Знаходзім сілу трэння. Формула сілы трэння

Трэнне - з'ява, з якім мы сутыкаемся ў штодзённым жыцці пастаянна. Вызначыць, трэнне шкодна ці карысна, немагчыма. Зрабіць нават крок на слізкім лёдзе ўяўляецца цяжкім заняткам, на шурпатай паверхні асфальту прагулка дастаўляе задавальненне. Дэталі аўтамабіляў без змазкі зношваюцца значна хутчэй.

Вывучэнне трэння, веданне яго асноўных уласцівасцяў дазваляе чалавеку выкарыстоўваць яго.

Сіла трэння ў фізіцы

Сіла, якая ўзнікае пры руху або спробе руху аднаго цела па паверхні іншага, накіраваная супраць напрамкі руху, прыкладзеная да рухомых целаў, названая сілай трэння. Модуль сілы трэння, формула якой залежыць ад многіх параметраў, змяняецца ў залежнасці ад выгляду супраціву.

Адрозніваюць наступныя віды трэння:

• спакою;

• слізгацення;

• качэння.

Любая спроба зрушыць з месца цяжкі прадмет (шафа, камень) прыводзіць да напругі сіл чалавека. Пры гэтым у рух прадмет прывесці атрымліваецца не заўсёды. Перашкаджае гэтаму трэнне спакою.

стан спакою

Разліковая формула сілы трэння спакою не дазваляе вызначыць яе дастаткова дакладна. У сілу дзеянні трэцяга закона Ньютана велічыня сілы супраціву спакою залежыць ад прыкладзенага намаганні.

Пры ўзрастанні намаганні расце і сіла трэння.

0 тр.покоя _max

Трэнне спакою не дазваляе убітым ў дрэва цвікоў выпадаць; гузікі, прышытыя ніткамі, трывала ўтрымліваюцца на сваім месцы. Цікава, што крочыць чалавеку дазваляе менавіта супраціў спакою. Прычым накіравана яно па ходу руху чалавека, што супярэчыць агульнаму стану рэчаў.

з'ява слізгацення

Пры ўзрастанні знешняй сілы, рухаючай цела, да значэння найбольшай сілы трэння спакою яно прыходзіць у рух. Сіла трэння слізгання разглядаецца ў працэсе слізгацення аднаго цела па паверхні іншага. Яе значэнне залежыць ад уласцівасцяў ўзаемадзейнічаюць паверхняў і сілы слаба дзеянні на паверхню.

Разліковая формула сілы трэння слізгацення: F = μР, дзе μ-каэфіцыент прапарцыйнасці (трэння слізгання), Р - сіла слаба (нармальнага) ціску.

Адна з кіраўнікоў рухам сіл - сіла трэння слізгання, формула якой запісваецца з выкарыстаннем сілы рэакцыі апоры. Прычыны выканання трэцяга закона Ньютана сілы нармальнага ціску і рэакцыі апоры аднолькавыя па велічыні і процілеглыя па кірунку: Р = N.

Перад тым як знайсці сілу трэння, формула якой набывае іншы выгляд (F = μ N), вызначаюць сілу рэакцыі.

Каэфіцыент супраціву пры слізгаценні ўводзіцца эксперыментальна для двух якія труцца паверхняў, залежыць ад якасці іх апрацоўкі і матэрыялу.

Табліца. Значэнне каэфіцыента супраціву для розных паверхняў

Найбольшая сіла трэння спакою, формула якой была запісаная вышэй, можа быць вызначана так жа, як сіла трэння слізгання.

Гэта становіцца важным пры вырашэнні задач на вызначэнне сілы рухаючага супраціву. Да прыкладу, кніга, якую рухаюць рукой, прыціснутай зверху, слізгае пад дзеяннем сілы супраціву спакою, якая ўзнікае паміж рукой і кнігай. Велічыня супраціву залежыць ад значэння сілы слаба ціску на кнігу.

з'ява качэння

Пераход нашых продкаў ад валакушу да калясьніц лічыцца рэвалюцыйным. Вынаходніцтва колы - найвялікшая вынаходніцтва чалавецтва. Трэнне качэння, якое ўзнікае пры руху колы па паверхні, значна саступае па велічыні супраціву слізгацення.

Узнікненне сіл трэння качэння спалучана з сіламі нармальнага ціску колы на паверхню, мае прыроду, якая адрознівае яго ад слізгацення. З прычыны нязначнай дэфармацыі колы ўзнікаюць розныя па велічыні сілы ціску ў цэнтры ўтварылася пляцоўкі і па яе краях. Гэтая розніца сіл і вызначае ўзнікненне супраціву пры качэння.

Разліковая формула сілы трэння качэння звычайна бярэцца аналагічна працэсу слізгацення. Адрозненне відаць выключна ў значэннях каэфіцыента супраціву.

прырода супраціву

Пры змене шурпатасці труцца паверхняў змяняецца і значэнне сілы трэння. Пры вялікім павелічэнні дзве датыкальныя паверхні выглядаюць як няроўнасці з вострымі пікамі. Пры накладанні менавіта выступоўцамі часткамі цела датыкаюцца адзін з адным. Агульная плошча судотыку нязначная. Пры руху або спробе руху тэл «пікі» ствараюць супраціў. Велічыня сілы трэння не залежыць ад плошчы паверхняў судотыку.

Уяўляецца, што дзве ідэальна гладкія паверхні павінны не адчуваць супраціву абсалютна. На практыцы сіла трэння ў гэтым выпадку максімальная. Тлумачыцца гэта неадпаведнасць прыродай ўзнікнення сіл. Гэта электрамагнітныя сілы, якія дзейнічаюць паміж атамамі ўзаемадзейнічаюць тэл.

Механічныя працэсы, ня суправаджаюцца трэннем ў прыродзе, немагчымыя, бо магчымасці «адключыць» электрычнае узаемадзеянне зараджаных тэл няма. Незалежнасць сіл супраціву ад узаемнага размяшчэння тэл дазваляе назваць іх непотенциальными.

Цікава, што сіла трэння, формула якой змяняецца ў залежнасці ад хуткасці руху ўзаемадзейнічаюць тэл, прапарцыйная квадрату адпаведнай хуткасці. Да такой сіле ставіцца сіла глейкага супраціву ў вадкасці.

Рух у вадкасці і газе

Перасоўванне цвёрдага цела ў вадкасці або газе, вадкасці паблізу цвёрдай паверхні суправаджаецца глейкім супрацівам. Яго ўзнікненне звязваюць з узаемадзеяннем слаёў вадкасці, захапляйцеся цвёрдым целам падчас рухаў. Розная хуткасць слаёў - крыніца глейкага трэння. Асаблівасць гэтай з'явы - адсутнасць вадкага трэння спакою. Незалежна ад велічыні вонкавага ўздзеяння цела прыходзіць у рух, знаходзячыся ў вадкасці.

У залежнасці ад хуткасці перамяшчэння сіла супраціву вызначаецца хуткасцю руху, формай які рухаецца цела і глейкасцю вадкасці. Рух у вадзе і алеі аднаго і таго ж цела суправаджаецца розным па веліч супрацівам.

Для невялікіх хуткасцяў: F = kv, дзе k - каэфіцыент прапарцыйнасці, які залежыць ад лінейных памераў цела і уласцівасцяў асяроддзя, v - хуткасць цела.

Тэмпература вадкасці таксама ўплывае на трэнне ў ёй. У марознае надвор'е аўтамабіль разаграваюць для таго, каб алей нагрэлася (яго глейкасць памяншаецца) і спрыяла памяншэння разбурэння датыкальных дэталяў рухавіка.

Павелічэнне хуткасці руху

Значнае павелічэнне хуткасці цела можа выклікаць з'яўленне турбулентных патокаў, пры гэтым супраціў рэзка ўзрастае. Значэнне маюць: квадрат хуткасці руху, шчыльнасць асяроддзя і плошча паверхні цела. Формула сілы трэння набывае іншы выгляд:

F = kv ^2, дзе k - каэфіцыент прапарцыйнасці, які залежыць ад формы цела і уласцівасцяў асяроддзя, v - хуткасць цела.

Калі целе надаць абцякальную форму, турбулентнасць можна паменшыць. Форма цела дэльфінаў і кітоў - выдатны прыклад законаў прыроды, якія ўплываюць на хуткасць жывёл.

энергетычны падыход

Здзейсніць працу па перамяшчэнню цела перашкаджае супраціў асяроддзя. Пры выкарыстанні закона захавання энергіі кажуць, што змяненне механічнай энергіі роўна працы сіл трэння.

Праца сілы разлічваецца па формуле: A = Fscosα, дзе F - сіла, пад дзеяннем якой цела перамяшчаецца на адлегласць s, α - кут паміж напрамкамі сілы і перамяшчэння.

Відавочна, што сіла супраціву процілеглая перамяшчэнню цела, адкуль cosα = -1. Праца сілы трэння, формула якой мае выгляд A _тр = - Fs, велічыня адмоўная. Пры гэтым механічная энергія ператвараецца ва ўнутраную (дэфармацыя, награванне).