uabooks.top

Явление трения играет важную роль в нашей повседневной жизни, в природе и технике. Обратите внимание, как трудно идти или ехать на автомобиле в гололед, когда сила трения незначительна. Если бы исчезло трение, мы не могли бы усидеть на стуле, а гвозди не держались бы в стене. Увеличение силы трения бывает жизненно необходимым (рис. 23.1).

Так же важно во многих случаях уменьшить трение. Шариковые подшипники уменьшают трение в осях многих деталей машин и механизмов (рис. 23.2). А как чудесно скользят лыжи и коньки!

ОПЫТ 23.1

Положим на книгу, которая лежит на столе, коробку спичек. Начнем поднимать один конец книги, увеличивая угол наклона (рис. 23.3). Некоторое время коробка будет неподвижной, но при определенном угле наклона она начнет соскальзывать вниз.

Приведенный опыт вызывает по крайней мере два вопроса: а) почему коробка не скользит при малых углах и б) почему коробка при больших углах начинает скользить?

Одна из причин возникновения силы трения - это шершавость обеих соприкасающихся поверхностей (рис. 23.4). Маленькие неровности, которые обуславливают шершавость поверхностей, цепляются друг за друга при движении тела или при попытке сдвинуть его с места.

ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ

Трение, которое возникает при скольжении тела, называют трением скольжения. Несложные опыты показывают, что сила трения скольжения F_mp прямо пропорциональна величине силы реакции опоры N. Вектор силы трения скольжения направлен параллельно плоскости соприкосновения в сторону, противоположную направлению движения

(23.1)

где μ (мю) - коэффициент пропорциональности, который зависит от материала поверхностей (табл. 23.1) и качества их обработки и называется коэффициентом трения.

Коэффициент трения скольжения μ можно определить как отношение силы трения скольжения к величине силы реакции опоры:

(23.2)

Величина коэффициента трения зависит от материала скользящих поверхностей и рельефа поверхности. Коэффициент трения является безразмерной величиной.

Сила трения скольжения очень слабо зависит от площади прикосновения скользящих поверхностей тел и скорости движения.

Когда тело двигают по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры численно равняется силе тяжести F и весу тела P. В этом случае можно записать формулу для расчета силы трения скольжения так:

(23.3) Таблица 23Л

Коэффициенты трения

ТРЕНИЕ ПОКОЯ

Когда некая параллельная к поверхности сила тяги F безрезультатно пытается сдвинуть тело с места (рис. 23.5), то понятно, что эта сила уравновешена какой-то другой силой, которая точно равняется прилагаемой силе по величине и противоположна ей по направлению. Эту силу называют силой трения покоя.

Сила трения покоя заставляет автомобиль двигаться и поворачивать. Она удерживает в покое тело, которое находится на наклонной плоскости. Благодаря этой силе мы ходим. Сила, с которой шина ведущего колеса автомобиля в месте соприкосновения с дорогой действует на поверхность дороги, направлена назад. Эта сила вызывает появление силы трения покоя, которая действует на колесо вперед, создавая силу тяги автомобиля (рис. 23.6).

Подобное явление отмечаем и при ходьбе.

ТРЕНИЕ КАЧЕНИЯ

Трение, которое действует на катящееся колесо, называют трением качения. Оно гораздо меньше трения скольжения, поэтому почти все виды наземного транспорта имеют колеса, а оси механизмов установлены на шариковые подшипники. Трение качения тем меньше, чем больший радиус колеса и чем тверже поверхности колеса и дороги. Оно также пропорционально силе реакции поверхности и зависит от материала обеих поверхностей.

ОПЫТ 23.2

Положите круглый карандаш на наклонную поверхность сначала вдоль, а затем - поперек нее (рис. 23.7). Убедитесь, что скатываться он начинает при значительно меньших углах, чем скользить.

ТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

23.1. Установите, как изменится сила трения скольжения, если поверхность покрыть пылью или мелким порошком (используйте пудру, которую настрогали из мела или грифеля карандаша). Попробуйте изложить определенные гипотезы относительно причин влияния пыли на величину силы трения.

ВЯЗКОЕ ТРЕНИЕ

Во время движения в жидкости или в газе возникает вязкое трение, которое гораздо меньше даже трения качения. Существуют специальные транспортные средства на «воздушной подушке», которые «летают» над землей или поверхностью воды. Примером могут быть скоростные паромы и некоторые виды военных десантных катеров. Проходят испытания поезда на «магнитной подушке», которые удерживаются в воздухе силами магнитного поля (рис. 23.8). По своей быстроходности они приближаются к самолетам. Важная особенность, которая существенно

выделяет вязкое трение, заключается в том, что у него а) нет трения покоя, б) величина вязкого трения растет с увеличением скорости движения.

Трущиеся детали машин смазывают маслами, чтобы сделать трение вязким и уменьшить потери энергии.

КРАТКИЕ ИТОГИ

Сила трения скольжения прямо пропорциональна величине силы реакции опоры

Вектор силы трения скольжения направлен параллельно плоскости соприкосновения в сторону, противоположную направлению движения. Сила трения покоя равняется и противоположна той силе, которая не может сдвинуть тело с места.

Трение качения намного меньше трения скольжения.

Вязкое трение возникает при движении в жидкости или газе. Не существует вязкого трения покоя.

УПРАЖНЕНИЕ 23

1. В каких случаях нужно: а) увеличить, б) уменьшить трение?

2. Перечислите известные вам виды трения.

3. Почему в машинах так широко используются шариковые подшипники?

4. Почему смазочные материалы значительно уменьшают трение?

5. От чего зависит величина коэффициента трения скольжения?

6. Как зависит сила трения скольжения от веса тела?

7. Почему конькобежцы и велосипедисты надевают костюмы из очень «гладкой» ткани?

8. Почему рыбы «скользкие»?

9. В каких случаях сила трения совпадает с направлением скорости?

10. Почему колеса автомобиля пробуксовывают, когда он трогается с места при гололеде?

11. В каких пределах может изменяться сила трения покоя?

12. Почему на скользкой дороге опасно делать резкий поворот на автомобиле?

13. Почему колеса железнодорожных вагонов чугунные, а рельсы - стальные?

14. Почему у вездеходов и колесных тракторов большие колеса?

15. На столике в вагоне поезда лежат книга и яблоко. Почему, когда поезд тронулся, книга осталась неподвижной, а яблоко покатилось назад?

16. Почему человек не может сдвинуть с места железнодорожный вагон, но сдвинет лодку такой же массы?

17. Во сколько раз уменьшится сила трения между стальными деталями после смазывания маслом?

18. Какую силу нужно приложить к санкам массой 80 кг, чтобы сдвинуть их с места на ледяной поверхности? g = 10 H/кг.

19. Какая сила трения возникнет, если 10-тонный грузовик резко затормозит?

20. Какая разновидность силы трения: а) удерживает на повороте спортсмена на роликовых коньках? б) мешает ему двигаться?

21. Деревянный брусок массой 0,2 кг равномерно тянут по горизонтальной деревянной поверхности с помощью динамометра. Найдите удлинение пружины (в см), коэффициент жесткости которой 100 Н/м, g = 10 Н/кг.

 

Это материал учебника Физика за 7 класс Пшеничка