какие виды трения вы изучали
Сила трения
1. Понятие силы трения
Силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого и направлена в противоположную сторону.
2. Опыт по измерению силы трения
Рассмотрим опыт: Положим деревянный брусок на трибометр. А к бруску прикрепим динамометр. Будем двигать этот брусок равномерно. То динамометр покажет силу трения.
3. Причины силы трения
Имеется 2 причины силы трения:
4. Виды силы трения
Существует несколько видов силы трения:
5. От чего зависит сила трения
6. Формула силы трения, коэффициент трения
Смазка определяется коэффициентом трения. Существуют каталоги, в которых можно определить коэффициент трения. В зависимости от рода трущихся поверхностей. Коэффициент трения всегда меньше единицы и не имеет единиц измерения. Коэффициент трения обозначается буквой мю. Сила трения играет важную роль в нашей жизни. При отсутствии силы трения все превратится в хаос. Все виды транспорта не будут подчиняться человеку. Это то же самое, если в автомобиле откажут тормоза и его остановить невозможно. Мебель не удержать на месте, ученик не усидит за партой. Нитки не будут удерживать сшитый костюм. Он распадется на отдельные части и так далее.
Сила трения
теория по физике 🧲 динамика
Трение — вариант взаимодействия двух тел. Оно возникает при движении одного тела по поверхности другого. При этом тела действуют друг на друга с силой, которая называется силой трения. Сила трения имеет электромагнитную природу.
Сила трения — сила, возникающая между телами при их движении или при попытке их сдвинуть. Обозначается как F тр. Единица измерения — Н (Ньютон).
Трение бывает сухим и жидким. В школьном курсе физике изучается сухое трение.
Виды сухого трения:
Трение скольжения
Сила трения скольжения определяется формулой:
μ — коэффициент трения, N — сила реакции опоры, Fдавл. — сила нормального давления
Сила реакции опоры и сила нормального давления — равные по модулю, но противоположные по направлению силы. Если тело не перемещается с ускорением относительно оси ОУ, модули силы реакции опоры и силы нормального давления равны модулю силы тяжести, действующей на это тело.
Силу трения скольжения зависит от степени неровности (шероховатости) поверхности. Поэтому ее можно легко менять.
Чтобы увеличить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность тела более шероховатой. Так, чтобы зимой автомобили не скользили по голому льду, автомобилисты используют зимние шины. От летних они отличаются глубоким протектором и наличием шипов, создающих дополнительную неровность.
Чтобы уменьшить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность более ровной. Ее можно отшлифовать или смазать. Так, чтобы лыжи скользили по снегу лучше, их смазывают специальными мазями или парафинами.
Пример №1. Конькобежец массой 70 кг скользит по льду. Какова сила трения, действующая на конькобежца, если коэффициент трения скольжения коньков по льду равен 0,002?
Сила реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на конькобежца. Отсюда:
Трение покоя
Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя противоположно направлено приложенной к телу силе (в сторону возможного движения).
Сила трения покоя всегда больше нуля, но всегда меньше силы трения скольжения:
Способы определения вида силы трения, возникающей между телами, и ее модуля:
Сила, приложенная к ящику, меньше силы трения скольжения. Значит, между ящиком и полом возникает сила трения покоя. Модуль силы трения покоя равен модулю приложенной силы:
Описание движения тел с учетом сил трения
Движение тела по горизонтальной плоскости
Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
Проекция на ось ОХ:
Проекция на ось ОУ:
Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
Проекция на ось ОХ:
Проекция на ось ОУ:
Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх)
Проекция на ось ОХ:
Проекция на ось ОУ:
Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз)
Проекция на ось ОХ:
Проекция на ось ОУ:
Внимание! В случаях, когда сила тяги F т направлена под углом к плоскости движения, сила реакции опоры не равна силе тяжести: N ≠ mg.
Пример №3. Брусок массой 1 кг движется равноускоренно по горизонтальной поверхности под действием силы 10 Н, как показано на рисунке. Коэффициент трения скольжения равен 0,4, а угол наклона α — 30 градусов. Чему равен модуль силы трения? 
Сила трения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры:
Проекция сил на ось ОУ выглядит так:
Отсюда силы реакции опоры равна:
Подставим ее в формулу для вычисления силы трения и получим:
Движение тела по вертикальной плоскости
Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают
Проекция на ось ОХ:
Проекция на ось ОУ:
Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали
Проекция на ось ОХ:
Проекция на ось ОУ:
Пример №4. Груз массой 50 кг удерживают на вертикальной плоскости, коэффициент трения которой равен 0,4. Определить, какую силу нужно приложить, чтобы груз оставался в состоянии покоя. Проекция на ось ОХ:
Отсюда следует, что сила должна быть равна силе реакции опоры. Проекция на ось ОУ:
Перепишем, выразив силу трения через силу реакции опоры:
Отсюда выразим силу реакции опоры: 
Следовательно: 
Движение тела по наклонной плоскости
Движение вниз без трения
Тело покоится на наклонной плоскости
Тело удерживают на наклонной плоскости
m g + N + F + F тр = m a
Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения
Равномерное движение вверх с учетом силы трения
m g + N + F + F тр = m a
Пример №5. Брусок массой 200 г покоится на наклонной плоскости. Коэффициент трения между поверхностью бруска и плоскостью равен 0,6. Определите величину силы трения, если угол наклона плоскости к горизонту равен 30 градусам. 
Переведем массу в килограммы: 200 г = 0,2 кг. Проекция сил, действующих на тело, на ось ОХ:
Отсюда сила трения равна:
Подставляем известные данные и вычисляем:
Полезная информация 
| Косинус угла наклона |  |
| Синус угла наклона (уклон) |  |
| Тангенс угла наклона |  |
При исследовании зависимости силы трения скольжения F тр от силы нормального давления F д были получены следующие данные:
Сила трения
Сила трения: величина, направление
С силой трения вы сталкиваетесь буквально каждую секунду. Каждый раз, когда вы взаимодействуете с любой поверхностью — идете по асфальту, сидите на стуле, пьете чай из чашки — на вас действует сила трения.
Трение — это и есть взаимодействие в плоскости соприкосновения двух поверхностей.
Чтобы перевести трение на язык математики, вводится понятие сила трения.
Сила трения — это величина, которая характеризует процесс трения по величине и направлению.
Измеряется сила трения, как и любая сила — в Ньютонах.
Возникает сила трения по двум причинам:
Направлена сила трения всегда против скорости тела. В этом плане все просто, но всегда есть вопрос:
В задачах часто пишут что-то вроде: «Поверхность считать идеально гладкой». Это значит, что сила трения в данной задаче отсутствует. Да, в реальной жизни это невозможно, но во имя красивой математической модели трением часто пренебрегают.
Не переживайте из-за этой несправедливости, а просто решайте задачи без трения, если увидели словосочетание «гладкая поверхность».
Сухое и вязкое трение
Есть очень большая разница между вашим соприкосновением с водой в бассейне во время плавания и соприкосновением между асфальтом и колесами вашего велосипеда.
В случае с плаванием мы имеем дело с вязким трением — явлением сопротивления при движении твердого тела в жидкости или воздухе. Самолет тоже подвергается вязкому трению и вон тот наглый голубь из вашего двора.
А вот сухое трение — это явление сопротивления при соприкосновении двух твердых тел. Например, если школьник ерзает на стуле или злодей из фильма потирает ладоши — это будет сухое трение.
Вязкое трение в школьном курсе физики не рассматривается подробно, а вот сухое — разбирают вдоль и поперек. У сухого трения также есть разновидности, давайте о них поговорим.
Трение покоя
Если вы решите сдвинуть с места грузовик, вряд ли у вас это получится. Не то, чтобы мы в вас не верим — просто это невозможно сделать из-за того, что масса человека во много раз меньше массы грузовика, да еще и сила трения мешает это сделать. Мир жесток, что тут поделать.
В случае, когда сила трения есть, но тело не двигается с места, мы имеем дело с силой трения покоя.
Сила трения покоя равна силе тяги. Например, если вы пытаетесь сдвинуть с места санки, действуя на них с силой тяги 10 Н, то сила трения будет равна 10 Н.
Сила трения покоя
Fтр = Fтяги
Fтр — сила трения скольжения [Н]
Задача
Найти силу трения покоя для тела, на которое действуют сила тяги в 4 Н.
Решение:
Тело покоится, значит
Ответ: сила трения равна 4 Н.
Трение скольжения
А теперь давайте скользить на коньках по льду. Каток достаточно гладкий, но, как мы уже выяснили, сила трения все равно будет присутствовать и вычисляться будет по формуле:
Сила трения скольжения
Fтр = μN
Fтр — сила трения скольжения [Н]
μ — коэффициент трения [-]
N — сила реакции опоры [Н]
Сила трения, которую мы получим по этой формуле будет максимально возможной — то есть больше уже никуда.
Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она численно равна силе нормального давления и противоположна по направлению.
Не совсем. Сила нормального давления направлена всегда перпендикулярно поверхности (нормаль — перпендикуляр к поверхности). Вес не обязательно направлен перпендикулярно поверхности.
В рамках школьного курса вес всегда направлен перпендикулярно поверхности, поэтому силу реакции опоры можно численно приравнивать к весу.
Подробнее про вес тела читайте в нашей статье😇
Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.
Коэффициент трения — это характеристика поверхности. Он определяется экспериментально, не имеет размерности и показывает, насколько поверхность гладкая — чем больше коэффициент, тем более шероховатая поверхность. Коэффициент трения положителен и чаще всего меньше единицы.
Задача 1
Масса котика, лежащего на столе, составляет 5кг. Коэффициент трения µ=0,2. К коту прилагают внешнюю силу, равную 2,5Н. Какая сила трения при этом возникает?
Решение:
По условию данной задачи невозможно понять, двигается наш котик или нет. Решение о том, приравниваем ли мы к силе тяги силу трения, принять сразу нельзя. В таких случаях нужно все-таки рассчитать по формуле:
Так как котик лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.
Мы получили максимально возможную силу трения. Внешняя сила по условию задачи меньше максимальной. Это значит, что котик находится в покое. Сила трения уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется 2,5Н.
Ответ: возникает сила трения величиной 2,5 Н
Задача 2
Барсук скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость – 20 Н.
Решение:
В данной задаче нам известно, что барсучок скользит. Значит нужно воспользоваться формулой:
Так как барсук находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе давления на плоскость: N = Fд.
Выражаем коэффициент трения:
μ = Fтр/Fд = 5/20 = 0,25
Ответ: коэффициент трения равен 0,25
Задача 3
Пудель вашей бабушки массой 5 килограмм скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если пудель сильно похудеет, и его масса уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.
Решение:
В данной задаче нам известно, что пудель скользит. Значит, нужно воспользоваться формулой:
Так как пудель находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.
Выразим коэффициент трения:
μ = Fтр/mg = 20/5*10 = 0,4
Теперь рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза:
Ответ: сила трения будет равна 10 Н.
Задача 4
Ученик провел эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра.
Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.
Виды трения и формулы для расчета их сил. Примеры
Любой контакт между двумя телами приводит к появлению силы трения. При этом не важно, в каком агрегатном состоянии вещества находятся тела, движутся они относительно друг друга или покоятся. В данной статье кратко рассмотрим, какие виды трения существуют в природе и технике.
Трение покоя
Для многих может быть странной мысль, что трение тел существует даже тогда, когда они находятся в состоянии покоя относительно друг друга. Кроме того, эта сила трения является самой большой по величине силой среди остальных видов. Проявляется она тогда, когда мы пытаемся сдвинуть с места какой-либо предмет. Это может быть деревянный брусок, камень и даже колесо.
Вам будет интересно: Пожар в Москве в 1812 году: история возгорания, восстановление событий, фото
Причиной существования силы трения покоя является наличие неровностей на соприкасающихся поверхностях, которые механически взаимодействуют друг с другом по принципу пик-впадина.
Вычисляется сила трения покоя по следующей формуле:
Записанная формула свидетельствует, что от площади контакта сила трения покоя не зависит. Выражение для Ft1 позволяет рассчитать так называемую максимальную силу. В ряде же практических случаев Ft1 не является максимальной. Она всегда равна по величине внешней силе, которая стремится вывести из состояния покоя тело.
Трение покоя играет важную роль в жизни. Благодаря этому мы можем двигаться по земле, отталкиваясь от нее подошвами ног, не проскальзывая. Любые тела, которые находятся на наклонных к горизонту плоскостях, не соскальзывают с них благодаря силе Ft1.
Трение в процессе скольжения
Еще один важный вид трения для человека проявляет себя, когда одно тело скользит по поверхности другого. Возникает это трение по той же физической причине, что и трение покоя. Более того, его сила вычисляется по аналогичной формуле.
Единственная разница с предыдущей формулой заключается в использовании для трения скольжения других коэффициентов µk. Коэффициенты µk всегда меньше аналогичных параметров для трения покоя для одной и той же пары трущихся поверхностей. На практике этот факт проявляется следующим образом: постепенное увеличение внешней силы приводит к возрастанию величины Ft1 до тех пор, пока она не достигает своего максимального значения. После этого она резко падает на несколько десятков процентов до значения Ft2 и поддерживается постоянной в процессе движения тела.
Коэффициент µk зависит от тех же факторов, что параметр µt для трения покоя. Сила трения скольжения Ft2 от скорости перемещения тел практически не зависит. Лишь на больших скоростях становится заметно ее уменьшение.
Важность трения скольжения для жизни человека можно проследить на таких примерах, как езда на лыжах или катание на коньках. В этих случаях уменьшают коэффициент µk с помощью модификации трущихся поверхностей. Наоборот, посыпание дорог солью и песком преследует цель увеличить значения коэффициентов µk и µt.
Трение качения
Это один из важных видов трения для функционирования современной техники. Оно присутствует при вращении подшипников и движении колес транспортных средств. В отличие от трения скольжения и покоя, трение качения обусловлено деформацией колеса в процессе движения. Эта деформация, которая происходит в упругой области, в результате гистерезиса рассеивает энергию, проявляясь в виде силы трения во время движения.
Расчет максимальной силы трения качения осуществляется по формуле:
То есть сила Ft3, как силы Ft1 и Ft2, прямо пропорциональна реакции опоры. Однако она также зависит от твердости соприкасающихся материалов и радиуса колеса R. Величина d называется коэффициентом сопротивления качению. В отличие от коэффициентов µk и µt, величина d имеет размерность длины.
Как правило, безразмерное отношение d/R оказывается на 1-2 порядка меньше, чем значение µk. Это означает, что перемещение тел с помощью качения энергетически намного более выгодно, чем с помощью скольжения. Именно поэтому во всех трущихся поверхностях механизмов и машин стараются использовать трение качения.
Угол трения
Все три вида проявления трения, описанные выше, характеризуются некоторой силой трения Ft, которая прямо пропорциональна величине N. Обе силы друг относительно друга направлены под прямым углом. Угол, который образует их векторная сумма с нормалью к поверхности, называется углом трения. Чтобы понять его важность, воспользуемся данным определением и запишем его в математическом виде, получим:
Таким образом, тангенс угла трения θ равен коэффициенту трения k для данного вида силы. Это означает, что чем больше угол θ, тем больше сама сила трения.
Трение в жидкостях и газах
Когда твердое тело движется в газообразной или жидкой среде, то оно постоянно сталкивается с частицами этой среды. Эти столкновения, сопровождаемые потерей скорости твердого тела, являются причиной трения в текучих субстанциях.
Этот вид трения сильно зависит от скорости. Так, при относительно небольших скоростях, сила трения оказывается прямо пропорциональной скорости движения v, при больших же скоростях речь идет о пропорциональности v2.
Примеров проявления этого трения можно привести массу, начиная от движения лодок и кораблей и заканчивая полетом самолетов.
Сила трения: определение, формулы
Содержание:
Сила трения возникает из соприкосновения поверхностей двух физических тел, пребывающих в движении по отношению друг к другу. Теория трения издревле волновала умы человечества, древние инженеры: строители Египетских пирамид, Стоунхенджа в Англии или таинственных каменных истуканов на острове Пасхе, все они (как впрочем, и их современные коллеги) решали насущную проблему, связанную с трением и тем как его максимально уменьшить. Ведь именно сила трения делает трудным перемещение тяжелых грузов по земле (тех же камней для пирамид или Стоунхенджа), и чтобы облегчить эту задачу, нашими далекими предками было придумано такое полезное изобретение как колесо и сделано множество других важных открытий. В нашей статье мы посмотрим на силу трения в физическом аспекте, разберем, как действует она на те или иные тела, какие есть ее виды и формулы расчета.
Определение
Что такое сила трения? Классическое определение звучит так: сила трения – это сила, появляющаяся при соприкосновении двух тел во время движения и препятствующая этому самому движению. Иными словами, чем больше сила трения между телами, тем труднее их двигать относительно друг друга. Что же касается самой физической природы трения, то оно появляется как результат взаимодействия между атомами и молекулами тел, соприкасающихся между собой.
Также стоит заметить, что при трении двух тел на них действует третий закон Ньютона: сила трения, действующая на первое тело (тело А), равна силе трения, действующей на второе тело (тело Б), только по модулю эти силы имеют противоположное направление.
На этой картинке, сила трения, действующая на холодильник, равна силе трения, действующей на пол, но направлены эти силы в противоположные стороны.
Виды трения
В зависимости от характера движения тел различают такие виды сил трения как:
Что же касается самого трения то и оно бывает нескольких видов:
Интересный факт: при осаде Константинополя в 1453 году турки, чтобы обойти специальную цепь, преграждающую путь турецким кораблям в залив Золотой Рог перетянули их по суше. А для того, чтобы уменьшить силу трения при перемещении больших тяжелых военных кораблей сделали настил из деревянных рельсов, который обильно смазали салом. Таким образом, благодаря смазке и смешанному трению, сила которого гораздо меньше, чем при трении сухом, турки удачно воплотили свой замысел, приведя защитников Константинополя в подлинное смятение.
Султан Мехмед II наблюдает за перевозкой своих судов.
Как видите, знание законов физики и механики не раз и не два находило свое практическое воплощение в реальной жизни.
Но вернемся от истории снова к физике, трение также разделяют на внешнее и внутреннее. Внешнее трение характерно для взаимодействия исключительно твердых тел. Внутреннее трение характеризуется вязкостью и возникает при взаимодействии жидкостей или газов, а такое взаимодействие может происходить внутри условно одного тела. Например, в водах мирового океана есть разные течения, с более холодной или более теплой водой, при взаимодействии этих течений между ними и возникает внутреннее трение.
Как найти
Чтобы рассчитать силу трения необходимо знать коэффициент трения k, который зависит от характера поверхности. Коэффициент трения – постоянная величина и его значение можно узнать из специальной таблицы.
Помимо коэффициента трения необходимо знать силу реакцию опоры N, которая, по сути, равна силе тяжести (гравитации) зависящей от массы тела (m) и ускорения свободного падения. Ее формула будет иметь следующий вид:
Формула
Сила трения высчитывается путем произведения реакции опоры N и коэффициента трения k. Формула силы трения будет иметь следующий вид:
В некоторых формулах коэффициент трения k обозначается символом µ.
Написанные выше расчеты справедливы в самом простом случае, когда тело лежит на строго горизонтальной поверхности.
Если же движение происходит по наклонной плоскости, то расчеты силы трения несколько усложняются. На тело, как и раньше, действует сила гравитации и реакция опоры поверхности, но не в одном направлении.
Таким образом, формула силы трения для тела, которое движется по наклонной поверхности, будет иметь следующий вид:
Fтр = k * m * g * cosα.
Где k – коэффициент трения, m – масса тела, g гравитационная постоянная (помним, что она равна 9,8 м/с 2 ), cosα – отношение катета, прилежащего к углу, к гипотенузе треугольника (косинус).
При определении силы трения на наклонных поверхностях ярко проявляется связь между физикой и геометрией.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
Видео
И в завершении образовательное видео по теме нашей статьи.