Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так на прошлой лекции мы с вами познакомились с силой трения, которая возникает на границе между двумя телами и закончили мы предыдущую лекцию вопросом о том, является ли сила трения полезной или вредной силой?
Давайте теперь подумаем в каком случае трение является полезной силой, а в каком вредной? И если мы попытаемся ответить на этот вопрос, то не все так просто и однозначно, потому что в отдельных случаях трение является полезной силой, а в отдельных случаях вредной.
Первым примером полезности силы трения является утверждение того, что если бы не было силы трения, то человек не смог бы ходить или машины не смогли бы ездить, так как происходило бы проскальзывание. Давайте вспомним такую поговорку: ..."чувствует себя, как корова на льду...". Почему же корова чувствует себя так не уютно на льду? Потому что нет силы трения. Из-за отсутствия трения ноги коровы не в состоянии опираться на Землю, точнее они бы упирались в Землю, но если бы корова хотела бы двинуться вперед, что получилось бы? Ноги бы коровы скользили бы назад, а мы бы стояли на месте.
Еще одним примером может служить лакированный пол и попытки кролика быстро передвигаться по этому полу с помощью высоко частного перебора лапками с очень медленным набором скорости, потому что его трение о пол было очень слабым. И так в этих примерах мы выяснили, что трение - это хорошо. Еще раз повторимся, что если бы не трение, то мы бы с вами не смогли бы ходить. Если бы не трение, то автомобиль бы не смог ни разогнаться, ни притормозить. Мебель бы ездила по комнате, если бы не было трения между, например, столом и полом.
А в каких случая трение все-таки вредно? Например, во многих механизмах из-за трения происходит износ деталей и сами механизмы при этом выходят из строя. Если трение полезно, тогда когда нам нужно ходить или ездить, то трение вредно, тогда когда оно проявляет себя при работе различных механизмов. И еще раз повторим, что трение в различных механизмах приводит к тому, что эти механизмы изнашиваются. Оказывается износ механизма очень сильно связан с силой трения.
Природа силы трения, как раз и связана с износом и с разрушением трущихся тел. Все дело в том, что когда мы перемещаем предмет по другой поверхности, то трение возникает по двум причинам. Во-первых, если молекулы двух тел находятся близко друг от друга, то между ними происходит взаимодействие. Это взаимодействие может носить характер притяжения, но это не самое главное. А самое главное - это когда при движении одного предмета по поверхности другого на каждом предмете есть шероховатости. Эти шероховатости - мельчайшие зубчики, они обламываются когда мы перемещаем предмет по поверхности другого предмета. Т.е поверхности меняются. Вы, например, прекрасно знаете такие выражения, как потертые джинсы или изношенный механизм поверхность которого уже не такая какая она была, когда этот механизм был новым, потому что во время трения происходит обламывание или разрушение неровностей на поверхности трущихся тел. Вот какова природа трения.
Если мы имеем дело с различными механизмами, то это трение надо уменьшить, тогда уменьшиться и износ механизма. Если это двигатель электрический, то тогда уменьшится расход электроэнергии для приведения двигателя в действие. То же самое касается и двигателей внутреннего сгорания, где внутри цилиндра движутся поршни, которые при движении туда-сюда проходят огромные расстояния за время службы автомобиля и поэтому, если трение будет большое, то они будут изнашиваться. И чтобы уменьшить трение, существуют некоторые приемы с которыми мы познакомимся на сегодняшней лекции. Речь пойдет о таких вещах, как трение-качение и трении в жидкостях и газах.
А теперь давайте попробуем разобраться какова же природа трения-качения? Ответить на этот вопрос мы сможем, если вспомним опыт, который когда-то проводил Галилей.
И силу трения-качения необходимо использовать там, где сила трения должна быт как можно меньше в различных механизмах. Такие механизмы снабжают специальными устройствами, где происходит качение шариков по поверхности. Такие устройства называются шариковыми или роликовыми подшипниками.
Давайте сначала посмотри на устройство шариковых подшипников качения
В некоторых случаях место шариков используют ролики. Как вы думаете почему иногда вместо шариков используют ролики? Давайте об этом посмотрим в видеоролике ниже.
Следующий вид трения, который мы рассмотрим возникает при движении тела в жидкости или газе. Вы знаете, что при купании в море, когда вы забегаете в воду быстро, особенно если вы зашли по грудь и большая часть вашего тела находится в воде перемещаться по воде довольно сложно. Бежать по воде, если вы стоите по грудь в воде вы не сможете. С чем это связано? Чем это объясняется? Это связано с водой. Вода мешает нам двигаться. И эта сила, которая мешает нам двигаться в жидкости называется силой жидкого трения иногда эту силу называют силой вязкого трения. Сила вязкого или жидкого трения возникает при движении тела в жидкостях ну или в газах. Давайте строже запишем это определение.
Сила жидкого (вязкого) трения - возникает при движении тела в жидкости или газе.
У сил жидкого (вязкого) трения у сил сопротивления в жидкостях и сил сопротивления в газах существуют особенности:
1 особенность - эти силы заметно меньше, силы трения-скольжения. Силы трения-скольжения и трения-покоя иногда называют сухое трение. Сухое трение - это трение между твердыми телами. А в видеоролике выше тела перемещаются в жидкости или газе. Так вот, оказывается, что сила вязкого и жидкого трения гораздо меньше силы сопротивления силы сухого трения.
И так сила сопротивления гораздо меньше силы сухого трения.
2 особенность - оказывается, что в случае жидкого трения нет трения-покоя.
Таким образом 3 особенность - сила сопротивления увеличивается с ростом скорости. Чем быстрее движется тело, тем больше сила сопротивления. Вот почему, когда мы медленно движемся по дну на пляже в воде по грудь нам это легко сделать, а если мы пытаемся бежать у нас ничего не получится, потому что с увеличением скорости увеличивается сила сопротивления. Когда у парашютиста раскрывается парашют, сначала парашют движется очень быстро, потому что до того как парашют раскрылся - это было свободное падение. Силы сопротивления воздуха на одного парашютиста уравновешивает силу тяжести при скорости около 60 метров в секунду. При затяжных прыжках, вы знаете, что есть разновидность таких парашютных прыжков, как скай-дайвинг - вид экстремального спорта, когда до раскрытия парашюта парашютист падает со скоростью 60 метров в секунду. Почему? Потому что когда они выпрыгнули из самолета без парашюта они сначала двигались медленно. Сила тяжести действующая на них всегда одна и та же. Она равна произведению массы на ускорение свободного падения. Например эта величина будет составлять 600 ньютонов, если парашютист будет иметь массу 60 килограмм. По мере разгона сила сопротивления становится все больше и больше и при скорости около 60 метров в секунду она начинает уравновешивать силу тяжести и скайдавер начинает спускаться с постоянной скоростью. Скорость увеличивается и скорость сопротивления при этом тоже начинает увеличиваться. И еще...оказывается, что когда раскрывается парашют, то скорость начинает резко падать. Почему? Как вы думаете? Сопротивление увеличивается. А что отличает парашютиста с раскрытым парашютом от парашютиста с не раскрытым парашютом? Площадь с которой взаимодействует тело парашюта с воздухом! Следовательно сила сопротивления увеличивается с ростом размеров тела.
Таким образом 4 особенность - сила сопротивления увеличивается с ростом размеров тела. Это можно продемонстрировать на примере в ролике ниже...
И последнее...если сила жидкого трения меньше, чем сила сухого трения, то в различных механизмах используют жидкое трение вместо сухого в различных подшипниках. Как это можно сделать? Вы когда нибудь обращали внимание на то, что в некоторых аэропортах может присутствовать табличка: "осторожно мокрый пол". Кто нибудь видел когда-нибудь такую табличку? Видели. Почему необходимо соблюдать осторожность на мокром полу? Потому что между нашей обувью и между полом вода прослойка и когда мы перемещаемся по такому полу, то уже между нашей подошвой и полом существует слой жидкости, которое резко уменьшает трение. Позже пол высыхает и трение становится сухим и сила трения при этом возрастает. Как же можно заменить сухое трение жидким, если мы имеем дело с каким-то механизмом? Очень просто. Нужно подобрать такую жидкость, которая будет хорошо смачивать обе трущиеся поверхности. Такая жидкость называется смазочное масло. И тогда подшипник скольжения может работать так же эффективно, как шариковых или роликовый подшипник.
В дальнейших лекциях мы с вами научимся рассчитывать силу жидкого трения, силу сопротивления при движении в воздухе, узнаем как эта сила зависит от скорости от размеров тела...ну а пока что мы на этом остановимся и в заключении давайте рассмотрим одну задачку на тему определения какую книгу необходимо вытащить из стопки книг, что бы затраченные усилия при этом были бы минимальными.
И так давайте подведем итог этой лекции. В начале лекции мы привели несколько примеров того, в каких случаях сила трения является вредной, а в каких случаях полезной силой. Ввели понятия трения-качения и продемонстрировали ее наглядное представление. На примере этой силы познакомились с принципиальным устройством шариковых и роликовых подшипников качения. Далее познакомились с силой жидкого трения и ее особенностями. На примере листа бумаги объяснили работу парашюта, познакомились с устройством подшипника-скольжения и в конце решили задачу на определения силы необходимой для извлечения книги из стопки других книг.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, то пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.