Тема: Силы трения.
Дата: 16.10.2020 г.
Студенты должны знать: виды сил трения и значение их в жизни человека и природы.
Студенты должны уметь: показать практическую значимость сил трения.
План
1. Виды трения.
2. Трение покоя (статическое трение).
3. Кинематическое трение.
4. Сила сопротивления в жидкостях и газах.
Виды трения.
Санки, скатившись с горы, движутся по горизонтальному пути неравномерно, скорость их постепенно уменьшается, и через некоторое время они останавливаются. Какова причина остановки санок?
При соприкосновении поверхностей тел между ними возникают силы трения.
Существуют два вида трения: внешнее и внутреннее (иначе называемое вязкостью)
Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхности.
Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.
Внешнее трение:
1. Трение покоя (статическое трение), возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое- либо из них пытаются сдвинуть с места.
2. Кинематическое трение, существует между взаимно соприкасающимися твердыми телами
А. трение скольжение
Б. трение качения.
Трение покоя (статическое трение).
Рассмотрим трение покоя.
Каждый знает, что шкаф сдвинуть с места непросто. Какая же сила «мешает» сдвинуть шкаф?
Это-сила трения покоя, возникающая при попытке сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого и направленная вдоль поверхностей соприкосновения тел так, что препятствует относительному движению тел.
Опыт
(см.видео по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=B388xV7gijM&ab_channel=%D0%A8%D0%9A%D0%9E%D0%9B%D0%90%D0%9E%D0%9D%D0%9B%D0%90%D0%99%D0%9D
будем тянуть с помощью динамометра лежащий на столе брусок, прикладывая к нему горизонтальную силу и постепенно увеличивая её. Показания динамометра в тот момент, когда брусок сдвинуть с места, равно Fтр мах. Повторим опыт, положив на брусок второй такой же: тем самым мы удвоим силу, с которой нижний брусок прижат к столу. Мы увидим, что и Fтр мах увеличится вдвое. Таким образом, сила Fтр мах пропорциональна модулю силы нормального давления N, т.е. Fтр мах=µN. Поскольку Fтр ≤ Fтр мах, получаем, что модуль силы трения покоя удовлетворяет неравенству
Fтр мах ≤ µN
Коэффициент пропорциональности µ называется коэффициентом трения. Он определяется материалом соприкасающихся поверхностей и качеством их обработки.
Приведем примеры силы трения покоя:
Делая шаг, человек отталкивается от дорожного полотна, толкая его назад. При этом между подошвой и дорогой действуют силы трения покоя: ведь подошва во время толчка покоится относительно дороги. Согласно третьему закону Ньютона со стороны дороги на человека действует сила, направленная вперед. Сила трения покоя «разгоняет» и автомобиль
Кинематическое трение.
Рассмотрим силу трения скольжения.
Если брусок движется с постоянной скоростью, значит, равнодействующая всех сил, приложенных к бруску, равна нулю.
Какая же сила компенсирует прикладываемую нами силу?
Это - сила трения скольжения.
Сила трения скольжения действует между соприкасающимися телами, движущимися относительно друг друга, причем сила трения, действующая на каждое из тел, направлена противоположно скорости движения этого тела относительно другого тела
Опыт показывает, что модуль силы трения скольжения пропорционален модулю силы нормального давления.
Причины возникновения силы трения скольжения аналогичны причинам возникновения силы трения покоя - зацепление неровностей шероховатых поверхностей тел или действие сил межмолекулярного притяжения отшлифованных поверхностей.
Коэффициент трения скольжения немного меньше коэффициента трения покоя, поэтому при увеличении «сдвигающей» силы тело сдвигается с места рывком.
Сила трения качения - это сила трения, которая возникает, когда одно тело катится по поверхности другого.
Что бы сравнить силу трения скольжения и силу трения качения, воспользуемся цилиндром и наклонной плоскостью. Если поставить цилиндр на наклонную плоскость торцом, то для того чтобы он начал соскальзывать с плоскости, её придется наклонить на значительный угол. Но если положить тот же цилиндр на наклонную плоскость так, чтобы он мог скатываться по ней, то цилиндр придет в движение даже при очень малом угле наклона плоскости. Это доказывает, что сила трения качения намного меньше силы трения скольжения.
Трение бывает и вредным, и полезным. Когда трение вредно, его стараются уменьшить. Для этого используют смазку, применяют магнитную и воздушную подушку, заменяют скольжение качением, применяют шариковые, роликовые или магнитные подшипники.
Когда трение полезно его стараются увеличить: в гололед посыпают тротуары и автодороги песком, применяют шипы на обуви и автомашинах. Трение позволяет нам осуществлять торможение движущихся тел и перемещение грузов конвейерной ленты.
От чего зависит сила трения?
1. Сила трения зависит от характера трущихся поверхностей;
2. Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности (вес тела), тем больше сила трения, возникающая при этом;
3. Трение почти не зависит от площади соприкасающихся поверхностей
4. Трение: при равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения, сила трения скольжения меньше силы трения покоя.
Сила сопротивления в жидкостях и газах.
Сдвинуть с места шкаф трудно, а привести в движение находящуюся на воде лодку очень легко. Дело в том, что в жидкости отсутствует сила трения покоя.
Поместим деревянный брусок в сосуд с водой. Чтобы сдвинуть с места плавающий брусок, достаточно подуть на него.
Когда тело движется в жидкости или газе, на тело действует сила сопротивления, которая быстро увеличивается с увеличением скорости. Чтобы уменьшить силу сопротивления воздуха, гоночным автомобилям и самолетам придают обтекаемую каплеобразную форму. Подобную форму имеют и самые быстрые обитатели моря - дельфины.
Поставим опыт.
Поместим в высокий стеклянный сосуд с водой тело, плотность которого больше плотности жидкости. Тело начнет тонуть. Мы увидим, что сначала оно движется с ускорением, но постепенно ускорение уменьшается и, наконец, движение тела становится равномерным. Значит, при достижении некоторой скорости тела сила сопротивления жидкости увеличилась настолько, что стала равной по модулю равнодействующих двух сил: силы тяжести и выталкивающей силы (силы Архимеда).
Чтобы уменьшить скорость равномерного движения при падении в воздухе, силу сопротивления воздуха стараются увеличить. Для этого, например, используют парашюты.
Величина силы сопротивления в жидкостях и газах зависит от:
1. рода жидкости или газа;
2. скорости движения;
3. формы тела.
Контрольные вопросы:
1. Зачем в двигатель автомобиля наливают масло?
2. Зачем спортсмены-лыжники на лыжи наносят особую смазку?
3. Зачем подшипники колес и педалей велосипедов смазывают солидолом?
4. Зачем легкоатлеты надевают спортивную обувь с шипами?
5. Дайте физическое обоснование пословицу: “Коси коса пока роса; роса долой и мы домой”. Почему при росе легче косить?
6. Начало темнеть. Робинзон подумал: “Хорошо бы разжечь костер”. Но тут же вспомнил: “Спичек-то нет”. Что делать? Как разжечь костер без спичек?
7. Объясните поговорки:
· Не подмажешь – не поедешь!
· Пошло дело, как по маслу.
· Угря в руках не удержишь!
· Лыжи скользят по погоде.
· Из навощенной нити сеть не сделаешь.
· Ржавый плуг только по пахоте очищается.
ВНИМАНИЕ!!!
Уважаемые студенты, на вопросы необходимо ответить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/: https://vk.com/id591468583.
Преподаватель: Потемкина Татьяна Пантелеймоновна.