции».

Эти значения выражаются в виде отношений и не имеют единиц измерения. Обычно они указываются в виде десятичного значения от 0 до 1, например, поверхность может иметь коэффициент статического скольжения, равный 0.35 и коэффициент динамического скольжения 0,18.

 

Как измеряется коэффициент трения (COF)?

Все методы измерения коэффициента трения включают приготовление образца из двух плоских частей, образцы помещают вместе и прикладывают постоянный вес для представления нормальной силы. Одну деталь закрепляют, ко второму образцу прикладывают постепенно возрастающую силу до тех пор, пока образцы не начнут скользить друг относительно друга (Fd Max).

Как измерить трение

Испытание на трение в горизонтальной плоскости (плоская платформа)

Для измерения статического и динамического коэффициентов трения необходимо использовать прибор с неподвижной станиной.В этих приборах используется двигатель для перемещения салазок по образцу, а для измерения силы используется тензодатчик.

Первоначальные инструменты были преобразованы в тестеры на растяжение, которые использовали шнур для вытягивания образца, использование шнура теперь исключено из многих стандартов измерения трения из-за неопределенности, добавленной его собственной эластичностью, и проблем с позиционированием образца.

Компактный и усовершенствованный тестер трения от Hanatek используют механические связи для приложения силы и используют автоматическое размещение салазок для очень точного позиционирования образца с переменным временем выдержки перед испытанием.

0 comments on “Сила трения измеряется в: Ошибка 404. Страница не найдена • Онлайн-школа «Фоксфорд»

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.