2. Силы трения покоя, скольжения, качения. Полная сила реакции

1. Сила трения покоя

Условие возникновения

Действует между телами, покоящимися относительно друг друга

Физическая природа силы

Электромагнитная природа обусловлена взаимодействием атомов или молекул элементов поверхностей взаимодействующих тел

Направление силы

Рис. \(1\). Направление силы трения покоя

Сила трения покоя \(\vec{F}_{п}\) направлена против направления возможного перемещения тел по касательной к поверхности контакта, вызванного действием внешней силы \(\vec{F}\) (рис. \(1\))

Формула

Рис. \(2\). Изображение графика зависимости

силы трения покоя от внешней силы

1) \(F_{п}=F\) (рис. \(2\));

2) \(F_{п.мах}=\mu N\), (\(1\))

\(\mu\) — коэффициент трения;

3) размерность \([\mu]=1\)

Особенности

Значение коэффициента трения \(\mu\) определяется структурой трущихся поверхностей

Границы применимости

При точных расчётах учитывают, что значение предельной силы трения покоя больше значения, определяемого формулой (\(1\))

Пример:

1. Пытаемся сдвинуть шкаф, прикладывая к нему силу, он не передвигается, потому что появляется сила трения покоя, которая противодействует нашим усилиям.
2. При ходьбе сила трения между подошвой обуви и землёй предотвращает скольжение.

Рис. \(3\). Проявление силы трения покоя

Наибольшее значение силы трения, при котором объект всё ещё остаётся в покое, называется максимальной силой трения покоя.

2. Сила трения скольжения

Условие возникновения

Относительное перемещение контактирующих тел

Физическая природа силы

Электромагнитная природа обусловлена атомно-молекулярным взаимодействием контактирующих поверхностей

Направление силы

Рис. \(4\). Направление силы трения скольжения

Сила трения скольжения направлена против направления относительного перемещения тел, вызванного внешней силой \(\vec{F}\) (рис. \(3\))

Формула

(закон Кулона — Амонтона)

Рис. \(5\). Изображение графика зависимости силы

трения скольжения от внешней силы

\(F_{тр}=F_{п.мах}=\mu N\) (\(2\))

Особенности

Значение коэффициента трения \(\mu\) определяется структурой трущихся поверхностей

Границы применимости

Формула (\(2\)) справедлива при небольших значениях относительной скорости тел

Коэффициент трения скольжения — отношение силы трения к силе реакции опоры. Коэффициент трения между двумя любыми материалами легко определить, если возможно измерить силу трения, равную силе тяги, при которой тело перемещается равномерно, и силу тяжести, которая на горизонтальной поверхности равна силе реакции опоры. В таблице представлены различные коэффициенты трения скольжения.

Пары материалов	Коэффициент трения скольжения
Сталь — лёд (коньки)	\(0,015\)
Древесина — древесина	\(0,2\)–\(0,5\)
Покрышка — мокрый асфальт	\(0,35\)–\(0,45\)
Покрышка — сухой асфальт	\(0,50\)–\(0,75\)

Обрати внимание!

Коэффициент трения скольжения не имеет размерности.

Если сравнивать коэффициенты трения покрышки на сухом и мокром асфальте, то на мокром асфальте у одной и той же машины коэффициент трения, а также сила трения почти в \(2\) раза меньше, чем на сухом асфальте. В результате также увеличивается замедление торможения почти в \(2\) раза, поэтому тормозной путь может увеличиться почти в \(4\) раза.

У силы трения имеются как положительные, так и отрицательные свойства. Если бы не было силы трения, то мы не могли бы оттолкнуться при ходьбе от земли, а машина не могла бы «оттолкнуться» от поверхности дороги. Но в технике трение между различными вращающимися и скользящими поверхностями весьма нежелательно, поэтому такое оборудование смазывают, чтобы снизить влияние силы трения.

3. Сила трения качения

Условие возникновения

Относительное перемещение тел, сопровождающееся их вращением

Природа силы

Электромагнитная природа обусловлена деформацией поверхностей взаимодействующих тел и межмолекулярным взаимодействием поверхностей взаимодействующих тел

Направление силы

Рис. \(6\). Направление сил трения качения и полной реакции

В случае качения цилиндра радиусом \(r\) и массой \(M\) под действием горизонтально направленной силы \(F\) (рис. \(5\)):

1) сила трения \(\vec{F}_{тр}\) качения направлена против внешней силы \(\vec{F}\);

2) полная реакция опоры: \(\vec{R}=\vec{F}_{тр}+\vec{N}\),

где \(\vec{N}\) — сила реакция опоры, направленная перпендикулярно горизонтальной опоре

Формула

\(F_{тр}=\frac{f}{R} · Mg\),

где \(f\) — коэффициент трения качения, \([f]=м\)

Особенности

Значение коэффициента трения качения \(f\) существенно меньше коэффициента трения скольжения \(\mu\)

Границы применимости

Скорости качения существенно меньше скорости деформации взаимодействующих поверхностей

Источники:

Предыдущая теория

Вернуться в тему

Следующее задание

2. Силы трения покоя, скольжения, качения. Полная сила реакции

Теория: