Силы трения действуют между всеми без исключения телами, и с ними приходится считаться.
Сила трения во всех случаях препятствует относительному движению соприкасающихся тел. При некоторых условиях силы трения делают это движение тел просто невозможным. Однако роль сил трения не сводится только к тому, чтобы тормозить движение тел. В ряде практически очень важных случаев движение не могло бы возникнуть без действия сил трения.
v
Рис. 3.36
Это можно проследить на примере движущегося автомобиля (рис. 3.36). Сила трения F2, действующая со стороны земли на ведомые колеса, и сила сопротивления воздуха F3 направлены назад и способны только затормо-
Рис. 3.37
зить движение. Единственной внешней силой, способной увеличить скорость ав-томобиля, является сила трения покоя Fv действующая на ведущие колеса. Не будь этой силы, автомобиль буксовал бы на месте, несмотря на вращение ведущих колес.
Точно так же сила трения покоя, действующая на ступни ног (рис. 3.37), сообщает нашему телу ускорение, необходимое для начала движения или остановки.
Работа двигателя, приводящего во вращение ведущие колеса, или усилия мышц ног вызывают появление сил трения покоя. Эти силы возникают лишь при условии, что какие-нибудь другие силы стремятся вызвать относительное движение тел (шин или ступней ног относительно земли).
Препятствуя проскальзыванию, сила трения покоя ускоряет машину или наше тело. Но без усилия со стороны двигателя или мышц ног увеличение скорости за счет силы трения невозможно. «Полезная» сила трения не могла бы возникнуть.
На использовании трения покоя основана ременная (рис. 3.38) и фрикционная (рис. 3.39) передачи вращения от одного шкива (ведущего) к другому (ведомому).
Трение покоя полезно и во многих других случаях. Не будь трения, мы ничего не могли бы взять руками. Все предметы выскальзывали бы из рук. Трение скольжения, как и трение покоя, тоже может быть полезным и вредным. Полезно, например, трение скольжения в тормозных системах сухопутного транспорта (железнодорожного, автомобильного и т. д.). Полезно и трение скрипичного смычка о струны (для увеличения
трения смычок натирают канифолью). Однако во многих случаях трение скольжения вредно. У всех машин из-за трения скольжения происходит нагревание и износ их деталей, уменьшается коэффициент полезного действия. Значительного уменьшения силы трения скольжения достигают с помощью смазки - чаще всего тонкого слоя жидкости (обычно 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 - явление, сопровождающее нас везде и повсюду. В одних случаях оно полезно, и мы всячески стараемся его увеличить. В других - вредно, и мы ведем с ним борьбу.
? 1. Посмотрите вокруг себя. Видите ли вы полезное действие сил трения?
Зачем на губках тисков и плоскогубцев делают насечки?
Для чего на автомобильных шинах делают рельефный рисунок (протектор)?
Еще по теме §3.14. РОЛЬ СИЛ ТРЕНИЯ:
- §6.11. УМЕНЬШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ ТРЕНИЯ
- ДИРЕКТИВА ВЕРХОВНОГО ГЛАВНОКОМАНДОВАНИЯВООРУЖЕННЫХ СИЛ О ПОДДЕРЖКЕ БОЕВЫХ ДЕЙСТВИЙВОЕННО-ВОЗДУШНЫХ СИЛ ПРОТИВ АНГЛИИДЕЙСТВИЯМИ СУХОПУТНЫХ ВОЙСК И ВОЕННО-МОРСКИХ сил
- РОЛЬ ЗАПОРІЗЬКОГО КОЗАЦТВА У БОРОТЬБІ РОСІЙСЬКО-УКРАЇНСЬКИХ ЗБРОЙНИХ СИЛ ПРОТИ НАСТУПУ ПОЛЬСЬКО-ТАТАРСЬКИХ ВІЙСЬК HA УКРАЇНУ CI660·- 1664 pp .
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, т.к. стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.
У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, а это значит, что сила трения тоже возрастает. Поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.
Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах.
Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.
Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость.
Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.
Ученым недавно стало известно, как устроена кожа дельфинов, и почему они меняют свою кожу каждые 2 часа. Кожа дельфина обладает особым демпфирующим действием, позволяющим гасить турбулентность. Эта гипотеза высказана в 1957 г. немецким инженером Крамером и в настоящее вpeмя подтверждена экспериментально. Передняя часть тела дельфина обтекается ламинарно, а позади спинного плавника пограничный слой становится турбулентным.
Таким образом, «мягкость» или «волнистость» кожи дельфинов помогают им значительно уменьшать трение при скольжении в воде, а потеря частиц кожи по всему телу создает в процессе движения водовороты воды, которые сглаживают трение с потоком вокруг дельфина. Применение аналогичных технологий скольжения при строительстве судов, позволит повысить скорость движения кораблей.
У животных и человека образующие сустав кости не касаются друг друга; они покрыты суставным хрящом, который выполняет роль буфера между костными поверхностями.
А по краям хряща прикрепляется синовиальная оболочка, в которой имеется жидкость, уменьшающая трение между суставными поверхностями. Проблема трения и изнашивания в суставах решена природой на таком уровне, о котором инженеры - трибологи мoгут пока только мечтать. Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. В результате безотказная работа в течение всей жизни!
Дело в том, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости! Кроме того, тончайший слой этого необычного вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. Поэтому трение, возникающее при скольжении в этой специфической среде, имеет весьма мало общего со знакомым жидким трением. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.
Интересно решается в живой природе инженерная задача равномерного прокачивания жидкостей по трубам.
В момент «рабочeго хода» сердца артерии упрyго расширяются, накапливая энергию. Зато в промежутках между сокращениями сердечных мышц скопленная в артериях энергия проталкивает кровь дальше в более мелкие сосуды, обеспечивая не только постоянство скорости движения, но и меньший расход энергии. Упрyгость сосудов возникает блaгодаря присутствию в артериальных стенках особого вещества эластина. Снижению потерь на трение способствует также особый, напоминающий ламинарный, режим течения крови в сосудах
Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.
Действие органов хватания (хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности
и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона) тоже тесно связано с трением.
Ведь предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы.
Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.
Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой».
При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.
При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила.
У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя.
Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.
Водяной жук - вертячка изумительно быстро носится на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка - лучший пловец среди водных жуков.
Оказывается, быстроте передвижения он во многом обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Из второго уравнения:
Сила трения:
Подставив выражение для силы трения в первое уравнение, получим:
При торможении до полной остановки скорость автобуса падает от значения до нуля, поэтому автобуса:
Приравнивая правые части соотношений для ускорения автобуса при аварийном торможении, получим:
откуда время до полной остановки автобуса:
Ускорение свободного падения м/с
Подставив в формулу численные значения физических величин, вычислим:
ПРИМЕР 2
| Задание | Небольшое тело положили на наклонную плоскость, составляющую угол с горизонтом, и отпустили. Какое расстояние пройдет тело за 3 с, если коэффициент трения между ним и поверхностью 0,2? |
| Решение | Выполним рисунок и укажем все силы, действующие на тело.
На тело действуют сила тяжести , сила реакции опоры и сила трения Выберем систему координат, как показано на рисунке, и спроектируем это векторное равенство на оси координат:
Из второго уравнения: |
Стоит упомянуть и о роли силы трения в природе. Пример – это шероховатые лапки насекомых для улучшения сцепления с поверхностью, или, наоборот, это гладкие тела рыб, покрытые слизью для уменьшения трения о воду.
В природе животные и растения давно научились приспосабливаться и использовать силу трения себе во благо. То же необходимо делать и человеку, дабы обеспечить себе комфортное существование на планете Земля.
Еще примеры силы трения в природе:
· мы можем ходить по земле
· белки прыгают по веткам деревьев
· ленивец висит на ветке
· птичка может присесть на ветку
· вода точит камень
· образование планет и комет
· идет дождь и вода стекает в низину, хотя камень лежит и не скатывается в низину (у воды сила трения меньше, чем у камня)
· огромные валуны лежат на краях скал и не падают вниз - их держит сила трения
Силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению движения. Сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления на трущиеся поверхности и зависит от свойств этих поверхностей. Законы трения связаны с электромагнитным взаимодействием, которое существует между телами.
Различают трение внешнее и внутреннее .
Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения или трение покоя).
Внутреннее трение наблюдается при относительном перемещении частей одного и того же сплошного тела (например, жидкость или газ).
Различают сухое и жидкое (или вязкое ) трение.
Сухое трение возникает между поверхностями твердых тел в отсутствие смазки.
Жидким (вязким) называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями.
Сухое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения .
Рассмотрим законы сухого трения (рис. 4.5).
| Рис. 4.5 |  Рис. 4.6
|
Подействуем на тело, лежащее на неподвижной плоскости, внешней силой , постепенно увеличивая ее модуль. Вначале брусок будет оставаться неподвижным, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой , направленной по касательной к трущейся поверхности, противоположной силе . В этом случае и есть сила трения покоя.
Установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления N :
μ 0 – коэффициент трения покоя , зависящий от природы и состояния трущихся поверхностей.
Когда модуль внешней силы, а следовательно, и модуль силы трения покоя превысит значение F 0 , тело начнет скользить по опоре – трение покоя F тр.пок сменится трением скольжения F ск (рис. 4.6):
| F тр = μ N , | (4.4.1) |
где μ – коэффициент трения скольжения.
Трение качения возникает между шарообразным телом и поверхностью, по которой оно катится. Сила трения качения подчиняется тем же законам, что и сила трения скольжения, но коэффициент трения μ ; здесь значительно меньше.
Подробнее рассмотрим силу трения скольжения на наклонной плоскости (рис. 4.7).
На тело, находящееся на наклонной плоскости с сухим трением, действуют три силы: сила тяжести , нормальная сила реакции опоры и сила сухого трения . Сила есть равнодействующая сил и ; она направлена вниз, вдоль наклонной плоскости. Из рис. 4.7 видно, что
| F = mg sin α, N = mg cos α. |
 Рис. 4.7
|
Если 
– тело остается неподвижным на наклонной плоскости. Максимальный угол наклона α определяется из условия (F
тр) max = F
или μ mg
cosα = mg
sinα, следовательно, tg α max = μ, где μ – коэффициент сухого трения.
F
тр = μN
= mg
cosα,
F = mg
sinα.
При α > α max тело будет скатываться с ускорением
a = g
(sinα - μ cosα),
F
ск = ma
= F - F
тр.
Если дополнительная сила F вн, направленная вдоль наклонной плоскости, приложена к телу, то критический угол α max и ускорение тела будут зависеть от величины и направления этой внешней силы.
Сила трения покоя – сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при отсутствии их относительного движения .
Сила трения покоя направлена по касательной к поверхности соприкасающихся тел (рис. 10) в сторону, противоположную силе F, и равна ей по величине: Fтр = - F.
При увеличении модуля силы F изгиб зацепившихся зазубрин будет возрастать и, в конце концов, они начнут ломаться и тело придёт в движение.
Сила трения скольжения – это сила, возникающая на границе соприкасающихся тел при их относительном движении .
Вектор силы трения скольжения направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно поверхности, по которой оно скользит.
Тело, скользящее по твёрдой поверхности, прижимается к ней силой тяжести Р, направленной по нормали. В результате этого поверхность прогибается и появляется сила упругости N (сила нормального давления или реакция опоры), которая компенсирует прижимающую силу Р (N = - P).
Чем больше сила N, тем глубже сцепление зазубрин и тем труднее их сломать. Опыт показывает, что модуль силы трения скольжения пропорционален силе нормального давления:
Безразмерный коэффициент μ называется коэффициентом трения скольжения. Он зависит от материалов соприкасающихся поверхностей и степени их шлифовки. Например, при передвижении на лыжах коэффициент трения зависит от качества смазки (современные дорогостоящие смазки), поверхности лыжни (мягкая, сыпучая, уплотнённая, оледенелая) тем или иным состоянием снега в зависимости от температуры и влажности воздуха и др. Большое количество переменных факторов делает сам коэффициент непостоянным. Если коэффициент трения лежит в пределах 0,045 – 0, 055 скольжение считается хорошим.
11вопрос. Вращение твердого тела относительно закрепленной оси. Момент инерции. Теорема Штейнера. Основное уравнение вращательного движения. Кинетическая энергия вращающегося тела. Вычисление момента инерции относительно неподвижной оси. Вращательное движение твердого тела относительно неподвижной оси. Основное уравнение динамики вращательного движения. Кинетическая энергия тела при вращательном движении.
>>Физика: Роль сил трения
Еще один вид сил, с которыми имеют дело в механике, - это силы трения . Эти силы действуют вдоль поверхности тел при их непосредственном соприкосновении.
Силы трения во всех случаях препятствуют относительному движению соприкасающихся тел. При некоторых условиях силы трения делают это движение невозможным. Однако силы трения не только тормозят движение тел. В ряде практически важных случаев движение тела не могло бы возникнуть без действия сил трения.
Значение сил трения можно проследить на примере движущегося автомобиля (рис.4.13
). Сила трения , действующая со стороны поверхности Земли на ведомые колеса, и сила сопротивления воздуха направлены назад и способны только затормозить движение . Единственной внешней силой, способной увеличить скорость автомобиля, является сила трения , действующая на ведущие колеса. Если бы не было этой силы, автомобиль буксовал бы на месте, несмотря на вращение ведущих колес.
Точно так же сила трения, действующая на ступни ног, сообщает нашему телу ускорение, необходимое для того, чтобы начать движение или остановиться.
Работа двигателя, приводящего во вращение ведущие колеса, и усилия мышц ног вызывают появление сил трения.
Препятствуя проскальзыванию, сила трения совершает полезное дело, ускоряя машину или наше собственное тело. Но без усилия со стороны двигателя или мышц ног увеличение скорости за счет силы трения невозможно.
Таким образом, с одной стороны, нужно принимать все меры к уменьшению сил трения, препятствующих движению, смазывая трущиеся части двигателя и придавая машине форму, при которой сопротивление воздуха минимально, а с другой стороны, приходится увеличивать полезное трение, посыпая, к примеру, дорогу песком в гололед.
Силы трения зависят от состояния трущихся твердых поверхностей, а при движении твердого тела в воде или воздухе - от относительной скорости движения, от размеров и формы этого тела.
Трение - явление, сопровождающее нас везде и повсюду. В одних случаях оно полезно, и мы всячески стараемся его увеличить. В других - вредно, и мы ведем с ним
???
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)?
Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные урокиЕсли у вас есть исправления или предложения к данному уроку,