Сила трения 2 (стр. 3 из 4)

Будем увеличивать угол наклона a до тех пор, пока тело не начнет скользить вниз по наклонной плоскости. В этот момент

Fт=Fпmax (2.21)

Подставив в формулу (2.19) выражения (2.20) и (2.21), получим

fп=Fт/Fн (2.22)

Из рис. 23 видно, что

Fт=Fsin

= mg sin ; Fн=Fcos = mg cos .

Подставив эти значения Fт И Fн в формулу (2.22), получим

fн=sin

/cos =tg . (2.23)

Измерив угол

, при котором начинается скольжение тела, можно по формуле (2.25) вычислить значение коэффициента трения покоя fп.

Рис. 1.

Рис. 2. Трение покоя.

Трения скольжения.

Трение скольжения возникает при относительном перемещении соприкасающихся тел.

Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.

Когда одно тело начинает скользить по поверхности другого тела, связи между атомами (молекулами) первоначально неподвижных тел разрываются, трение уменьшается. При дальнейшем относительном движении тел постоянно образуются новые связи между атомами. При этом сила трения скольжения остаётся постоянной, несколько меньшей силы трения покоя. Как и максимальная сила трения покоя, сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления и, следовательно, силе реакции опоры:

,

где

- коэффициент трения скольжения ( ), зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей.

Рис. 3. Трение скольжения

Трение качения.

Одно из самых гениальных изобретений человечества – колесо. Оно использовалось для транспортировки грузов ещё 5000 лет назад. Хорошо известно, что несравненно легче везти груз на тележке, чем тащить его.

Когда колесо катиться без проскальзывания по поверхности, молекулярные связи разрываются при подъёме участков колеса быстрее, чем при скольжении. Поэтому сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.

Сила трения качения пропорциональна силе реакции опоры:

,

где

- коэффициент трения качения.

Коэффициент трения качения много меньше коэффициента трения скольжения:

<< .

Рис. 4. Трение качения

Рис. 4 а.

Значение силы трения.

Вообразим, что во всем мире некоему волшебнику удалось “выключить” трение. А теперь подумайте, к каким непредвиденным последствиям это привело бы. Во-первых, вы, разумеется, выяснили бы, что трение бывает отнюдь не всегда твердым, хотя именно от него в тысячах ситуаций стремятся избавиться. Например, смазывают детали механизмов и машин, чтобы уменьшить их износ и не терять впустую энергию, уходящую на бесполезный нагрев. Однако без трения мы не могли бы ходить, колёса машин без толку крутились бы на месте, бельевые прищепки не могли бы ничего удержать и. т. д.

Во-вторых, продолжая теперь вместе наши фантазии, мы, в конце концов, добрались бы до причин, порождающих трение. И здесь открывается самое интересное. Во время скольжения одного предмета по другому происходит словно бы зацепление микроскопических бугорков друг за друга. Но если бы этих бугорков не было, то это не значило бы, что сдвинуть предмет или тащить его стало бы легче. Возник бы так называемый эффект прилипания, который вы легко обнаружите, пытаясь, скажем, сдвинуть стопку книг в глянцевой обложке вдоль поверхности полированного стола.

Значит, не будь трения, не было бы этих крошечных попыток каждой частички вещества удержать подле себя соседок. Но тогда как вообще эти частички держались бы вместе? Иными словами внутри различных тел исчезло бы стремление “жить компанией”. То есть вещество развалилось бы до мельчайших деталек, как рассыпался бы на части от сотрясения домик из детского конструктора.

Вот к какому неожиданному выводу можно придти, если допустить отсутствие трения. С трением надо бороться, но абсолютно избавиться от него не получится, да и не надо.

К этому можно прибавить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскальзывали бы из стен, не одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой вихрь никогда бы не прекращался, никакой звук не умолка, а звучал бы бесконечным эхом, неослабно отражаясь, например, от стен комнаты. Наглядный урок, убеждающий нас в огромной важности трения, дает нам каждый раз гололедица. Застигнутые ее на улице мы оказываемся беспомощны.

Практическая часть.

В связи с огромным количеством дорожнотранспортных происшествий мы решили определить тормозной путь легкового автомобиля на трех разных покрытиях дороги, с целью уменьшить количество аварий на дорогах.

Используя динамометр, резину и три вида поверхностей, мы нашли коэффициент трения на каждой из поверхностей.

Материал	Покрытие	Сила трения (Н)	Масса тела (кг)	Коэффициент трения
резина	Снег	1	0,18	0,57
резина	Лед	0,5	0,18	0,28
резина	асфальт	1,5	0,18	0,85

Сначала мы рассчитаем тормозной путь при скорости равной 54 км/ч, а затем при допустимой скорости в населенных пунктах 40 км/ч.

Нахождение тормозного пути автомобиля по снегу.

Дано: m=1250 кг, v=54 км/ч;

Найти: S.

СИ: v=54 км/ч=15 м/с;

Формула:

На ox

Решение:

а=0,57*9,8=5,586

S=15*15 /(2*5,586)=20.14 м.

Ответ: 20.14 м.

Нахождение тормозного пути автомобиля по льду.

Дано: m=1250 кг, v=54 км/ч;

Найти: S.

СИ: v=54 км/ч=15 м/с;

Формула:

На ox

Решение:

а=0,28*9,8=2,744

S=15*15/(2*2.744)=40.99 м

Ответ: 40.99 м.

Нахождение тормозного пути по асфальту.

Дано: m=1250 кг, v=54 км/ч;

Найти: S.

СИ: v=54 км/ч=15 м/с;

Формула: