Основные виды силы трения

Виды сил трения: сравнительная характеристика и примеры

Сила трения представляет собой некую физическую величину, которая препятствует любому движению тела. Она возникает, как правило, при движении тел в твердом, жидком и газообразном веществе. Различные виды сил трения играют важную роль в жизни человека, поскольку они препятствуют чрезмерному увеличению скорости движения тел.

Трение в механизмах. Законы, виды трения

Трением называется сопротивление относительному перемещению соприкасающихся и взаимодействующих тел, возникающее в зоне их контакта.

Вектор силы трения, лежит в касательной плоскости к трущимся поверхностям и направлен против скорости относительного движения.

Сила трения покоя имеет место до начала движения при действии сдвигающей силы. Величина неполной силы трения покоя равна приложенной сдвигающей силе; величина полной силы трения равна предельному значению сдвигающей силы, при котором может начаться относительное движение тел.

Сила трения движения возникает при относительном движении тел. Ее величина не зависит от движущей силы, превышение которой над силой трения вызывает ускорение движения тела.

Величины силы трения движения и предельной силы трения покоя при скольжении зависят от следующих факторов:

  • а) нормальной силы;
  • б) удельного давления на трущихся поверхностях;
  • в) скорости относительного движения;
  • г) материалов трущихся тел;
  • д) гладкости трущихся поверхностей;
  • е) смазки и загрязнения трущихся поверхностей.

Величина силы трения качения кроме перечисленных факторов зависит еще от радиусов кривизны поверхностей в месте их соприкосновения.

Виды трения и формулы для расчета их сил. Примеры

Любой контакт между двумя телами приводит к появлению силы трения. При этом не важно, в каком агрегатном состоянии вещества находятся тела, движутся они относительно друг друга или покоятся. В данной статье кратко рассмотрим, какие виды трения существуют в природе и технике.

Что такое сила трения, формулы

Трение происходит из-за мелких неровностей на поверхности контактирующих тел, а также благодаря их взаимодействию на молекулярном уровне. Сила трения взаимосвязана с силой прижатия объектов и вещества, из которого они состоят.

Сила трения качения – формула, свойства и примеры расчетов

Сила трения качения

Во время перекатывания тел возникает их взаимодействие. Описывается оно силой трения качения. Её существование возможно только при контакте поверхностей. При этом наряду с качением возникают силы покоя и скольжения. Объект, катящийся по другому телу, испытывает только трение, вызванное качением. По сравнению с другими силами оно небольшое, но при этом помогает осуществлять перемещение.

С физической точки зрения, трение представляет собой вектор, направление которого совпадает с линией, проходящей вдоль касательной трущихся поверхностей. Сила, измеряемая относительно перемещения соприкасающихся тел, называется внешней, а возникающая в области одного объекта, например, газа — внутренней.

Трение зависит от поверхности тел. Оно может быть сухим или вязким. В единицах СИ сила измеряется в ньютонах: [P]=H. Существует такое понятие, как адгезия, то есть способность тел «прилипать» друг к другу. Зависит она от шероховатости. Чем этот параметр больше, тем больше нужно затратить энергии для смещения поверхностей, но в то же время её затраты будут меньше для полного торможения.

Таким образом, трение может приносить как пользу, так и вред. С одной стороны, при работе за счёт силы происходит износ поверхностей, а с другой — выполняется торможение. Для уменьшения эффекта существуют несколько способов изменить трение: сгладить поверхности, сменить смазку, заменить скольжение качением.

Формула для определения силы трения качения

Вычисление силы выполняют по формуле: F = k * N. Здесь:

  • F — сила;
  • K — коэффициент;
  • N — реакция опоры.

Приложенное сопротивление направлено в противоположную сторону движения, при этом реакция силы опоры происходит перпендикулярно площади соприкосновения. Коэффициент является безразмерной величиной и не зависит от размера контакта. Если энергия движения совпадает по величине с трением, тело движется равномерно по прямой. Если же движущая сила будет меньше, объект остановится.

Основная формула силы трения учитывает различные моменты, оказывающие влияние на перемещение. Но при этом, если при соприкосновении с вращением не будет проскальзывания, формула изменится. В ней главную роль будет играть прижимающее давление.

Классификация сил трения

В общем случае все виды сил трения описываются тремя типами: сила трения скольжения, качения и покоя. Первая является статической, две другие – динамические. Трение в покое препятствует началу движения тела, в свою очередь при скольжении трение существует, когда тело при своем движении трется о поверхность другого тела. Трение при качении возникает при перемещении круглого объекта. Приведем пример. Ярким примером вида (силы трения качения) является движение колес автомобиля по асфальту.

Сила трения покоя

Природа возникновения сил трения заключается в существовании микроскопических несовершенств между трущимися поверхностями двух тел. По этой причине результирующая сила, действующая на движущийся или начинающий движение объект, состоит из суммы силы нормальной реакции опоры N, которая направлена перпендикулярно к поверхности контактирующих тел, и из силы трения F. Последняя направлена параллельно поверхности соприкосновения и противоположна движению тела.

Какие виды трения между твердыми телами бывают

Проявление трения скольжения

В данной статье рассмотрим только примеры сил трения, которые действуют между твердыми объектами, имеющими физический контакт друг с другом.

Одним из важных видов трения является трение покоя. Исходя из самого названия, можно предположить, что оно проявляется, когда одно тело на поверхности другого покоится. Каждый знает, чтобы с места сдвинуть какой-нибудь тяжелый предмет, необходимо приложить некоторую внешнюю силу, направленную вдоль поверхности контакта этого предмета и поверхности, на которой он стоит. Противодействие этой силе оказывает сила трения покоя. Действует она между поверхностями соприкосновения тел. Трение покоя возникает из-за наличия шероховатости на касающихся поверхностях, какими бы гладкими они ни являлись.

Второй вид трения, который мы рассмотрим, это трение скольжения. Возникает оно также по причине упомянутой шероховатости, когда тела начинают движение относительно друг друга с помощью скольжения. Направление и точка приложения силы трения скольжения являются точно такими же, как для трения покоя. Единственным отличием между этими силами является то, что сила скольжения всегда меньше, чем сила покоя.

Третьим видом трения, который играет не меньшую роль в технике, чем первые два, является трение качения. Как говорит его название, появляется оно, когда одно тело катится по поверхности другого. Причина трения качения заключается в гистерезисе деформации, который приводит к “распылению” кинетической энергии катящегося тела. В ряде практических случаев эта сила трения в 10-100 и более раз меньше, чем предыдущие рассмотренные виды трения.

Все виды сил трения прямо пропорциональны силе реакции опоры, с которой последняя действует на рассматриваемое тело.

Типы трения

Карбонатная жесткость воды: определение, понятие жесткой и мягкой воды, химические и физические свойства, единицы измерения и способы устранения проблемы Вам будет интересно: Карбонатная жесткость воды: определение, понятие жесткой и мягкой воды, химические и физические свойства, единицы измерения и способы устранения проблемы

Существуют различные типы трения:

  • Лезвие конька, движущееся по льду, является примером скольжения. Когда фигурист двигается по катку, нижняя часть коньков касаются пола. Источником трения является контакт между поверхностью лезвия и льдом. Вес объекта и тип поверхности, по которой он перемещается, определяют величину скольжения (трения) между двумя объектами. Тяжелый предмет оказывает большее давление на поверхность, над которой он скользит, поэтому трение скольжения будет больше. Поскольку трение возникает из-за сил притяжения между поверхностями объектов, его количество зависит от материалов этих двух взаимодействующих объектов. Попробуйте кататься на коньках по гладкому озеру, и вам будет намного легче, чем кататься по грубой гравийной дороге!

Физико-механические свойства горных пород. Виды и классификация горных пород Вам будет интересно: Физико-механические свойства горных пород. Виды и классификация горных пород

  • Трение покоя (сцепления) – сила, которая возникает между 2 контактирующими телами и препятствует появлению движения. Например, чтобы сдвинуть с места шкаф, забить гвоздь или завязать шнурки, нужно преодолеть силу сцепления. Подобных примеров трения в природе и технике существует масса.
  • Когда вы катаетесь на велосипеде, контакт между колесом и дорогой является примером трения качения. Когда объект катится по поверхности, сила, необходимая для преодоления трения качения, намного меньше, чем требуется для преодоления скольжения.

Что такое эндосперм. Характеристика, особенности формирования и функции эндосперма. Вам будет интересно: Что такое эндосперм. Характеристика, особенности формирования и функции эндосперма.

Трение покоя

Для многих может быть странной мысль, что трение тел существует даже тогда, когда они находятся в состоянии покоя относительно друг друга. Кроме того, эта сила трения является самой большой по величине силой среди остальных видов. Проявляется она тогда, когда мы пытаемся сдвинуть с места какой-либо предмет. Это может быть деревянный брусок, камень и даже колесо.

Пожар в Москве в 1812 году: история возгорания, восстановление событий, фото Вам будет интересно: Пожар в Москве в 1812 году: история возгорания, восстановление событий, фото

Причиной существования силы трения покоя является наличие неровностей на соприкасающихся поверхностях, которые механически взаимодействуют друг с другом по принципу пик-впадина.

Вычисляется сила трения покоя по следующей формуле:

Здесь N – реакция опоры, с которой на тело воздействует поверхность вдоль нормали. Параметр µt является коэффициентом трения. Он зависит от материала соприкасающихся поверхностей, качества обработки этих поверхностей, их температуры и от некоторых других факторов.

Записанная формула свидетельствует, что от площади контакта сила трения покоя не зависит. Выражение для Ft1 позволяет рассчитать так называемую максимальную силу. В ряде же практических случаев Ft1 не является максимальной. Она всегда равна по величине внешней силе, которая стремится вывести из состояния покоя тело.

Сила трения покоя

Трение покоя играет важную роль в жизни. Благодаря этому мы можем двигаться по земле, отталкиваясь от нее подошвами ног, не проскальзывая. Любые тела, которые находятся на наклонных к горизонту плоскостях, не соскальзывают с них благодаря силе Ft1.

Основные сведения

В соответствии с законом Кулона сила трения прямо пропорционально зависит от степени нормальной реакции поверхностей, что контактируют. Другими словами, процессы, сопровождающиеся силой трения, нельзя описывать только классической механикой, так как реакции, происходящие в них, довольно сложные.

Силы трения имеют электромагнитную природу. Они возникают из-за воздействий на межмолекулярном уровне.

Качение тела

Из названия силы можно сделать вывод, что сила качения возникает, когда одно тело перекатывается по поверхности другого. Например, езда с использованием колеса, работа подшипника. По сути, это явление, происходящее из-за деформации катка и опорной поверхности. При этом полагается, что тяговых и тормозных процессов нет.

Груз катить легче, чем тянуть

Из-за того, что трение качения в несколько раз меньше скольжения, оно является довольно распространённым видом перемещения. Например, груз катить легче, чем тянуть. Это происходит из-за меньшего количества контактов с поверхностью. При этом отталкиваться от твёрдого тела проще, чем от мягкого.

Для определения процесса физики используют следующее объяснение: пусть имеется тело, которое располагается на опоре. Относительно неё происходит вращение. В любой выбранный момент времени на вращающийся объект будет действовать момент сил. При этом векторная сумма их будет равняться нулю: N + P +Ro = 0. Действующий момент состоит из внешней силы (P), прижимной (N) и реакции опоры (Ro).

Если сумма векторов равняется нулю, ось симметрии находится в равномерном и прямолинейном движении или остаётся в одном положении (неподвижная). Другими словами, вектор силы трения качения противодействует перемещению. Следовательно, прижимной момент уравновешивается реакцией опоры, а, точнее, её вертикальной составляющей. Внешняя же сила находится в равновесии с горизонтальной составляющей.

Равномерность обозначает, что воздействующие моменты компенсируют друг друга. А значит, формула для описания процесса будет выглядеть как Ft * R = N * f, где Ft — сила трения качения. Из этой формулы можно найти силу: Ft = f * N /R. Рассматриваемое воздействие прямо пропорционально произведению коэффициента трения и прижимной силы, обратно пропорционально радиусу катящегося тела. Фактически это и есть определение трения качения.

Правильность формулы подтверждают различные экспериментальные измерения. Действительно, при малой скорости качения процесс не зависит от неё. Когда же скорость возрастает до величин сопоставимых с деформацией в опоре, сопротивление движению становится пропорциональным её росту и влияние оказывает уже скольжение.

Кинетическое трение

Когда вы толкнули книгу на столе и она переместилась на определенное расстояние, то она испытала трение, воздействующее на движущиеся объекты. Эта сила известна как сила кинетического трения. Она воздействует на одну поверхность другой, когда две поверхности натирают друг друга, потому что движутся одна или обе поверхности. Если вы положите дополнительные книги поверх первой книги, чтобы увеличить нормальную силу, сила кинетического трения будет увеличиваться.

Существует следующая формула: Fтрения= μFn. Сила кинетического трения равна произведению коэффициента кинетического трения и нормальной силы. Существует линейная зависимость между этими двумя силами. Коэффициент кинетического трения связывает силу трения с нормальной силой. Раз это сила, единицей для ее измерения является Ньютон.

Трение в процессе скольжения

Еще один важный вид трения для человека проявляет себя, когда одно тело скользит по поверхности другого. Возникает это трение по той же физической причине, что и трение покоя. Более того, его сила вычисляется по аналогичной формуле.

Единственная разница с предыдущей формулой заключается в использовании для трения скольжения других коэффициентов µk. Коэффициенты µk всегда меньше аналогичных параметров для трения покоя для одной и той же пары трущихся поверхностей. На практике этот факт проявляется следующим образом: постепенное увеличение внешней силы приводит к возрастанию величины Ft1 до тех пор, пока она не достигает своего максимального значения. После этого она резко падает на несколько десятков процентов до значения Ft2 и поддерживается постоянной в процессе движения тела.

Сила трения скольжения

Коэффициент µk зависит от тех же факторов, что параметр µt для трения покоя. Сила трения скольжения Ft2 от скорости перемещения тел практически не зависит. Лишь на больших скоростях становится заметно ее уменьшение.

Важность трения скольжения для жизни человека можно проследить на таких примерах, как езда на лыжах или катание на коньках. В этих случаях уменьшают коэффициент µk с помощью модификации трущихся поверхностей. Наоборот, посыпание дорог солью и песком преследует цель увеличить значения коэффициентов µk и µt.

Момент и коэффициент

Пусть имеется цилиндр, расположенный на идеальной гладкой жёсткой поверхности. Какую бы силу Q ни приложили, уравновесить её можно только противодействующей энергией. Если же такой энергии нет, под действием Q цилиндр должен катиться. Но опыты показывают совершенно другое. Например, если подойти к многотонному грузовику и попробовать его толкнуть, он не покатится. Хотя теория утверждает обратное.

Качение цилиндра по поверхности

Но здесь дело в том, что поверхность считается идеальной. В момент времени на тело, кроме Q, действует равное ей сцепление. Эти силы будут уравновешенными. В вертикальной же плоскости на тело действует нормаль (N) и противодействующая ей сила равновесия (P).

На самом деле при прикосновении тело деформируется. Образуется впадина, при этом колесо всей своей тяжестью будет опираться на крайнюю правую точку деформированной поверхности. Момент сил здесь будет следующим:

  • P — вес колеса, направленный вниз;
  • N — момент нормали противоположный P;
  • Q — импульс качения.

Перемещению препятствует равновесие пары PN. При этом плечо пары будет половиной размера, то есть возникает момент сил трения. Определяют его как эн делённое на дельту и называют моментом трения: Mтр = N * d. Эта формула совпадает по форме записи с законом Амонтона — Кулона. И там, и тут фигурирует величина опоры.

Становится очевидным, что R * Q = Mтр = P * d. Используя эту запись, можно обнаружить предельный импульс, который необходимо приложить к колесу, чтобы заставить его двигаться: Q = p d /R. При этом если колесо будет скользить, а не катиться, Q будет уже зависеть от трения: Q = P * f.

Сила качения

При сравнении двух формул видно, что d / r будет намного меньше f, поэтому качение произойдёт раньше. Это свойство как раз и используется в подшипниках. Нахождение коэффициента трения можно выполнить через момент трения качения и давление прижима: f = Mтр / N.

Он определяется следующими физическими интерпретациями:

  • f равна длине линии, соединяющей прямые, вдоль которых создаются нормаль и давление вниз;
  • для неидеализированных случаев мгновенный центр вращения сдвинут в сторону качения тела, при этом значение смещения равно коэффициенту трения.

Для мягкого дерева, катящегося по стали, коэффициент составляет 0,8 мм, стали по асфальту — 6 мм, железа по граниту — 2,1 мм. Это справочная величина, установленная экспериментально, которую не нужно вычислять самостоятельно.

Законы

Обобщая экспериментальный материал о закономерностях движения, установили следующие основные законы, касающиеся трения:

  1. Сопротивление движению скольжения между двумя телами пропорционально нормальной силе, действующей между ними.
  2. Сопротивление движению между трущимися телами не зависит от площади контакта между ними.

Для демонстрации второго закона можно привести такой пример: если взять блок и перемещать его методом скольжения по поверхности, то необходимая сила для такого перемещения будет одинакова, и когда блок лежит на поверхности своей длинной стороной, и когда он стоит торцом.

Действие силы трения

Законы, касающиеся различных видов сил трения в физике, были открыты в конце XV века Леонардом да Винчи. Затем о них забыли на долгое время, и лишь в 1699 году их заново открыл французский инженер Амонтон. С тех пор законы трения носят его имя.

Сила трения в жидкостях и газах

Такой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления — она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
Сила сопротивления среды зависит от:

Формулы, касающиеся расчета силы трения

Сила трения скольжения рассчитывается по такой формуле:
(F=mP) ,
где (m) – коэффициент трения скольжения;
(P) – сила нормального давления.

Сила трения скольжения есть определяющей силой во время движения и зависит от силы реакции опоры.

Согласно третьему закону Ньютона сила нормального движения и сила реакции опоры приравниваются между собой и имеют противоположное направление:
(P=N)
Для того, чтобы рассчитать силу трения, необходимо определить силу реакции опоры. Тогда сила трения рассчитается по следующей формуле:
(F=mN)

Максимальная величина силы трения покоя рассчитывается практически так же, как сила трения скольжения. Ее определение важно при решении задач на расчет силы движущего сопротивления. Пример её проявления, это перемещение книги, которая прижата сверху тяжёлым предметом. При этом скольжение книги осуществляется при действии силы сопротивления покоя между книгой и данным предметом, а величина сопротивления определяется силой нормального давления на книгу.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Сила трения пропорциональна скорости в квадрате, а её формула меняется в зависимости от скорости движения соприкасающихся тел. Данной силой есть сила вязкого сопротивления жидкости.

Таким образом, скорость перемещения определяет от чего зависит сила сопротивления: от скорости движения, формы движущегося тела или вязкости среды. Например, перемещение одинаковых тел в масле или воде сопровождается различным сопротивлением.

При незначительных скоростях перемещения данная сила рассчитывается так:
(F=kv)
где (k) – коэффициент пропорциональности, определяющийся размерами тела и свойствами среды;
(v) – скорость перемещения тела.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

computer

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Решение задач

При решении задач нужно помнить, что трение кручения зависит не только от свойств материалов, участвующих в движении, но и от радиуса. При этом часто областью деформации пренебрегают, так как величина смятия ничтожно мала, поэтому нахождение по формуле силы трения через массу при качении не выполняют.

Алгоритм решения примеров:

Решение задач

  1. Условия задачи изображают на рисунке. На нём показывают направление возможного перемещения до момента наступления равновесия.
  2. На чертеже рисуют момент трения противоположно движению, указывают вектор сцепления, направленный вдоль поверхности.
  3. Используя метод представления системы в виде отдельных тел, заменяют связи реакциями.
  4. Решают уравнения равновесия. Для этого проекции цилиндрических тел берут вдоль нормальной оси, а уравнение моментов составляют относительно точки соприкосновения.
  5. Изменяют направление возможного перемещения системы и движения момента качения. Находят второе условие равновесия.

Например, имеются 2 цилиндра с одинаковыми радиусами: R = 50 см. Их вес составляет соответственно 20 и 30 ньютон. Они соединены стержнем массой 40 ньютон. Первый цилиндр катится без сопротивления, а второй испытывает трение d = 2 мм. К первому кольцу приложена пара моментов, а к оси второго — нагрузка в 10 ньютон. Определить пределы изменения момента в условиях равновесия.

Для решения задачи нужно воспользоваться формулой: Мтр = N2 * d. Систему можно разбить на 3 тела. Связи заменить реакциями Fc1, N1, Fc2, N2. Внутренние связи обозначить x1, y1, x2, y2. При составлении системы нужно избегать уравнений с реакциями F. Равновесие для первого цилиндра можно определить из системы:

  • Y ц = Y1 + N1 — G1 = 0;
  • M ц = = X1 * R — M = 0.

Для второго колеса:

  • Yi = Y2 + N2 — G2 — F sin45 = 0;
  • M ц 2 = – X2 * R — M тр + F cos45 * R= 0.

Как решить задачу

Для стержня:

  • Xi = – x 1 — x 2 = 0;
  • Yi = -y — y2 — G3 = 0;
  • Ma = =x2 * AB * sin30 — Y2 * AB * cos30 — G3 (AB/2) * cos 30 = 0.

Из решения системы можно определить, что М = (√3R FR √2 — d (G3 + 2G2 + FV2)) / (R (√3+d)). Все вычисления нужно делать в метрах. Подставив значения, заданные условием, можно вычислить, что М = 3,414. Нормальные реакции будут равны: N = 36,058 Н, N2 = 61,013 Н. Аналогичные вычисления выполняют и при изменении направления возможного перемещения. В ответе должно получиться, что M = 3, 66 Нм, N1 = 35.8 Н, Т2 = 61,3 Н. Таким образом, предел будет лежать в области от 3,414 Нм до 3, 66 Нм.

Почему в покое сила трения больше таковой при скольжении?

При рассмотрении нескольких видов сил трения (покоя и скольжения) следует отметить, что статическая сила трения всегда меньше или равна произведению коэффициента трения покоя на силу реакции опоры. Коэффициент трения определяется экспериментальным путем для этих трущихся материалов и заносится в соответствующие таблицы.

Динамическая сила вычисляется точно так же, как и статическая. Только в этом случае используют коэффициент трения именно для скольжения. Трения коэффициент обычно обозначается греческой буквой μ (мю). Таким образом, общая формула для обеих сил трения имеет вид: Fтр = μ * N, где N – сила реакции опоры.

Статическая и кинетическая сила

Точно не установлена природа различия между этими видами сил трения. Однако большинство ученых полагают, что сила трения покоя больше таковой для скольжения, потому что когда тела находятся некоторое время в покое относительно друг друга, между их поверхностями могут образоваться ионные связи или микросплавления отдельных точек поверхностей. Эти факторы и вызывают увеличение статического показателя.

Примером нескольких видов силы трения и их проявления является поршень в цилиндре двигателя автомобиля, который “припаивается” к цилиндру, если двигатель долго не работает.

Измерение коэффициентов трения

От чего зависит сила трения? В природе и технике материалы, из которых сделаны поверхности, играют определенную роль. Например, представьте, что вы пытаетесь играть в баскетбол, нося носки вместо спортивной обуви. Это может значительно ухудшить ваши шансы на победу. Обувь помогает обеспечить силу, необходимую для торможения и быстрого изменения направлений во время бега по поверхности. Между вашей обувью и баскетбольной площадкой трения больше, чем между вашими носками и полированным деревянным полом.

Различные коэффициенты показывают, как легко один объект может скользить по сравнению с другим. Точные их измерения достаточно чувствительны к условиям поверхностей и определяются экспериментально. Влажные поверхности ведут себя совершенно иначе, чем сухие поверхности.

Скользящее по горизонтали тело

Получим уравнение движения для тела, которое под действием внешней силы Fв начинает перемещаться по поверхности путем скольжения. В данном случае воздействуют следующие силы на тело:

  • Fв – внешняя сила;
  • Fтр – трения сила, которая противоположна по направлению силе Fв;
  • N – сила реакции опоры, которая равна по модулю весу тела P и направлена к поверхности, то есть под прямым углом к ней.

Скольжение бруска

Учитывая направления всех сил, запишем второй закон Ньютона для этого случая движения: Fв – Fтр = m * a, где m – масса тела, a – ускорение движения. Зная, что Fтр = μ * N, N = P = m * g, где g – ускорение свободного падения, получим: Fв – μ * m * g = m * a. Откуда, выражая ускорение, с которым движется скользящее тело, получаем: a = Fв / m – μ * g.

Физика: сила трения природе и технике

Вы испытываете трение все время, и вы должны быть рады, что это возможно. Именно эта сила помогает сохранять неподвижные объекты на месте, а человеку не падать при ходьбе. Что такое трение? В природе и технике примеры можно встретить на каждом шагу. Вы можете этого не осознавать, но вы уже хорошо знакомы с этой силой. Оно происходит в направлении, противоположном движению, и из-за этого это сила, которая влияет на движение объектов.

Когда вы передвигаете коробку по полу, трение работает против коробки в направлении, противоположном движению коробки. Когда вы идете вниз по горе, трение работает против вашего движения вниз. Когда вы нажимаете на тормоз в машине и двигаетесь еще какое-то время, трение работает против вашего направления скольжения, что помогает в конечном итоге полностью остановить скольжение.

Когда два объекта “втираются” друг в друга, устанавливаются силы притяжения между молекулами объектов, вызывая трение. В природе и технике оно может происходить между практически любыми фазами материи – твердыми веществами, жидкостями и газами. Трение происходит между двумя объектами, такими как коробка и пол, но также может происходить между рыбой и водой, в которой они плавают, и предметами, падающими в воздухе. Трение из-за воздуха имеет особое название: сопротивление воздуха.

Движение твердого тела в жидкости

При рассмотрении вопроса о том, какие виды силы трения существуют, следует упомянуть важное явление в физике, которое заключается в описании того, как в жидкости движется твердое тело. В данном случае речь идет об аэродинамическом трении, которое определяется в зависимости от скорости движения тела в жидкости. Существует два вида движения:

  • Когда твердое тело движется с небольшой скоростью, говорят о ламинарном движения. Сила трения при ламинарном движении оказывается пропорциональной скорости. Примером является закон Стокса для сферических тел.
  • Когда движение тела в жидкости происходит с большей скоростью, чем некоторое пороговое значение, то вокруг тела начинают появляться завихрения из потоков жидкости. Эти завихрения создают дополнительную силу, препятствующую движению, и в итоге сила трения оказывается пропорциональной квадрату скорости.

Закон Стокса

Роль трения в природе, технике, жизни

Трение является неотъемлемой частью человеческого опыта. Нам нужна тяга, чтобы ходить, стоять, работать и ездить. В то же время нам нужна энергия, чтобы преодолеть сопротивление движению, поэтому слишком много трения требует избыточной энергии для выполнения работы, что приводит к неэффективности. В 21 веке человечество столкнулось с двойной проблемой нехватки энергии и глобального потепления от сжигания ископаемого топлива. Таким образом, способность контролировать трение стала сегодня главным приоритетом в современном мире.Тем не менее у многих понимание фундаментальной природы трения все еще отсутствует.

Трение в природе и технике (физика) всегда было предметом любопытства. Интенсивное изучение происхождения этой силы началось в 16 веке, после новаторской работы Леонардо да Винчи. Однако прогресс в понимании его природы был медленным, что затруднялось отсутствием инструмента для точного измерения. Гениальные эксперименты, выполненные ученым Кулоном и другими, дали важную информацию, чтобы заложить основу для понимания. Начиная с конца 1800-х и начала 1900-х годов появились паровые двигатели, локомотивы, а затем самолеты. Также освоение космоса требует четкого понимания трения и способности контролировать его.

Значительный прогресс в том, как применять и контролировать трение в природе технике, в быту, был сделан путем проб и ошибок. В начале 21 века появилось новое измерение нано-масштабного трения в связи с использованием нано-технологий. Человеческое понимание атомного и молекулярного трения быстро расширяется. Сегодня энергоэффективность и производство возобновляемых источников энергии требуют непосредственного внимания, в то время как наука стремится к сокращению выбросов углерода. Способность контролировать трение становится важным шагом в поиске устойчивых технологий. Именно оно является показателем энергоэффективности. Если получится уменьшить ненужные потери энергии и увеличить текущую эффективность использования энергии, это даст время для разработки альтернативных источников энергии.

Коэффициент качения

В соответствии с формулой для этого вида силы трения получаем, что коэффициент трения качения μк имеет размерность длины. Главным образом он зависит от природы контактирующих тел. Величина, которая определяется отношением коэффициента трения качения к радиусу, называется коэффициентом качения, то есть Cк = μк / R – безразмерная величина.

Подшипники качения

Коэффициент качения Cк значительно меньше коэффициента трения скольжения μтр. Поэтому при ответе на вопрос о том, при каком виде трения сила наименьшая, можно смело называть силу трения качения. Благодаря этому факту изобретение колеса считается важным шагом технического прогресса человечества.

Коэффициент качения является характеристикой конкретной системы и зависит от следующих факторов:

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий