Сила ⭐ трения покоя в физике: определение, график, изменение силы трения

Сухое трение

Сила сухого трения между бруском и столом зависит от многих факторов, включая материалы поверхностей, контактное давление и грубость поверхностей. Если сила сухого трения больше нуля, то бруск будет останавливаться или двигаться в противоположном направлении относительно направления приложенной силы.

Важно отметить, что сухое трение может быть различным в зависимости от состояния поверхностей. Например, если поверхности очень гладкие, то сухое трение может быть минимальным, а бруск будет легко скользить по столу

Однако, если поверхности грубые или покрыты пылью или другими частицами, то сухое трение может быть значительным, препятствуя движению бруска.

Трение качения

Сила трения качения зависит от ряда факторов, включая радиус качения тела, силу нормального давления, материалы поверхностей, а также их состояние и смазку.

Причина возникновения трения качения заключается в деформации поверхности тела и поверхности стола, а также в искажении кристаллической решетки материалов, что приводит к возникновению сил притяжения и отталкивания между молекулами.

Трение качения может быть как полезным, так и вредным. Например, трение качения позволяет колесам автомобиля крутиться и передавать силу движения на дорогу, однако слишком большое трение может приводить к износу колес и повышенному расходу топлива.

Одним из способов уменьшить трение качения является использование смазки или специального покрытия, которые снижают сопротивление поверхностей. Также, изменение материалов и состояния поверхностей может помочь уменьшить трение качения.

В итоге, трение качения играет важную роль в механике и технике, и его понимание помогает улучшить эффективность и долговечность различных механизмов и устройств.

От чего зависит сила трения

Силу трения можно наблюдать в окружающем мире повсюду. Благодаря ее действию, тела не двигаются бесконечно, занимают определенное положение. За счет силы трения предметы лишены возможности скользить и перемещаться длительное время. Величина силы трения определяется типом соприкасающихся поверхностей, их физико-химическими свойствами и характеристиками.

Параметром, который не влияет на силу трения, является площадь соприкосновения предметов. С другой стороны, на интенсивность воздействия оказывает влияние то, как расположены тела. К примеру, если машина едет по ровной дороге, на нее действует одна сила. В том случае, когда транспортное средство перемещается по горному рельефу под каким-то углом к горизонту, оно испытывает на себе силу другой величины. Также значение силы поменяется при движении автомобиля по мокрому асфальту.

Трение возникает по причине шероховатости, которой обладают соприкасающиеся поверхности, а также за счет взаимного воздействия молекул, составляющих эти поверхности. Величина возникающей силы трения определяется составом материалов и тем, насколько сильно они соприкасаются друг с другом. Самые простые модели демонстрации силы трения, с помощью которых описан закон Кулона, предполагают прямую пропорциональную зависимость между силой трения и силой нормальной реакции, возникающими между соприкасающимися поверхностями.

Примечание

Известно, что физико-химические процессы, протекающие в физических телах, отличаются сложностью. По этой причине сформулировать принципы, характерные для процессов трения, с помощью простейших моделей традиционной механики не представляется возможным.

Что такое сила трения

Сила трения, как физическое явление, возникает при соприкосновении и взаимном передвижении двух поверхностей. Данная сила представляет собой объект изучения физики, а именно, механики. В процессе опытных наблюдений и изучения силы трения были сформулированы ключевые закономерности, описывающие перемещение и взаимное воздействие физических тел друг на друга. При этом объясняются причины, в зависимости от которых предметы занимают то или иное положение. Когда формируется некая сила трения, образуется барьер для последующего движения взаимодействующих тел.

Возникновение силы трения можно объяснить взаимным воздействием атомов и молекул. Они входят в состав абсолютно всех окружающих предметов. Исходя из этого, разумно сделать вывод о природе образования силы трения, то есть электромагнитных волнах. Вектор силы трения ориентирован в двух направлениях. Данная сила оказывает действие на оба тела, участвующие во взаимодействии. В этом случае можно наблюдать стабильность значения модуля силы трения. Когда один из предметов рассматриваемой системы испытывает на себе действие силы, она влияет и на второй предмет. Если объект неподвижен, то он подвержен силе трения покоя. Такое состояние отличается стабильностью до того момента, пока сила покоя и сила внешнего смещающего его воздействия уравновешены.

По мере возрастания силы, действующей на тело, кроме силы трения покоя, можно заметить, что оно начинает двигаться и занимает новое положение. Таким образом, проявляется сила трения скольжения, вектор которой направлен противоположно движению объекта. За счет действия силы трения не представляется возможным двигаться в течение неограниченного времени. Перемещение завершается после какого-то временного промежутка. При увеличении внешней силы по сравнению с силой трения покоя можно наблюдать возобновление движения.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Трение представляет собой процесс в механике взаимного воздействия тел, которые соприкасаются и перемещаются относительно друг друга в плоскости касания. Также трением называют относительное перемещение между собой параллельных слоев веществ в жидком, газообразном, твердом агрегатных состояниях.

Сила трения является такой силой, причина возникновения которой заключается в соприкосновении пары предметов и которая создает барьер для их относительного перемещения.

Трение покоя и трение скольжения: определение

Трение покоя возникает, если на тело воздействуют внешние силы, пытающиеся вывести тело из состояния покоя, сдвинуть его относительно другого тела. Сила трения покоя приложена к данному телу в плоскости соприкосновения и направлена против движения, которое должно было бы возникнуть.

На рисунке ниже изображено направление и место приложения силы трения покоя. Черным обозначена приложенная к телу внешняя сила, красным — сила трения покоя.

Если под действием внешних сил тело, покоящееся на плоскости, сдвинулось и начало скользить по поверхности, то сила трения покоя перестает воздействовать на него, а на тело начинает действовать сила трения скольжения.

Для того чтобы движение началось и тело сдвинулось с «мертвой точки», нужно приложить немного большее усилие, чем для дальнейшего равномерного движения. Это значит, что при равномерном скольжении сила трения скольжения немного меньше максимальной силы трения покоя.

Приближенно можно считать, что они равны. При равномерном прямолинейном скольжении по горизонтальной поверхности модуль силы трения скольжения равен модулю силы, своим действием вызывающей движение тела.

При скольжении на каждое из соприкасающихся тел действует своя сила трения. Как и сила трения покоя, сила трения скольжения параллельна плоскости соприкосновения тел и направлена противоположно скорости относительного движения тела.

Почему появляется сила трения

Возникновение силы трения связано с двумя причинами.

Шероховатости на поверхности соприкасающихся тел. Даже ровные на вид поверхности имеют шероховатости, которыми они цепляются друг за друга, что создает силу, препятствующую движению.
Поверхности отполированных или идеально гладких тел при соприкосновении расположены ближе, чем поверхности, имеющие неровности. При тесном контакте молекулы соприкасающихся тел находятся близко друг от друга и начинают притягиваться. Это затрудняет относительное движение.

Задачи на силу трения с решениями

Кстати! Для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работы.

Задача №1. Нахождение силы трения

Условие

Брусок массой 5 килограмм скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если масса бруска уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Решение

Применим формулы:

Ответ: 10 Н.

Задача №2. Нахождение коэффициента трения

Условие

Тело скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость – 20 Н.

Решение

Сила давления тела на плоскость равна силе нормальной реакции опоры.

Ответ: 0,25

Задача №3. Нахождение силы трения и коэффициента трения

Условие

Лыжник массой 60 кг, имеющий в конце спуска скорость 10 м/с, останавливается через 40 с после окончания спуска. Определите силу трения и коэффициент трения.

Решение

Сначала найдем ускорение, с которым движется лыжник. Затем по второму закону Ньютона найдем силу, которая действует на него:

Ответ: 15 Н; 0,025.

Задача №4. Нахождение силы трения

Условие

Брусок массой 20 кг равномерно перемещается по горизонтальной поверхности под действием постоянной силы, направленной под углом 30° к поверхности и равной 75 Н. Каков коэффициент трения между бруском и плоскостью?

Решение

Сначала воспользуемся вторым законом Ньютона, учитывая, что ускорение равно нулю. Затем найдем проекции силы на вертикальную и горизонтальную оси:

Ответ: 0,4

Задача №5. Нахождение силы трения покоя

Условие

Ящик массой 10 кг стоит на горизонтальном полу. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,25. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 16 Н. Сдвинется ли он с места. Какова сила трения между ящиком и полом?

Решение

Вычислим максимальную силу трения покоя:

Так как приложенная сила по условию меньше, чем максимальная сила трения покоя, ящик останется стоять на месте. Сила трения между полом и ящиком, по третьему закону Ньютона, равна приложенной силе.

Ответ: 16 Н.

Механизмы трения

1. Поверхности взаимодействия.

При соприкосновении двух поверхностей возникают микровыступы и микроголки, которые сопротивляются движению. Чем больше площадь контакта поверхностей и чем выше шероховатость, тем сильнее сила трения.

2. Молекулярные силы.

Молекулярные силы притяжения между молекулами материалов вызывают интеграцию микровыступов и голок, что приводит к увеличению трения. Коэффициент трения определяется силой поверхностного натяжения между молекулами материалов.

3. Пористость поверхностей.

На микроуровне поверхности тел имеют свою пористую структуру, что создает дополнительное сопротивление движению. Поры могут заполняться разными веществами, например, водой или маслом, что также влияет на силу трения.

4. Внешние факторы.

Сила трения также может зависеть от внешних факторов, таких как температура, воздушная влажность или давление. Например, при повышенной температуре поверхности могут расширяться, что уменьшает силу трения.

Таким образом, механизмы трения включают взаимодействие между поверхностями, молекулярные силы, пористость поверхностей и внешние факторы. Понимание этих механизмов позволяет более точно описать и предсказывать поведение трения в различных ситуациях.

Что нужно знать о силе трения, чтобы решать задачи

Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную движению и по касательной к соприкасающимся поверхностям. Между твердыми телами возникает сухое трение, а при движении тел в жидкостях или газах говорят о вязком трении.

Природу этой силы мы уже установили. Помимо этого нужно знать, что бывают разные виды сил трения:

трение покоя;
трение скольжения;
трение качения (при перекатывании тел друг по другу);
сопротивление среды (для движения в жидкости).

Вот пример на виды силы трения: брусок лежит на столе, и никто его на трогает. В этом случае действуют только сила тяжести и сила нормальной реакции опоры. Если мы начнем толкать брусок, но так сильно, чтобы его сдвинуть, на него будет действовать сила трения покоя, по третьему закону Ньютона равная внешней силе, приложенной к бруску. Сила трения покоя имеет предельное значение. Если внешняя сила будет больше этого значения, брусок начнет скользить по столу. В этом случае говорят о силе трения-скольжения. А вот и простейшая формула для силы трения:

«Мю» — коэффициент трения скольжения. Это безразмерная величина, которая зависит от материалов взаимодействующих тел и от качества их поверхностей. Величина коэффициента трения не превышает единицы.

При решении простых физических задач силу трения скольжения часто принимают равной максимальной силе трения покоя.

Не забывайте также про нашу памятку и подборку полезных формул.

Как возникает трение

В основе трения лежит микроскопическая неровность поверхности тел. При контакте двух тел эти неровности вступают во взаимодействие, что вызывает их сопротивление передвижению.

Трение может быть различного типа:

Сухое трение возникает, когда поверхности тел не смазаны и взаимодействуют напрямую. Сила трения в этом случае зависит от коэффициента трения между материалами поверхностей.
Жидкостное трение возникает, когда поверхности тел разделены слоем жидкости, такой как масло или вода. В этом случае сила трения зависит от вязкости жидкости и скорости ее перемещения.
Газовое трение возникает, когда поверхности тел разделены слоем газа. Здесь сила трения зависит от давления газа и скорости его перемещения.

Важно отметить, что трение возникает только при движении или попытке движения тел друг относительно друга. Если тела находятся в состоянии покоя, трения нет

Изучение трения позволяет лучше понять причины возникновения силы трения и ее влияние на направление движения тел. При наличии трения бруск будет двигаться в направлении, противоположном направлению силы трения.