Всегда ли сила трения препятствует движению

Сила трения

Сила трения.

Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному перемещению, называется силой трения. Направление силы трения противоположно направлению движения. Различают силу трения покоя и силу трения скольжения.

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения.

, где N — сила реакции опоры, a μ — коэффициент трения скольжения. Коэффициент μ зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем.

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно движению тела. При изменении направления скорости изменяется и направление силы трения.

Сила трения начинает действовать на тело, когда его пытаются сдвинуть с места. Если внешняя сила F меньше произведения μN, то тело не будет сдвигаться — началу движения, как принято говорить, мешает сила трения покоя. Тело начнет движение только тогда, когда внешняя сила F превысит максимальное значение, которое может иметь сила трения покоя

Трение покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.

В некоторых случаях трение полезно (без трения невозможно было бы ходить по земле человеку, животным, двигаться автомобилям, поездам и т.д.), в таких случаях трение усиливают. Но в других случаях трение вредно. Например, из-за него изнашиваются трущиеся детали механизмов, расходуется лишнее горючее на транспорте и т.д. Тогда с трением борются, применяя смазку («жидкостную или воздушную подушку») или заменяя скольжение на качение (поскольку трение качения характеризуется значительно меньшими силами, нежели трение скольжения).

Силы трения, в отличие от гравитационных сил и сил упругости, не зависят от координат относительного расположения тел, они могут зависеть от скорости относительного движения соприкасающихся тел. Силы трения являются непотенциальными силами.

Всегда ли сила трения препятствует движению

1. Когда возникает сила трения покоя?

Рассмотрим возникновение силы трения покоя на примере: на столе лежит кирпич.

Если только приложить самую малую силу F к кирпичу и попытаться сдвинуть его с места, то возникает сила трения покоя Fтр п.
Кирпич ещё не двигается, а сила трения покоя уже существует!
Сила трения покоя мешает сдвинуть кирпич с места.
При увеличения сдвигающей силы на кирпич, сила трения покоя увеличивается.

Читать еще: Чему равна молярная масса идеального газа

Сила трения покоя действует на кирпич, препятствуя началу его движения по столу.

Возникающая сила трения покоя противоположна по направлению силе, стремящейся сдвинуть тело вдоль поверхности.

Сила трения покоя равна по величине сдвигающей силе.

При некоторой большой приложенной к кирпичу силе он все-таки начинает двигаться.
В этот момент сила трения покоя максимальна.
При начале движения тела максимальная сила трения покоя переходит в силу трения скольжения.

2. От чего зависит величина силы трения покоя?

а). Возникающая сила трения покоя зависит от величины силы, пытающейся сдвинуть кирпич.
При увеличении силы, пытающейся сдвинуть кирпич, сила трения покоя тоже увеличивается.

б). Максимальная сила трения покоя зависит от массы кирпича, то есть от силы тяжести, действующей на кирпич.
Чем больше масса кирпича, тем больше максимальная сила трения покоя.

в). Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения кирпича со столом.

3. Всегда ли сила трения покоя мешает движению?

а). При ходьбе человек как бы отталкивается от земли, прилагая силу.
Возникающая при этом сила трения покоя действует на обувь в противоположном направлении, позволяя ходить по земле и не проскальзывать.

б). Аналогично при включении двигателя автомобиля возникает сила трения покоя, которая действует на колесо, и позволяет начать движение не пробуксовывая.

4. Какая сила удерживает тела на наклонной плоскости?

Когда тело находится в покое на наклонной плоскости, оно удерживается на ней силой трения покоя.
Почему?
Ведь сила трения покоя возникает только в результате действия на тело какой-нибудь силы!
На наклонной плоскости роль такой силы выполняет сила тяжести, постоянно действующая на тело,
Сила тяжести пытается столкнуть тело вниз по наклонной плоскости.
Тут-то и возникает сила трения покоя, противодействуя силе тяжести!

Соскользнет ли тело вниз, зависит от того:
– как велика его масса, а значит и сила тяжести,
– от шероховатости соприкасающихся поверхностей,
– от угла наклона плоскости.

Так соскользнет или нет?
Сможет ли в каждом конкретном случае сила тяжести стать равной максимальной силе трения покоя и сдвинуть тело с места вниз по наклонной плоскости?
Это можно рассчитать.

Читать еще: Можно ли брать землю с кладбища

5. Примеры, когда сила трения покоя приносит пользу

Поднятие грузов на наклонном ленточном транспортере. Грузы удерживаются на ленте транспортера силой трения покоя.
Сила трения покоя удерживает гвоздь, вбитый в доску, не дает развязаться банту на ленте, удерживает нитку, которой сшиты два куска ткани, и т. п.

Учебники

Журнал “Квант”

Общие

Силы трения. Коэффициент трения

Силой трения называют силу, возникающую при соприкосновении двух тел и препятствующую их относительному перемещению. Она приложена к телам вдоль поверхности соприкосновения. Трение, возникающее между поверхностями различных тел, называют внешним трением. Если трение проявляется между частями одного и того же тела, то оно называется внутренним трением.

Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки называется сухим трением.

Трение между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой тело движется, называется вязким трением.

Различают трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Сила трения покоя F_tr.p возникает между неподвижными твердыми телами, когда есть силы, действующие в направлении возможного движения тела.

Сила трения покоя всегда равна по модулю и направлена противоположно силе, параллельной поверхности соприкосновения и стремящейся при вести это тело в движение. Увеличение этой приложенной к телу внешней силы приводит к возрастанию и силы трения покоя. Сила трения покоя направлена в сторону, противоположную возможному перемещению тела (рис. 1 а, б). (

vec F_= -vec F, 0 (

Так как по третьему закону Ньютона F_d = N_r (N_r — сила нормальной реакции опоры), то F_tr.p.max = μ₀N_r. Здесь μ₀ — коэффициент трения покоя, зависящий от материала и состояния трущихся поверхностей. Сила трения покоя препятствует началу движения. Но бывают случаи, когда сила трения покоя служит причиной возникновения движения тела. Например, ходьба человека. При ходьбе сила трения покоя, действующая на подошву, сообщает нам ускорение. Подошва не скользит назад, и, значит, трение между ней и дорогой — это трение покоя.

Рассмотрим брусок, лежащий на тележке (рис. 2). На него действует сила (

Читать еще: Как проверить исправность блока питания компьютера

vec F), стремящаяся сдвинуть его с места. В противоположном направлении на брусок со стороны тележки действует сила трения покоя (

vec F_). На тележку со стороны бруска действует такая же по модулю и противоположная по направлению сила (

vec F_), приводящая к движению тележки вправо. Сила трения покоя играет принципиальную роль в движении машин. Шины ведущих колес автомобилей как бы отталкиваются от дороги, и при отсутствии пробуксовки толкающая автомобиль сила — это сила трения покоя.

Сила трения скольжения F_tr возникает при соприкосновении движущихся относительно друг друга тел и затрудняет их движение. Сила трения скольжения направлена вдоль поверхности соприкосновения в сторону, противоположную скорости движения. Сила трения скольжения (

vec F_

) прямо пропорциональна силе нормального давления:

= mu F_d Rightarrow F_

= mu N_r.)

где μ — коэффициент трения скольжения, зависящий от качества обработки поверхностей и их материала.

mu = frac>) — const для данных тел.

μ₀ ≈ μ (μ₀ несколько больше μ — сдвинуть тело с места труднее, чем продолжать его начавшееся скольжение).

Сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей тел и их положения относительно друг друга, а также от модуля скорости при небольших скоростях, но зависит от направления скорости: при изменении направления скорости изменяется и направление (

vec F_

) (рис. 3). Действие сил трения скольжения сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю.

Существование сил трения объясняется проявлением сил электромагнитного взаимодействия. Силы трения покоя вызываются в основном упругими деформациями микровыступов на поверхности трущихся тел, силы трения скольжения возникают в результате пластических деформаций микровыступов и их частичного разрушения, а также сил межмолекулярного взаимодействия в области контактов.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 36-37.

Источники:

http://www.sfiz.ru/materials/mehanika/116
http://class-fizika.ru/u7-31.html
http://www.physbook.ru/index.php/%D0%A2._%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D0%B0_%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

0 0 голоса

Рейтинг статьи