Alterna · Физика · 2.4 — Сила трения

01

Сила трения

Почему движущееся тело останавливается?

Сила трения

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и направленная вдоль поверхностей противоположно движению.

Причина: микроскопические неровности поверхностей цепляются друг за друга.

F_тр = μ · N

где μ — коэффициент трения, N — сила реакции опоры (для горизонтальной поверхности N = mg).

Виды трения

Трение покоя — сила, препятствующая началу движения
Трение скольжения — при движении одного тела по поверхности другого
Трение качения — при качении (колесо по дороге), обычно меньше трения скольжения

⛷Сила трения — поверхность

IV-019 · выбор поверхности + угол наклона

Поверхность: Угол: 20° Масса m: 5 кг

02

Трение покоя

Почему стол не двигается, когда мы давим слабо?

Трение покоя

Трение покоя — сила, возникающая при попытке сдвинуть тело, но тело ещё покоится. Она равна приложенной силе (пока та не превышает максимальное трение покоя).

Трение покоя ≤ трение скольжения. Это трение позволяет нам ходить, машинам — двигаться.

Полезное трение

Без трения покоя мы не могли бы ходить — ноги скользили бы. Шины автомобилей держатся за дорогу именно благодаря трению покоя. Шерховатость шин увеличивает трение.

03

Трение в природе и технике

Когда трение — друг, а когда — враг.

Как уменьшить трение

Смазка (масло, grease) — заполняет неровности
Шариковые и роликовые подшипники — заменяют трение скольжения трением качения
Полировка поверхностей
Воздушная подушка (хитркоработанные суда)

Как увеличить трение

Шерховатые шины, обувь на зиму
Тормозные колодки — фрикционный материал
Наждачная бумага — для шлифовки

Это любопытно

Подшипники уменьшают трение в 20–30 раз. Первый шариковый подшипник был запатентован в 1869 году. Без подшипников колёса машин изнашивались бы за недели.

Ц

Что нужно понимать

Результат 1Объяснять физический смысл темы «Сила трения» через модель, а не только через формулу.

Результат 2Различать и корректно использовать термины: трение, трение покоя, трение скольжения.

Результат 3Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.

Т

Термины темы

Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.

трение: Взаимодействие соприкасающихся тел, препятствующее их относительному движению или его возникновению.
трение покоя: Сила трения без скольжения, подстраивающаяся до предельного значения и препятствующая началу движения.
трение скольжения: Сила, препятствующая относительному скольжению соприкасающихся поверхностей.
коэффициент трения: Безразмерный коэффициент модели сухого трения, связывающий силу трения скольжения с нормальной реакцией.
реакция опоры: Сила упругости, с которой опора действует на соприкасающееся с ней тело.

Ф

Происхождение и вывод формул

Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.

F_{\text{тр}}=\mu N

эмпирический закон

Трение скольжения. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

F_{\text{тр}}\sim N

Опыты для сухих поверхностей устанавливают приблизительную пропорциональность силы трения скольжения нормальной реакции.

\mu=\frac{F_{\text{тр}}}{N}

Безразмерный коэффициент трения μ определяют экспериментально для данной пары поверхностей.

F_{\text{тр}}=\mu N

Закон записывает модули сил; сила трения направлена против относительного скольжения.

Условия: Сухое трение скольжения твёрдых поверхностей в обычном диапазоне нагрузок и скоростей; не применяется к трению покоя как равенство и к вязкому сопротивлению. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

!

Границы модели и типичные ошибки

Ошибка: забыть условие моделиНельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Трение покоя — сила, препятствующая началу движения

Как проверить рассуждениеТрение скольжения — при движении одного тела по поверхности другого Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.

Σ

Вывод по теме

Сила трения

Трение — невидимый враг и невидимый друг. Без него мы не могли бы ходить, но оно же тормозит машины и изнашивает детали. Как управлять этой силой?

Трение покоя — сила, препятствующая началу движения
Трение скольжения — при движении одного тела по поверхности другого
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.