Силы трения. Выполнил : Моносов Артем 10 класс Учитель – Касерес М.О

Трение. Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.

Сила трения покоя. Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону. Сила трения покоя (υ = 0).

Сила трения скольжения. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения((Fтр)max ). Если внешняя сила больше этого значения, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако, во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач. Fтр = (Fтр)max = μN. Реальная (1) и идеализированная (2) характеристики сухого трения Силы трения при скольжении (υ 0). – сила реакции опоры, – вес тела,.

Сила сопротивления (жидкого трения) (вязкого трения). При движении твердого тела в жидкости или газе возникает сила вязкого трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя. Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях Fтр ~ υ, при больших скоростях Fтр ~ υ2. При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.

Сила трения качения. Рассмотрим цилиндрический каток, покоящийся на горизонтальной плоскости. На каток действуют две взаимно уравновешивающие силы: сила тяжести mg и нормальная реакция плоскости N = –mg. Если под действием горизонтальной силы F, приложенной к центру катка С, он катится по плоскости без скольжения, то силы mg и N образуют пару сил, препятствующую качению катка. Возникновение этой пары сил обусловлено неабсолютной твёрдостью материалов катка и опорной плоскости. Под действием силы давления катка происходит деформация соприкасающихся поверхностей, и каток соприкасается с плоскостью не по линии, а по некоторой малой площадке. В этом случае обозначенная на рисунке сила реакции N является нормальной составляющей равнодействующей сил реакции, распределённых по этой площадке. Её линия действия оказывается сдвинутой в сторону движения катка на некоторое расстояние от линии действия силы mg, так что нормальная реакция плоскости N и сила тяжести катка mg образуют пару сил сопротивления качению с плечом. Момент этой пары сил называется моментом сопротивления качению. Его величина равна произведению модуля силы нормальной реакции на плечо пары, называемое коэффициентом трения качения: Мсопр = N.

Коэффициент трения качения выражается в единицах длины. Его значения (в 10–5 м) для некоторых пар материалов приведены ниже: Мягкая сталь по мягкой стали Стальной бандаж по стальному рельсу Дерево по стали –40 Дерево по дереву –60 Определим наименьшую горизонтальную силу F, приложенную к центру цилиндрического катка радиуса R, находящегося на горизонтальной плоскости, которая может вывести каток из состояния покоя. Чтобы каток начал катиться, момент силы F относительно точки опоры катка должен быть больше момента сопротивления (момент силы сцепления Fсц, приложенной в точке опоры, равен нулю), т.е. FR > N, откуда F >. Так как в рассматриваемом случае N = mg, то Это выражение показывает, что модуль силы F, приводящей цилиндрический каток в движение, обратно пропорционален радиусу катка R. (Поэтому, как правило, круглое тело катить легче, чем волочить. – Ред.) Если действие силы F прекращается, качение замедляется вплоть до полной остановки вследствие действия пары сил сопротивления. Довольно часто можно встретить в литературе (в том числе и в школьных учебниках) термин «сила трения качения». Эта величина введена по аналогии с силой трения скольжения. Объясним её появление. Пусть под действием силы F происходит качение так, что центр катка С переместился на расстояние s. Работа момента сил сопротивления M при этом равна А = М, где – угол поворота тела в радианах. В нашем случае тело вращается по часовой стрелке, а пара сил стремится развернуть тело в противоположном направлении, поэтому пара сил совершает отрицательную работу. Если центр катка переместился на расстояние s, то каток при этом повернулся на угол тогда работа, совершаемая моментом сил сопротивления: По аналогии с силой трения скольжения (тело скользит по горизонтальной поверхности, Атр= –Fскs = –fскmgs), все символы, стоящие между «минусом» и буквой s, объединяют как «силу трения качения» При этом и учащиеся, и даже учителя забывают о том, что коэффициент трения скольжения является величиной безразмерной, а коэффициент трения качения имеет размерность длины. На вопрос «Если по одной и той же поверхности тело сначала прокатить, а потом протащить, то какой из коэффициентов трения – скольжения или качения – будет больше?» редко можно получить ответ, что величины, имеющие разные размерности, сравнивать нельзя! Ведь никакому здравомыслящему человеку не придёт в голову мысль сравнивать 5 мин и 7 см.