Параграф 19 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Сила трения

Определение силы трения

Сила трения — это сила, возникающая при контакте двух поверхностей, когда одно тело движется или пытается начать движение относительно другого. Сила трения всегда направлена противоположно движению или предполагаемому движению тела. Она возникает из-за неровностей на поверхности соприкасающихся тел и силы притяжения между молекулами. Важно отметить, что трение не зависит от площади контакта поверхностей, а определяется только их материалами и силой, с которой они прижаты друг к другу.

Виды трения

Различают несколько видов трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения. Трение покоя возникает, когда тело не движется относительно другой поверхности, и препятствует началу движения. Оно увеличивается по мере увеличения силы, прикладываемой к телу, пока не достигнет максимального значения. Трение скольжения возникает при движении одного тела по поверхности другого. Трение качения, возникающее, когда тело катится по поверхности, меньше трения скольжения и зависит от формы и размеров контактирующих тел.

Максимальная сила трения покоя

Максимальная сила трения покоя — это наибольшее значение силы трения, при котором тело ещё не начало скользить. Она пропорциональна силе реакции опоры и определяется формулой: , где μ — коэффициент трения, зависящий от материалов поверхности, а N — сила реакции опоры. Например, для гладких и полированных поверхностей коэффициент трения невелик, а для шероховатых и зазубренных поверхностей он намного больше. При превышении этой силы тело начинает скользить, и сила трения уменьшается до силы трения скольжения.

Коэффициент трения

Коэффициент трения (μ) характеризует свойства взаимодействующих материалов. Он зависит от их химического состава и степени шероховатости. Например, трение между резиной и асфальтом высокое, что обеспечивает хорошее сцепление колёс с дорогой, а трение между льдом и сталью очень низкое, что приводит к скольжению. Изменение материала контактирующих поверхностей или их смазка значительно изменяют коэффициент трения, что используется на практике для уменьшения или увеличения силы трения в различных механизмах.

Трение качения и его особенности

Трение качения возникает, когда одно тело катится по поверхности другого, например, колесо по дороге. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения, потому что в процессе качения деформации контактных поверхностей минимальны. Именно поэтому колёса и ролики используются для транспортировки тяжёлых грузов — это снижает сопротивление движению. Важно отметить, что трение качения увеличивается при возрастании силы тяжести или при увеличении радиуса колёс.

Пример расчёта силы трения

Рассмотрим пример: автомобиль массой 3 тонны, движущийся со скоростью 72 км/ч, начинает торможение, и его скорость снижается до 36 км/ч. Для расчёта времени торможения используется формула второго закона Ньютона с учётом силы трения: , где N=mg. Подставив значения, находим ускорение и время торможения, которое оказывается равным 1,7 с. В этом примере коэффициент трения μ=0,6 был ключевым фактором, определяющим длительность торможения автомобиля.

Практическое применение силы трения

Сила трения играет важную роль в нашей повседневной жизни. Она обеспечивает сцепление ног с поверхностью при ходьбе, работу автомобильных тормозов и движение транспортных средств. Снижение силы трения с помощью смазки применяется для уменьшения износа в машинах и механизмах. С другой стороны, увеличение силы трения достигается использованием резиновых подошв, шин с рифлёным протектором и других методов, чтобы предотвратить скольжение и обеспечить устойчивость на скользких поверхностях.