▷ Сила трения (или сила трения)

В этой статье объясняется, что такое сила трения (или сила трения) в физике и как она рассчитывается. Таким образом, вы узнаете о свойствах силы трения, о двух существующих типах силы трения и, кроме того, о конкретных упражнениях для отработки.

Что такое сила трения?

Сила трения , также называемая силой трения , представляет собой контактную силу, возникающую при попытке перемещения тела по поверхности другого тела.

Точнее, сила трения — это сила, действующая в направлении, параллельном и противоположном движению.

Существует два типа сил трения: сила статического трения и сила динамического трения. В зависимости от случая действует то или иное. Ниже мы увидим разницу между ними.

Обычно сила трения обозначается символом F _R.

Характеристики силы трения

Теперь, когда мы знаем определение силы трения (или силы трения), давайте посмотрим, каковы характеристики этого типа силы:

Сила трения является контактной силой, то есть она действует только в том случае, если две поверхности соприкасаются.
Более того, сила трения возникает только тогда, когда одно тело движется или пытается двигаться поверх другого.
Направление силы трения параллельно направлению движения.
Направление силы трения противоположно движению.
Сила трения не зависит от скорости скольжения тел.
Сила трения не зависит от размера контактирующей поверхности.
Но сила трения зависит от соприкасающихся материалов, их отделки и температуры.
Сила трения прямо пропорциональна нормальной силе.

Формула силы трения

Сила трения равна коэффициенту трения, умноженному на нормальную силу. Следовательно, чтобы рассчитать силу трения, необходимо сначала найти нормальную силу, а затем умножить ее на коэффициент трения между двумя контактирующими поверхностями.

Таким образом, формула силы трения (или силы трения) выглядит следующим образом:

$F_R=\mu\cdot N$

Золото:

$F_R$

– это сила трения или трения, выраженная в ньютонах.
$\mu$

– коэффициент трения, не имеющий единицы измерения.
$N$

— нормальная сила, выраженная в ньютонах.

Статическая и динамическая сила трения

Величина силы трения зависит от того, находится тело в покое или в движении. Например, наверняка вы пытались перетащить очень тяжелое тело и сначала было трудно его переместить, но как только вам удалось немного сдвинуть тело, продолжать перетаскивание объекта становится легче.

Действительно, в общем случае сила трения при неподвижном теле больше, чем при движении тела.

Таким образом, мы различаем два вида силы трения (или силы трения):

Статическая сила трения : это сила трения, которая действует, когда тело еще не находится в движении.
Динамическая (или кинетическая) сила трения : это сила трения, действующая, когда тело уже начало движение.

Аналогичным образом, коэффициент статического трения также отличается от коэффициента динамического трения, который используется для определения силы статического трения и силы динамического трения соответственно.

Наконец, значение силы трения варьируется, как показано на следующем графике:

Сила статического трения равна силе, приложенной для перемещения тела, но ее направление противоположно. Его максимальное значение представляет собой произведение коэффициента статического трения и нормальной силы. Когда приложенная сила превышает это значение, тело начинает двигаться.

Таким образом, когда тело уже находится в движении, сила динамического трения имеет постоянное значение, эквивалентное произведению коэффициента динамического трения и нормальной силы, каково бы ни было значение приложенной силы. Кроме того, это значение несколько ниже максимального значения силы статического трения.

Решаемые упражнения на силу трения

Упражнение 1

Он предназначен для перемещения бруска массой m=12 кг по плоской поверхности и начинает двигаться только при приложении силы 35 Н. Каков коэффициент статического трения между землей и бруском? Данные: g=10 м/с ² .

решена задача о коэффициенте статического трения

Посмотреть решение

Сначала нарисуем график всех сил, действующих на блок:

решенное упражнение на коэффициент статического трения или коэффициент статического трения

В предельной ситуации равновесия удовлетворяются следующие два уравнения:

$N=P$

$F_R=F$

Таким образом, сила трения будет эквивалентна горизонтальной силе, приложенной к телу:

$F_R=F=35 \ N$

С другой стороны, мы можем рассчитать значение нормальной силы, используя формулу силы веса:

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

Наконец, как только мы узнаем значение силы трения и нормальной силы, мы применим формулу коэффициента статического трения, чтобы определить его значение:

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

Упражнение 2

Поместим тело массой m=6 кг на вершину плоскости, наклоненной под углом 45°. Если тело скользит по наклонной плоскости с ускорением 4 м/с ² , каков коэффициент динамического трения между поверхностью наклонной плоскости и поверхностью тела? Данные: g=10 м/с ² .

проблема коэффициента трения или динамического трения

Посмотреть решение

Первое, что нам нужно сделать для решения любой физической задачи, касающейся динамики, — это нарисовать диаграмму свободного тела. Итак, все силы, действующие в системе:

решенное упражнение на коэффициент трения или динамическое трение

В направлении оси 1 (параллельно наклонной плоскости) тело испытывает ускорение, однако в направлении оси 2 (перпендикулярно наклонной плоскости) тело покоится. На основе этой информации мы предлагаем уравнения сил системы:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Итак, мы можем вычислить нормальную силу из второго уравнения:

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

С другой стороны, мы вычисляем значение силы трения (или силы трения) из первого представленного уравнения:

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

И как только мы узнаем значение нормальной силы и силы трения, мы сможем определить динамический коэффициент трения, используя соответствующую формулу:

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$

Упражнение 3

Сани массой 70 кг скользят по склону 30° с начальной скоростью 2 м/с. Если коэффициент динамического трения саней о снег равен 0,2, вычислите скорость, которую приобретут сани, проехав 20 метров. Данные: g=10 м/с ² .

Посмотреть решение

Первым делом составляем свободную схему кузова саней:

определенное проявление силы трения на наклонной плоскости

Сани имеют ускорение в направлении оси 1 (параллельно наклонной плоскости), но остаются в покое в направлении оси 2 (перпендикулярно наклонной плоскости), поэтому уравнения сил имеют вид:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Из второго уравнения можно рассчитать нормальную силу, действующую на салазки.

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=70 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(30º)\\[3ex]N=606,22 \ N\end{array}$

Поскольку теперь мы знаем значение нормальной силы и коэффициента динамического трения, мы можем рассчитать силу трения, применив соответствующую формулу:

$F_R=\mu\cdot N=0,2 \cdot 606,22=121,24 \ N$

Итак, чтобы определить конечную скорость, мы должны сначала найти ускорение саней, а его можно рассчитать из первого представленного уравнения силы:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$a=\cfrac{P_1-F_R}{m}$

$a=\cfrac{m\cdot g\cdot \text{sin}(\alpha)-F_R}{m}$

$a=\cfrac{70\cdot 10\cdot \text{sin}(30º)-121.24}{70}$

$a=3,27 \ \cfrac{m}{s^2}$

Зная ускорение саней, мы вычисляем время, необходимое для прохождения 20 метров, с помощью уравнения прямолинейного движения при постоянном ускорении:

$x=v_0\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot a \cdot t^2$

$20=2\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot 3.27 \cdot t^2$

$0=1,64t^2+2t-20$

$\displaystyle t=\cfrac{-2\pm \sqrt{2^2-4\cdot 1.64\cdot (-20)}}{2\cdot 1.64}=\cfrac{-2\ pm 11.63}{ 3.28}=\begin{cases}2.94\\[2ex]-4.15 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}$

Логически мы исключаем отрицательное решение, поскольку время — физическая величина, которая не может быть отрицательной.

Наконец, мы вычисляем конечную скорость, используя формулу постоянного ускорения:

$a=\cfrac{v_f-v_0}{t_f-t_0}\quad \longrightarrow \quad v_f=a\cdot (t_f-t_0)+v_0$

$v_f=3,27\cdot (2,94-0)+2=11,61 \ \cfrac{m}{s}$

Что такое сила трения?

Характеристики силы трения

Формула силы трения

Статическая и динамическая сила трения

Решаемые упражнения на силу трения

Упражнение 1

Упражнение 2

Упражнение 3

Оставить комментарий Отменить ответ