Соотношение трения покоя, скольжения и качения. Примеры
Жидкое трение
Сила трения – сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел, препятствующая их относительному перемещению, направленная вдоль поверхности соприкосновения.
Сила трения, как и сила упругости, имеет электромагнитную природу
При контакте твердых тел различают три вида трения:
- трение покоя
- трение скольжения
- трение качения
Трение покоя – трение, возникающее при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел
Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположна ей по направлению
Сила трения покоя – сила трения, препятствующая движению одного тела по поверхности другого
При уменьшении внешней силы происходит микроскопическое смещение трущихся поверхностей. Оно продолжается до тех пор, пока силы притяжения между взаимодействующими атомами выступов не скомпенсируют внешнюю силу.
Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения поверхностей, а зависит от силы нормального давления F┴
(Fтр.п)max ~ S ~ F┴
По третьему закону Ньютона сила нормального давления равна по модулю силе реакции опоры N. Таким образом максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры.
Fтр.р max = μпN
μп – коэффициент трения покоя
Коэффициент трения зависит от характера поверхности и от сочетания материалов, из которых состоят соприкасающиеся поверхности.
Максимальное критическое значение силы трения покоя определяется величиной силы взаимодействия поверхностных слоев соприкасающихся тел
Трение скольжения возникает при относительном перемещении соприкасающихся тел.
Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.
Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела
Сила трения скольжения остается постоянной и несколько меньшей силы трения покоя.
Она пропорциональна силе нормального давления и, следовательно, силу реакции опоры:
Fтр = μN
μ – коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей
μ< μп
Разрыв атомных (молекулярных) связей – главное отличие механизма возникновения силы трения от механизма возникновения силы упругости. Именно поэтому сила трения скольжения зависит от относительной скорости движения соприкасающихся тел.
Трение качения возникает при качении цилиндрического или шарообразного тела без проскальзывания по плоскости или изогнутой поверхности.
Молекулярные связи при подъеме участков колеса рвутся быстрее, чем при скольжении.
Поэтому сила трения качения много меньше силы трения скольжения.
Сила трения качения пропорциональна силе реакции опоры
Fтр.кач = μкач N
μкач- коэффициент трения качения
Коэффициент трения качения много меньше коэффициента трения скольжения.
μкач< <μ
Для уменьшения сил трения в технике применяются колёса, шариковые и роликовые подшипники.
Жидкое трение возникает при движении тела в жидкости или газе.
Сила жидкого трения много меньше силы сухого трения.
В жидкости и газе нет силы трения покоя (даже самая малая сила, приложенная к телу в жидкости или газе, сообщает ему ускорение)
Сила жидкого трения зависти от направления движения, значения скорости (при небольших скоростях она пропорциональна скорости тела, а при больших – квадрату или кубу скорости).
Сила сопротивления зависит от формы тела.
Форма тела, при которой сопротивление мало называют обтекаемой формой.
Отличительной способностью жидкостей и газов является их текучесть, которая связана с малыми силами трения при относительном движении соприкасающихся слоев.
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111)
См.выше «Сила трения»
ЗАКОН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111, 115-117)
Трение скольжения Природа. Определение. Направление. Формулы
Коэффициент трения скольжения. Обозначение и единицы измерения. От чего он зависит
Зависимость силы трения скольжения от относительной скорости соприкасающихся тел (уч.10кл.стр.109 на полях) и ее отличие от силы упругости
Соотношение трения покоя, скольжения и качения. Примеры
Движение тела по горизонтальной плоскости (уч.10кл.стр.115-117)
Соскальзывание тела с наклонной плоскости (уч.10кл.стр.115-117)
См. выше «Сила трения»
Скольжение тела по горизонтальной поверхности
На рисунке видно уменьшение веса и силы трения скольжения за счет вертикальной составляющей силы, приподнимающей тело
Второй закон Ньютона в векторной форме :
Соскальзывание тела с наклонной плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:
Вес тела на наклонной опоре меньше силы тяжести.
N = P = mg cos α
Соскальзывание тела с наклонной плоскости происходит, если a > 0, т.е если коэффициент трения скольжения μ < tgα. Если μ > tgα, то тело покоится на наклонной плоскости
ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл. стр.93-95)
Сила действия и противодействия. Одинаковость природы этих сил.
Пример столкновение тел
Третий закон Ньютона. Формулировка
Пример силы реакции опоры
Пример сил действия и противодействия
Пример реактивного движения (см.ниже уч.10кл.)
Сила, сообщающая телу ускорение, является мерой внешнего воздействия на него другого тела.
Эта сила возникает при взаимодействии между телами.
Тела, как объекты взаимодействия, равноправны. Со стороны второго тела на первое так же действует сила – сила противодействия.
Силы действия и противодействия, возникающие в результате взаимодействия тел, являются силами одной природы.
Третий закон Ньютона:
«Любому действию всегда препятствует равное и противоположное противодействие»
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела.
Третий закон Ньютона справедлив для любого соотношения масс взаимодействующих тел при скоростях много меньших скорости света.
Ускорение, приобретаемое телами в результате их взаимодействия, зависит от соотношения масс этих тел.
Третий закон Ньютона связывает между собой силы, с которыми тела действуют друг на друга. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то силы, возникающие между ними приложены к разным телам, равны по величине, противоположны по направлению, действуют вдоль одной прямой, имеют одну и ту же природу.
l - плечо силы- кратчайшее расстояние от точки оси вращения до линии действия силы.
MF1 = - F1l1
Знак момента силы зависит от того какое направление вращения принято за положительное. На плоскости обычно принимают:
MF1 < 0, т.к. вызывает вращение против часовой стрелки.
MF2 > 0, т.к вызывает поворот по часовой стрелке.
Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.
Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.
Длина этого перпендикуляра и будет плечом силы.
Момент силы – произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо
M = F l
Единицы измерения Н*м Обозначение: М
За единицу момента силы принимается момент силы в 1Н, плечо которого равно 1М
Момент силы характеризует действие силы и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча.
Правило моментов:
Тело находится в равновесии, если момент сил, вращающих его по часовой стрелке, равен моменту сил, вращающих его против часовой стрелки.
М1 = М2
ДОПОЛНИТЬ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА
Равновесие – это либо состояние покоя, либо равномерное движение.
Если тело не имеет оси вращения, то условие равновесия: сумма всех сил, приложенных к телу равна нулю:
Σ= 0
Дополнительное условие равновесия тел, имеющих ось вращения: сумма моментов сил относительно оси вращения равна нулю:
Σ= 0
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.158)
Взаимодействие тел происходит в пространстве и во времени.
Временной характеристикой действие силы является произведение силы на длительность ее действия – импульс силы.
Единица импульса силы – Н*м
Импульс силы определяет изменение импульса тела.
Импульс тела – векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость.
Единица измерения – кг*м/с
Импульс системы тел – векторная сумма импульсов тел, входящих в систему.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
