Главная >> Физика 10 класс. Мякишев

Глава 3. Силы в механике

§ 36. Силы трения (окончание)

Трение скольжения. При скольжении сила трения зависит не только от состояния трущихся поверхностей, но и от относительной скорости движения тел, причём эта зависимость от скорости является довольно сложной. Опыт показывает, что часто (хотя и не всегда) в самом начале скольжения, когда относительная скорость ещё мала, сила трения становится несколько меньше максимальной силы трения покоя. Лишь затем, по мере увеличения скорости, она растёт и начинает превосходить F_{тр. mах}.

Вы, вероятно, замечали, что тяжёлый предмет, например ящик, трудно сдвинуть с места, а потом двигать его становится легче. Это как раз и объясняется уменьшением силы трения при появлении скольжения с малой скоростью (см. рис. 3.24).

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Поэтому приближённо можно считать её постоянной и равной максимальной силе трения покоя:

F_тр ≈ F_{тр. mах} = μN.

Положите на линейку ластик. Начинайте поднимать линейку за один конец. Измерьте угол, при котором ластик начнёт скользить по линейке. Докажите, что тангенс этого угла равен коэффициенту трения: tgα = μ.

Силу трения скольжения можно уменьшить во много раз с помощью смазки — чаще всего тонкого слоя жидкости (обычно того или иного сорта минерального масла) — между трущимися поверхностями.

Ни одна современная машина, например двигатель автомобиля или трактора, не может работать без смазки. Специальная система смазки предусматривается при конструировании всех машин.

Трение между слоями жидкости, прилегающими к твёрдым поверхностям, значительно меньше, чем между сухими поверхностями.

Возьмите небольшое колесо, прикрепите к его оси вращения динамометр. Покатите колесо и измерьте силу трения качения. Зажмите колесо так, чтобы оно не могло вращаться. Измерьте силу трения скольжения. Сравните полученные результаты.

Сила трения качения. Сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения, поэтому гораздо легче перекатывать тяжёлый предмет, чем двигать его.

Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом её главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

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:

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 А1. 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 А2. 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 А3. 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 А4. 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 параграфа                Следующая страница >>>