Формула нахождения коэффициента трения

Содержание
  1. Сила трения: вывод формулы силы трения через массу
  2. Основная формула силы трения
  3. Коротко о типах трения
  4. Формула коэффициента пропорциональности μ
  5. Видео
  6. Формула для расчёта коэффициента силы трения
  7. Введение
  8. Физика и наука
  9. Сила трения и как её находить
  10. Видео
  11. Сила трения
  12. теория по физике 🧲 динамика
  13. Трение скольжения
  14. Трение покоя
  15. Описание движения тел с учетом сил трения
  16. Движение тела по горизонтальной плоскости
  17. Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
  18. Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
  19. Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх)
  20. Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз)
  21. Движение тела по вертикальной плоскости
  22. Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают
  23. Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали
  24. Движение тела по наклонной плоскости
  25. Движение вниз без трения
  26. Тело покоится на наклонной плоскости
  27. Тело удерживают на наклонной плоскости
  28. Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения
  29. Равномерное движение вверх с учетом силы трения
  30. Сила трения
  31. Сила трения: величина, направление
  32. Сухое и вязкое трение
  33. Трение покоя
  34. Трение скольжения

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

Формула для расчёта коэффициента силы трения

Наш с вами мир, по своей сути, довольно сложно устроен. Практически во все времена людей интересовало устройство самого мира и отдельных его явлений, с которыми нам приходится сталкиваться чуть ли не каждый день.

Удивлял и завораживал людей мир чуть ли не с момента их появления, но тогда никто не мог объяснить множество явлений. Людям оставалось только гадать, удивляться, бояться, ну и искать защиту от всего, с чем им пришлось или придётся столкнуться.

Введение

Люди долго жили в неведении и из всего происходящего, из любого природного процесса, люди, ведомые инстинктами, либо извлекали или пытались извлечь пользу, либо опасались и прятались.

Много позже, когда люди стали куда умнее, развились и овладели элементарными навыками и, возможно, знаниями, они пытались узнать больше о том или ином явлении, пытались истолковать его по-другому, кроме как, приписывая любое дуновение ветерка к воле божьей.

По большей части изучали мир астрономы и просто одарённые, кому устройство мира было интересно. Они и положили начало развитию науки и принесли в мир первые знания, которые мы теперь используем в своих целях. Примечательно то, что сегодня, за всего один день, человек узнаёт больше, чем 200 лет тому назад, человек узнавал за всю свою жизнь.

Физика и наука

Итак, вследствие любознательности, или же любопытства людей, появилась такая сложная и в то же время интересная вещь, как наука, именно она и изучала весь наш мир, каждую его деталь. На данный момент, благодаря общим усилиям учёных у нас есть полноценные знания, заключённые в краткие формулы. Этими формулами можно объяснить практически всё что нас окружает, электричество, вода, воздух, газ, материя, перечислять можно очень долго.

Конечно же, все науки в той или иной мере связаны, и все они, безусловно, важны, от анатомии до физики, о которой сегодня и пойдёт речь. Физические явления, конечно, имеют что-то общее с другими науками, но изучают их именно в отдельности. Физика есть физика, это точная наука, выстраивать которую начали ещё задолго до нашего рождения, в то время как у неё и названия вовсе не имелось.

fizika i ee tonkosti

Сила трения и как её находить

Это понятие довольно общее, и разобраться в нём достаточно просто. Примечательно, что в то время как людям были интересны такие явления, как тот же дождь, они не имели ни малейшего представления о том, что такое сила трения, или прочие силы и законы. Ведь на такую вещь мало кто обратит внимание, она просто есть, но никто и не задумывается насколько она важна и почему.

Однако, человечество продвигалось, развивалось, и в итоге такой процесс все же был обнаружен и объяснён. Ныне сила трения известна нам как сила, возникающая при соприкосновении двух тел, которая препятствует их относительному движению.

kak naiti silu treniya po formule

Причинами возникновения силы трения является:

Сила трения зависит от:

Как находить силу трения при помощи коэффициента и силы реакции опоры?

Основной характеристикой трения можно назвать коэффициент трения МЮ обозначается (μ).

А также в физике имеется формула для расчёта силы трения, выглядит она следующим образом:

sila treniya

Наличия трения обеспечивает сцепление с поверхностью, так, при ходьбе именно за счёт трения происходит сцепление подошвы с полом, в результате чего мы отталкиваемся и движемся вперёд.

Подобным образом обеспечивается сцепление колёс транспортного средства с дорогой во время езды. Для улучшения сцепления и разрабатывается специальная резина и прочие новшества.

А к примеру, на льду мы скользим, потому что лёд менее шершавый чем какая-либо другая поверхность, и сцепление не такое плотное, как, к примеру, с асфальтом.

Вот и вся информация о силе трения и о формуле для её расчёта, зная физику, нам легче будет ориентироваться в жизни, мы сможем объяснить любой, простой и сложный процесс, и станем просто эрудированнее. Поэтому желаем удачи во всех познаниях и начинаниях, пусть сцепление со знаниями ваше будет таким же сильным, как у вашей подошвы с асфальтом.

Видео

Посмотрите интересные опыты, наглядно объясняющие, 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

Сила трения

603cdd497fb18363696613

Сила трения: величина, направление

С силой трения вы сталкиваетесь буквально каждую секунду. Каждый раз, когда вы взаимодействуете с любой поверхностью — идете по асфальту, сидите на стуле, пьете чай из чашки — на вас действует сила трения.

Трение — это и есть взаимодействие в плоскости соприкосновения двух поверхностей.

Чтобы перевести трение на язык математики, вводится понятие сила трения.

Сила трения — это величина, которая характеризует процесс трения по величине и направлению.

Измеряется сила трения, как и любая сила — в Ньютонах.

Возникает сила трения по двум причинам:

Направлена сила трения всегда против скорости тела. В этом плане все просто, но всегда есть вопрос:

603cddf83eb88680179882

В задачах часто пишут что-то вроде: «Поверхность считать идеально гладкой». Это значит, что сила трения в данной задаче отсутствует. Да, в реальной жизни это невозможно, но во имя красивой математической модели трением часто пренебрегают.

Не переживайте из-за этой несправедливости, а просто решайте задачи без трения, если увидели словосочетание «гладкая поверхность».

Сухое и вязкое трение

Есть очень большая разница между вашим соприкосновением с водой в бассейне во время плавания и соприкосновением между асфальтом и колесами вашего велосипеда.

В случае с плаванием мы имеем дело с вязким трением — явлением сопротивления при движении твердого тела в жидкости или воздухе. Самолет тоже подвергается вязкому трению и вон тот наглый голубь из вашего двора.

А вот сухое трение — это явление сопротивления при соприкосновении двух твердых тел. Например, если школьник ерзает на стуле или злодей из фильма потирает ладоши — это будет сухое трение.

Вязкое трение в школьном курсе физики не рассматривается подробно, а вот сухое — разбирают вдоль и поперек. У сухого трения также есть разновидности, давайте о них поговорим.

Трение покоя

Если вы решите сдвинуть с места грузовик, вряд ли у вас это получится. Не то, чтобы мы в вас не верим — просто это невозможно сделать из-за того, что масса человека во много раз меньше массы грузовика, да еще и сила трения мешает это сделать. Мир жесток, что тут поделать.

В случае, когда сила трения есть, но тело не двигается с места, мы имеем дело с силой трения покоя.

Сила трения покоя равна силе тяги. Например, если вы пытаетесь сдвинуть с места санки, действуя на них с силой тяги 10 Н, то сила трения будет равна 10 Н.

Сила трения покоя

Fтр = Fтяги

Fтр — сила трения скольжения [Н]

Задача

Найти силу трения покоя для тела, на которое действуют сила тяги в 4 Н.

Решение:

Тело покоится, значит

Ответ: сила трения равна 4 Н.

Трение скольжения

А теперь давайте скользить на коньках по льду. Каток достаточно гладкий, но, как мы уже выяснили, сила трения все равно будет присутствовать и вычисляться будет по формуле:

Сила трения скольжения

Fтр = μN

Fтр — сила трения скольжения [Н]

μ — коэффициент трения [-]

N — сила реакции опоры [Н]

Сила трения, которую мы получим по этой формуле будет максимально возможной — то есть больше уже никуда.

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она численно равна силе нормального давления и противоположна по направлению.

603cdedbf0908302064223

Не совсем. Сила нормального давления направлена всегда перпендикулярно поверхности (нормаль — перпендикуляр к поверхности). Вес не обязательно направлен перпендикулярно поверхности.

В рамках школьного курса вес всегда направлен перпендикулярно поверхности, поэтому силу реакции опоры можно численно приравнивать к весу.

Подробнее про вес тела читайте в нашей статье😇

Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.

Коэффициент трения — это характеристика поверхности. Он определяется экспериментально, не имеет размерности и показывает, насколько поверхность гладкая — чем больше коэффициент, тем более шероховатая поверхность. Коэффициент трения положителен и чаще всего меньше единицы.

Задача 1

Масса котика, лежащего на столе, составляет 5кг. Коэффициент трения µ=0,2. К коту прилагают внешнюю силу, равную 2,5Н. Какая сила трения при этом возникает?

Решение:

По условию данной задачи невозможно понять, двигается наш котик или нет. Решение о том, приравниваем ли мы к силе тяги силу трения, принять сразу нельзя. В таких случаях нужно все-таки рассчитать по формуле:

Так как котик лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

Мы получили максимально возможную силу трения. Внешняя сила по условию задачи меньше максимальной. Это значит, что котик находится в покое. Сила трения уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется 2,5Н.

Ответ: возникает сила трения величиной 2,5 Н

Задача 2

Барсук скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость – 20 Н.

Решение:

В данной задаче нам известно, что барсучок скользит. Значит нужно воспользоваться формулой:

Так как барсук находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе давления на плоскость: N = Fд.

Выражаем коэффициент трения:

μ = Fтр/Fд = 5/20 = 0,25

Ответ: коэффициент трения равен 0,25

Задача 3

Пудель вашей бабушки массой 5 килограмм скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если пудель сильно похудеет, и его масса уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Решение:

В данной задаче нам известно, что пудель скользит. Значит, нужно воспользоваться формулой:

Так как пудель находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

Выразим коэффициент трения:

μ = Fтр/mg = 20/5*10 = 0,4

Теперь рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза:

603cdf6f5f480370315132

Ответ: сила трения будет равна 10 Н.

Задача 4

Ученик провел эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра.

603cdfb4767ed014616536

Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.

Источник

Комфорт
Adblock
detector