Глава 3. Силы в механике

§ 36. Силы трения (окончание)

Силы сопротивления при движении твёрдых тел в жидкостях и газах

При движении твёрдого тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.

Важно
Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при наличии относительного движения тела и окружающей среды.
Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует.

Это приводит к тому, что усилием рук можно сдвинуть тяжёлое тело, например плавающую лодку, в то время как сдвинуть с места, скажем, поезд усилием рук просто невозможно.

Модуль силы сопротивления F_c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды (жидкости или газа), в которой тело движется, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела показан на рисунке 3.25. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (F_c = 0). С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растёт медленно, а затем всё быстрее и быстрее. При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела

F_c = k₁ υ, (3.12)

где k₁ — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — её вязкости. Вычислить коэффициент k₁ теоретически для тел сколько-нибудь сложной формы не представляется возможным, его определяют опытным путём.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

F_c = k₂υ², υ, (3.13)

где k₂ — коэффициент сопротивления, отличный от k₁.

Какую из формул — (3.12) или (3.13) — можно использовать в конкретном случае, определяется опытным путём. Например, для легкового автомобиля первую формулу желательно применять приблизительно при 60—80 км/ч, при больших скоростях следует использовать вторую формулу.

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа.
Силы трения покоя, скольжения, качения. Сила сопротивления

Вопросы к параграфу

1. Посмотрите вокруг себя. Видите ли вы полезное действие сил трения?

2. Зачем на губках тисков и плоскогубцев делают насечки?

3. Для чего на автомобильных шинах делают рельефный рисунок (протектор)?

4. При каких условиях появляются силы трения?

5. От чего зависят модуль и направление силы трения покоя?

6. В каких пределах может изменяться сила трения покоя?

7. Какая сила сообщает ускорение автомобилю или тепловозу?

8. Может ли сила трения скольжения увеличить скорость тела?

9. В чём состоит главное отличие силы сопротивления в жидкостях и газах от силы трения между двумя твёрдыми телами?

10. Приведите примеры полезного и вредного действия сил трения всех видов.

Образцы заданий ЕГЭ

А 1. На горизонтальном полу стоит ящик массой 20 кг. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,3. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 36 Н. Чему равна сила трения между ящиком и полом?

1) 0 2) 24 Н 3) 36 Н 4) 60 Н

А 2. Площадь первой боковой грани бруска, находящегося на столе, в 2 раза меньше площади второй грани, а коэффициент трения о поверхность стола в 2 раза больше. При переворачивании бруска с первой грани на вторую сила трения скольжения бруска о стол

1) не изменится 3) уменьшится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза 4) увеличится в 2 раза

А 3. Как изменяется сила трения при соскальзывании стержня с поверхности наклонённого стола? Скорость направлена вдоль стержня.

1) не изменяется
2) изменяется по линейному закону
3) постепенно уменьшается
4) до середины стержня остаётся постоянной, а затем становится равной нулю

А 4. Тело равномерно движется по плоскости. Сила давления тела на плоскость равна 8 Н, сила трения равна 2 Н. Коэффициент скольжения равен

1) 0,16 2) 0,25 3) 0,75 4) 4

А5. Конькобежец массой 70 кг скользит по льду. Чему равна сила трения, действующая на конькобежца, если коэффициент трения скольжения коньков по льду равен 0,02?

1) 0,35 Н 2) 1,4 Н 3) 3,5 Н 4) 14 Н

<<< К началу