Всем физический привет!
Сегодня мы познакомимся еще с одной силой, которая сопровождает нас буквально с самого рождения.
Рассмотрим следующий случай.
В классе стоит парта, и один из учеников начинает её двигать с места. Первое время она не трогается, но потом, когда ученик прикладывает еще немножко силы, наконец, начинает движение.
Пока оставим эту ситуацию как наблюдение без вывода. Для того, чтобы объяснить произошедшее нам нужно немного теории.
Для начала нарисуем схему нашего опыта. Упростим - парту рисовать не нужно, нам достаточно просто прямоугольника (как вы помните, самый популярный чертеж на уроках физики).
Мы знаем уже достаточно сил и укажем их на нашем рисунке. Прежде всего - сила тяжести (направлена вертикально вниз к центру Земли, точка приложения - центр тяжести тела). В противоположную сторону действует сила упругости (приложена к границе тела и опоры).
Вот мы и нарисовали силы, когда тело стоит на месте. Теперь разовьем ситуацию...
Что происходит?
Мы начали двигать тело, прилагая к нему некую силу F, но тело некоторое время не движется. И сопротивление в движении нам оказывает сила трения.
Сила трения всегда направлена против движения вдоль поверхности, по которой движется тело. С.т. приложена к границе тела и опоры.
Обозначается сила трения как Fтр. Если речь идет о чертеже, где направление важно, добавляется знак вектора сверху буквы.
Почему возникает сила трения?
Первой причиной возникновения С.т. является шероховатость поверхностей. Вспомните: намного проще раскрыть бумажный пакет, нежели целлофановый.
Иногда поверхности соприкасающихся тел бывают слишком гладкими, и сила трения вместо того, чтобы пропасть, наоборот возникает и еще какая... А мы знаем - чем более гладкая поверхность, тем больше мы по ней скользим. Вопрос - почему так получается? Здесь необходимо учитывать следующий факт - обе поверхности должны быть гладкими и чистыми. В таком случае возникнет сила трения, и связана она будет с взаимным притяжением молекул.
Есть у этих двух причин общее - сила трения возникает при движении одного тела по поверхности другого.
Разновидности трения
Трение бывает трех типов: трение покоя, скольжения и качения.
Вспомним историю про парту в начале статьи. Мы ее двигали, и сначала она не трогалась с места. Потом "поползла"... Незаметно для самих себя мы стали свидетелями проявления силы трения в двух лицах.
Пока парта стояла на месте, на нее было трение покоя. Название говорит само за себя. Трение покоя существует пока тело имеет скорость равную 0.
Далее тело начало двигаться под действием силы, и возникло трение скольжения. Когда наступил этот долгожданный момент появления С.т.с.? Как только сила тяги стала больше силы трения покоя, появилось трение скольжения.
Третий тип силы трения тоже возможен в нашем эксперименте. Например, если поставить нашу парту на четыре скейтборда или мебельные колесики. Тогда речь пойдет о трении качения.
Самое сильное трение - трение покоя, самое слабое - трение качения:
Также существует следующий из силы трения скольжения тип - вязкое или жидкое трение. В таком трении помимо трущихся поверхностей есть жидкость (смазка), которая существенно уменьшает трение. Например, в механизмах или различного рода двигателях смазка очень важна (вспомнить хотя бы раздражающую заржавелую скрипучую дверь).
Отмечу, что чем больше вес тела (сила, с которой тело действует на опору), тем больше трение. Этот вывод связан формулой:
N - это сила реакции опоры, сила, с которой опора взаимодействует с телом. Логично, что в положении покоя или при равномерном движении сила реакции опоры уравновешивается весом. Таким образом, она ему и равна. А таком случае, вес равен силе тяжести. (формулу запишите самостоятельно)
μ - это коэффициент трения (обозначается греческой буквой "мю"). Для каждой поверхности он имеет разные значения (для льда он равен нескольким сотым, а для сухой шероховатой поверхности - почти единице). Важно то, что коэффициент трения никогда не равен 0 и не больше единицы.
И еще - при равных нагрузках трение качения много меньше трения скольжения (много меньше - "<<"). То есть, одно дело двигать рояль с колесиками, а другое дело - без...
Применение трения
Задайте сами себе вопрос - а нужно ли нам трение? Мнение разделится. И это правда. У силы трения столько плюсов - мы ходим, пишем, читаем книги, готовим пищу, носим одежду... Но есть и ряд недостатков трения - наша одежда изнашивается, подошвы протираются, ножи тупятся, а механизмы стачиваются.
Кстати, чтобы механизмы не приходили в негодность быстро также используется смазка, уменьшающая трение.
Практика
Попробуйте решить задачу:
Рассчитайте силу трения скольжения для деревянного бруска массой 500 г, если коэффициент трения 0,3.
Для тех, кто решил:
Найдите коэффициент трения скольжения, если по поверхности движется брусок массой 350 г, а сила трения 0,1 Н.
Надеюсь, статья вам пригодилась и прояснила понимание новой темы! Жду вас на уроках физики!