Формула коэффициента трения в физике

Содержание
  1. Закон силы трения: объясняем сложную тему простыми словами
  2. Определение силы трения
  3. Откуда берётся трение
  4. Виды силы трения
  5. Сила трения покоя
  6. Сила трения скольжения
  7. Как рассчитать и измерить силу трения
  8. Сила трения качения
  9. Направление силы трения
  10. Подведём итоги
  11. Сила трения: вывод формулы силы трения через массу
  12. Основная формула силы трения
  13. Коротко о типах трения
  14. Формула коэффициента пропорциональности μ
  15. Видео
  16. Сила трения
  17. теория по физике 🧲 динамика
  18. Трение скольжения
  19. Трение покоя
  20. Описание движения тел с учетом сил трения
  21. Движение тела по горизонтальной плоскости
  22. Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
  23. Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
  24. Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх)
  25. Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз)
  26. Движение тела по вертикальной плоскости
  27. Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают
  28. Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали
  29. Движение тела по наклонной плоскости
  30. Движение вниз без трения
  31. Тело покоится на наклонной плоскости
  32. Тело удерживают на наклонной плоскости
  33. Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения
  34. Равномерное движение вверх с учетом силы трения

Закон силы трения: объясняем сложную тему простыми словами

Почему звучит скрипка, когда по струнам проводят смычком? Почему на мокрой дороге автомобилю сложнее затормозить? Вы стоите на абсолютно гладкой поверхности ледяного озера. Как сдвинуться с места? Как снять тесное кольцо с пальца? Ответы на все эти вопросы можно получить, подробно изучив такую важную тему, как закон силы трения.

5ae47db9e8c2bb9e584b8208 wall clock

Определение силы трения

Когда мы говорим «абсолютно гладкая поверхность» — это значит, что между ней и телом нет трения. Такая ситуация в реальной жизни практически невозможна. Избавиться от трения полностью невероятно трудно.

Чаще при слове «трение» нам приходит в голову его «тёмная» сторона — из-за трения скрипят и прекращают качаться качели, изнашиваются детали машин. Но представьте, что вы стоите на идеально гладкой поверхности, и вам надо идти или бежать. Вот тут трение бы, несомненно, пригодилось. Без него вы не сможете сделать ни шагу, ведь между ботинком и поверхностью нет сцепления, и вам не от чего оттолкнуться, чтобы двигаться вперёд.

Трение — это взаимодействие, которое возникает в плоскости контакта поверхностей соприкасающихся тел.
Сила трения — это величина, которая характеризует это взаимодействие по величине и направлению.

Основная особенность: сила трения приложена к обоим телам, поверхности которых соприкасаются, и направлена в сторону, противоположную мгновенной скорости движения тел друг относительно друга. Поэтому тела, свободно скользящие по какой-либо горизонтальной поверхности, в конце концов остановятся. Чтобы тело двигалось по горизонтальной поверхности без торможения, к нему надо прикладывать усилие, противоположное и хотя бы равное силе трения. В этом заключается суть силы трения.

Откуда берётся трение

Трение возникает по двум причинам:

5f205f37cba78944560247e6 gfGL6WYwONMPYT9BZxP7OjqoX4ddePLKq5QfArR1ExtYQ0ldfRLz jAHMSLxXei8hM

Виды силы трения

В зависимости от вида трущихся поверхностей, различают сухое и вязкое трение. В свою очередь, оба подразделяются на другие виды силы трения.

5f205f37e6a601ea56205e95 3mXWyGTCO5G2CLg egeCNV6iaDex p9 QpqLtmzH0i6VQkOQ0QBudA3QmSW2soWinsZBJ1gjoTI tAaC2DPsBPBmbZ3B8jha6UZndVqexVA 3Z Qye1U8zfaQeKQ ZN tYFwSQBK

Сила трения покоя

Рассмотрим силу трения покоя подробнее.

5f205f37d2e40064d829ecf6 F6OCCPDWppYXSjyEDYyF9SHcEbKoSBzCK2HLRxuWsd djrFI7OTY nVyeW I 46flMjjd30NL09Cv8aBKoxXUAnWVFd69BZLI5frI8bCXDBRX582F1Tt0qcFojyBMznJ0st1Q

Обычная ситуация: на кухне имеется холодильник, его нужно переставить на другое место.

Когда никто не пытается двигать холодильник, стоящий на горизонтальном полу, трения между ним и полом нет. Но как только его начинают толкать, коварная сила трения покоя тут же возникает и полностью компенсирует усилие. Причина её возникновения — те самые неровности соприкасающихся поверхностей, которые деформируясь, препятствуют движению холодильника. Поднатужились, увеличили силу, приложенную к холодильнику, но он не поддался и остался на месте. Это означает, что сила трения покоя возрастает вместе с увеличением внешнего воздействия, оставаясь равной по модулю приложенной силе, ведь увеличиваются деформации неровностей.

Пока силы равны, холодильник остаётся на месте:

5f20673bb19b6a64c9243c97 %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 5

Сила трения, которая действует между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению движения, называется силой трения покоя

60b7631e33792aeb8f8f2962 podtyani shkolnyi predmet

Сила трения скольжения

Что же делать с холодильником и можно ли победить силу трения покоя? Не будет же она расти до бесконечности?

Зовём на помощь друга, и вдвоём уже удаётся передвинуть холодильник. Получается, чтобы тело двигалось, нужно приложить силу, большую, чем самая большая сила трения покоя:

5f2067a9069a16817389b67e %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 6

Теперь на движущийся холодильник действует сила трения скольжения. Она возникает при относительном движении контактирующих твёрдых тел.

Итак, сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения — Fтр. пок. макс И если приложенная сила больше, чем Fтр. пок. макс, то у холодильника появляется шанс сдвинуться с места.

Теперь, после начала движения, можно прекратить наращивать усилие и ещё одного друга можно не звать. Чтобы холодильник продолжал двигаться равномерно, достаточно прикладывать силу, равную силе трения скольжения:

5f206815f80cb4205fb28366 %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 7

5f205f37b0282e1a4d9969b6 G651qHbto7dTDp8VzxXb9KiAEXOnEIlN48Y1elxrkwS3sWRarBzvbOcWtqDsi9VMvhP1OL

Как рассчитать и измерить силу трения

Чтобы понять, как измеряется сила трения, нужно понять, какие факторы влияют на величину силы трения. Почему так трудно двигать холодильник?

5f205f371ce592eec8ee128e mrBvZ3oQtRAzhQZmgXERWZ4x2fm A0pSJco0WxVQl2ApB4DShTYs1CALiOsN6O2aUNwYafcONMfcBdZ VFMPqKnNZ0UJhvfej 62GWuKfdl9KiaB 2VH tsQBqOqENkgSd4pH2j

Самое очевидное — его масса играет первостепенную роль. Можно вытащить из него все продукты и тем самым уменьшить его массу, и, следовательно, силу давления холодильника на опору (пол). Пустой холодильник сдвинуть с места гораздо легче!
Следовательно, чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Опора действует на тело с точно такой же силой, что и тело на опору, только направленной в противоположную сторону.

Сила реакции опоры обозначается N. Можно сделать вывод

5f2303f4abeaf9006b8c0234 5f2062244e26cd496cfd94e3 %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 1

Второй фактор, влияющий на величину силы трения, — материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей. Так, двигать холодильник по бетонному полу гораздо тяжелее, чем по ламинату. Зависимость силы трения от рода и качества обработки материала обеих соприкасающихся поверхностей выражают через коэффициент трения.

Коэффициент трения обозначается буквой μ (греческая буква «мю»). Коэффициент определяется отношением силы трения к силе нормального давления.

5f23039a3b51090cfb05a79c 5f2062e8dbb7bb70c0938fe2 %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 2

Он чаще всего попадает в интервал от нуля до единицы, не имеет размерности и определяется экспериментально.

Можно предположить, что сила трения зависит также от площади соприкасающихся поверхностей. Однако, положив холодильник набок, мы не облегчим себе задачу.

Ещё Леонардо да Винчи экспериментально доказал, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при прочих равных условиях.

Сила трения скольжения, возникающая при контакте твёрдого тела с поверхностью другого твёрдого тела прямо пропорциональна силе нормального давления и не зависит от площади контакта.

Этот факт отражён в законе Амонтона-Кулона, который можно записать формулой:

5f2063806bbab204ce023404 %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 3

где μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Для тела, движущегося по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры по модулю равна весу тела:

5f2063e562fa0b27ce97f49b %D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%8B %D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD %D0%B3%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0 4

Сила трения качения

5f205f37de0d27a5af0ba60f gPbbtHHnFcl Ga7pgQd0pAZ2ZDpljYGD kvBp3VqDhAbvaMWkT0loV5CdmehDTZeswtJMzk1HWGGiQp25bpQgdZp7IyAmfdIgKXi

Ещё древние строители заметили, что если тяжёлый предмет водрузить на колёсики, то сдвинуть с места и затем катить его будет гораздо легче, чем тянуть волоком. Вот бы пригодилась эта древняя мудрость, когда мы тянули холодильник! Однако всё равно нужно толкать или тянуть тело, чтобы оно не остановилось. Значит, на него действует сила трения качения. Это сила сопротивления движению при перекатывании одного тела по поверхности другого.

Причина трения качения — деформация катка и опорной поверхности. Сила трения качения может быть в сотни раз меньше силы трения скольжения при той же силе давления на поверхность. Примерами уменьшения силы трения за счёт подмены трения скольжения на трение качения служат такие приспособления, как подшипники, колёсики у чемоданов и сумок, ролики на прокатных станах.

Направление силы трения

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно скорости относительного движения соприкасающихся тел. Важно помнить, что на каждое из соприкасающихся тел действует своя сила трения.

5f205f37d0fbb66f05b602de us6lyEjLP6L2XLBPnykckdECsOGv31QjVEcobasbEIGxBBYnyuZcefI A8ve4ifB wbgz10 SzZXo3lVS3FBio5vhtMCOuN7mVkmlW710Al

Бывают ситуации, когда сила трения не препятствует движению, а совсем наоборот.

Представьте, что на ленте транспортёра лежит чемодан. Лента трогается с места, и чемодан движется вместе с ней. Сила трения между лентой и чемоданом оказалась достаточной, чтобы преодолеть инерцию чемодана, и эти тела движутся как одно целое. На чемодан действует сила трения покоя, возникающая при взаимодействии соприкасающихся поверхностей, которая направлена по ходу движения ленты транспортёра.

Если бы лента была абсолютно гладкой, то чемодан начал бы скользить по ней, стремясь сохранить своё состояние покоя. Напомним, что это явление называется инерцией.

5f205f384e26cd5001fc3d78 68hFEmfUsRdtPdbbioquJV9SfG9C4Vd3SgDyyC3iIFsFx7UGsuB58P79MNgwnlyUQRFyl9bQRq7ejq4IVLBFI8fkf7X8H EEEPEToYDygA2jb2o VtZeBSrqvG0l h8yZg6eUS1A

Сила трения покоя, помогающая нам ходить и бегать, также направлена не против движения, а вперёд по ходу перемещения. При повороте же автомобиля сила трения покоя и вовсе направлена к центру окружности.

Для того чтобы понять, как направлена сила трения покоя, нужно предположить, в каком направлении стало бы двигаться тело, будь поверхность идеально гладкой. Сила трения покоя в этом случае будет направлена как раз в противоположную сторону. Пример, лестница у стены.

Подведём итоги

5f2300b108d5f175623bbc8a %D0%91%D0%B5%D0%B7%D1%8B%D0%BC%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20210

Источник

Сила трения: вывод формулы силы трения через массу

Одной из наиболее интересных тем школьной программы по физике является «сила трения». Она достаточно доступна в понимании учащихся и быстро поддается осмыслению, так как её наличие можно проверить, не отходя от парты.

Стоит начать с определения самого понятия. Сила трения — есть итог сопротивления движению физических тел. Иными словами, она появляется, когда происходит относительное перемещение между взаимодействующими телами.

Различают по его области:

Основная формула силы трения

Ввиду отсутствия в природе абсолютно твердых тел сила трения существует постоянно, и его наличие разъясняют действием даже микроскопически шероховатых поверхностей между собой. Результат при умножении силы реакции опоры на коэффициент трения есть:

В СИ (международная система единиц) измеряется F тр. в Ньютонах (Н).

Нужно знать, что противоположно ходу движения направлена F тр., а N против силы тяжести и перпендикулярно поверхности. Безразмерная величина k не зависит от площади соприкасания тел, а зависит от степени шероховатости и типа материалов трущихся тел.

Необходимо иметь полное представление о физических величинах, участвующих в основной формуле. В первую очередь, F тр. это векторная величина, то есть она имеет направление. Следовательно, нужно знать направление и точку ее приложения. Приложена она в области соприкосновения поверхностей, а направлена против движения объекта.

Из названия нормальной реакции опоры понятно, что она показывает реакцию самой опоры, а возникает на молекулярном уровне. Направлена против силы, с которой предмет давит на поверхность.

Коэффициент пропорциональности k является связующим звеном между F тр. и силой нормальной реакции. Если k соответствует наибольшей F тр. пок., то в большинстве своих случаев он больше коэффициента скольжения.

opredelit formule silu treniya

Коротко о типах трения

Отличают такие разновидности, как:

В названии «сила трения качения» скрыта суть самого явления. Она намного меньше трения скольжения и возникает во время качения одного тела по-другому, скорости их соприкосновения в точках касания одинаковы по направлению и значению.

Типы трения скольжения различают по физике взаимодействия:

Формула выглядит следующим образом:

Использовались такие физические величины, как, μ — коэффициент трения скольжения, N — сила реакции опоры.

Также можно вывести формулу через массу:

где N = mg, g — свободного падения.

opredelit silu treniya

Формула коэффициента пропорциональности μ

В формуле, описывающей процесс приложения F тр. к любому телу, принимает участие коэффициент пропорциональности. Он выражается исключительно числами и почти при любых обстоятельствах меньше единицы. Это величина, зависящая от материала взаимодействующих объектов и от степени обработки их поверхностей.

Данную формулу можно вывести через массу и ускорение свободного падения:

μ =Fmg, где замена N происходит ранее описанным способом.

Трение повинуется третьему закону Ньютона, так как является разновидностью взаимодействия. А конкретно, если F тр. действует на один из объектов, то такая же в точности сила по модулю, но устремленная противоположно оказывает воздействие и на второе тело. Все силы противодействия возникают как результат молекулярного и атомного взаимодействия трущихся тел.

В заключение приведены слова Шарля Гийом (1861−1938): «Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиною с каменную глыбу или малы, как песчинка, никогда не удержатся одно на другом: все будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкому».

sila treniya fizike

Видео

Это видео поможет вам понять, что такое сила трения.

Источник

Сила трения

теория по физике 🧲 динамика

Трение — вариант взаимодействия двух тел. Оно возникает при движении одного тела по поверхности другого. При этом тела действуют друг на друга с силой, которая называется силой трения. Сила трения имеет электромагнитную природу.

Сила трения — сила, возникающая между телами при их движении или при попытке их сдвинуть. Обозначается как F тр. Единица измерения — Н (Ньютон).

Трение бывает сухим и жидким. В школьном курсе физике изучается сухое трение.

Виды сухого трения:

Трение скольжения

word image 377

Сила трения скольжения определяется формулой:

word image 378

μ — коэффициент трения, N — сила реакции опоры, Fдавл. — сила нормального давления

Сила реакции опоры и сила нормального давления — равные по модулю, но противоположные по направлению силы. Если тело не перемещается с ускорением относительно оси ОУ, модули силы реакции опоры и силы нормального давления равны модулю силы тяжести, действующей на это тело.

Силу трения скольжения зависит от степени неровности (шероховатости) поверхности. Поэтому ее можно легко менять.

Чтобы увеличить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность тела более шероховатой. Так, чтобы зимой автомобили не скользили по голому льду, автомобилисты используют зимние шины. От летних они отличаются глубоким протектором и наличием шипов, создающих дополнительную неровность.

Чтобы уменьшить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность более ровной. Ее можно отшлифовать или смазать. Так, чтобы лыжи скользили по снегу лучше, их смазывают специальными мазями или парафинами.

Пример №1. Конькобежец массой 70 кг скользит по льду. Какова сила трения, действующая на конькобежца, если коэффициент трения скольжения коньков по льду равен 0,002?

Сила реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на конькобежца. Отсюда:

word image 379

Трение покоя

Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя противоположно направлено приложенной к телу силе (в сторону возможного движения).

Сила трения покоя всегда больше нуля, но всегда меньше силы трения скольжения:

Способы определения вида силы трения, возникающей между телами, и ее модуля:

word image 381

Сила, приложенная к ящику, меньше силы трения скольжения. Значит, между ящиком и полом возникает сила трения покоя. Модуль силы трения покоя равен модулю приложенной силы:

Описание движения тел с учетом сил трения

Движение тела по горизонтальной плоскости

Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости

word image 382 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Проекция на ось ОХ:

Проекция на ось ОУ:

Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости

word image 383 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Проекция на ось ОХ:

Проекция на ось ОУ:

Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх)

word image 384 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Проекция на ось ОХ:

Проекция на ось ОУ:

Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз)

word image 385 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Проекция на ось ОХ:

Проекция на ось ОУ:

Внимание! В случаях, когда сила тяги F т направлена под углом к плоскости движения, сила реакции опоры не равна силе тяжести: N ≠ mg.

Пример №3. Брусок массой 1 кг движется равноускоренно по горизонтальной поверхности под действием силы 10 Н, как показано на рисунке. Коэффициент трения скольжения равен 0,4, а угол наклона α — 30 градусов. Чему равен модуль силы трения? word image 386Сила трения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры:

Проекция сил на ось ОУ выглядит так:

Отсюда силы реакции опоры равна:

Подставим ее в формулу для вычисления силы трения и получим:

Движение тела по вертикальной плоскости

Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают

word image 387 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Проекция на ось ОХ:

Проекция на ось ОУ:

Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали

word image 388 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Проекция на ось ОХ:

Проекция на ось ОУ:

Пример №4. Груз массой 50 кг удерживают на вертикальной плоскости, коэффициент трения которой равен 0,4. Определить, какую силу нужно приложить, чтобы груз оставался в состоянии покоя. Проекция на ось ОХ:

Отсюда следует, что сила должна быть равна силе реакции опоры. Проекция на ось ОУ:

Перепишем, выразив силу трения через силу реакции опоры:

Отсюда выразим силу реакции опоры: word image 389Следовательно: word image 390

Движение тела по наклонной плоскости

Движение вниз без трения

word image 391 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Тело покоится на наклонной плоскости

word image 392 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Тело удерживают на наклонной плоскости

word image 393 Второй закон Ньютона в векторной форме:

m g + N + F + F тр = m a

Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения

word image 394 Второй закон Ньютона в векторной форме:

Равномерное движение вверх с учетом силы трения

word image 395 Второй закон Ньютона в векторной форме:

m g + N + F + F тр = m a

Пример №5. Брусок массой 200 г покоится на наклонной плоскости. Коэффициент трения между поверхностью бруска и плоскостью равен 0,6. Определите величину силы трения, если угол наклона плоскости к горизонту равен 30 градусам. word image 396Переведем массу в килограммы: 200 г = 0,2 кг. Проекция сил, действующих на тело, на ось ОХ:

Отсюда сила трения равна:

Подставляем известные данные и вычисляем:

Полезная информация word image 30

Косинус угла наклона word image 31
Синус угла наклона (уклон) word image 32
Тангенс угла наклона word image 33

При исследовании зависимости силы трения скольжения F тр от силы нормального давления F д были получены следующие данные:

Источник

Комфорт
Adblock
detector