Сила трения совершает над: Сила трения совершает над телом работу. Меняется ли при этом внутренняя энергия тела? По каким признакам можно судить об этом?

§ 7. Сила трения — ЗФТШ, МФТИ

Сила сопротивления, действующая на тело, направлена противоположно относительному перемещению данного тела.

Сила трения возникает по двум причинам:

1) первая и основная причина заключается в том, что в местах соприкосновения молекулы веществ притягиваются друг к другу, и для преодоления их притяжения требуется совершить работу. Соприкасающиеся поверхности касаются друг друга лишь в очень небольших по площади местах. Их суммарная площадь составляет `0,01-:0,001` от общей (кажущейся) площади соприкосновения. При скольжении площадь реального соприкосновения не остается неизменной. Сила трения (скольжения) будет изменяться в процессе движения. Если тело, которое скользит, прижать сильнее к телу, по которому происходит скольжение, то вследствие деформации тел площадь пятен соприкосновения (и сила трения) увеличится пропорционально прижимающей силе.

2) вторая причина возникновения силы трения – это наличие шероховатостей (неровностей) поверхностей, и деформация их при движении одного тела по поверхности другого.

Глубина проникновения (зацепления) шероховатостей  зависит от прижимающей силы, а от этого  зависит и величина деформаций. Последние, в свою очередь, определяют величину силы трения: `F_»тр»~F_»приж»`.

При относительном скольжении обе причины имеют место, потому  характер взаимодействия имеет вид простого соотношения:

Величина коэффициента трения различна для разных комбинаций трущихся веществ даже при одинаковой их обработке (силы притяжения  и упругие свойства зависят от рода вещества).

Если между трущимися поверхностями будет находится смазка, то сила притяжения изменится заметным образом (будут притягиваться другие молекулы, и сила трения скольжения частично заменится силой вязкого трения, которую мы рассмотрим ниже).

Если на тело, лежащее на горизонтальной поверхности, действует горизонтальная сила `vecF`, то движение будет вызвано этой силой только в том случае, когда она станет больше некоторого значения `(muN)`. До начала  движения  внешняя  сила скомпенсирована силой трения покоя.

 Сила трения покоя всегда равна внешней силе, параллельной поверхности, и возникает по причине притяжения между молекулами  в областях пятен соприкосновения, и деформации шероховатостей.  

Сила трения покоя различна в разных участках поверхности, по которой будет происходить движение. Если тело долго лежит на поверхности, то  вследствие вибраций (они всегда присутствуют на поверхности Земли) площадь пятен соприкосновения незначительно увеличится. Поэтому для начала движения придётся преодолеть немного большую силу трения, чем сила трения скольжения. Данное явление называется явлением застоя. С этим явлением мы сталкиваемся, например, передвигая мебель в комнате. (На рисунке 13 превосходство трения покоя над  трением скольжения сильно преувеличено).      

Силой трения покоя мы пользуемся для перемещения на лыжах или просто при ходьбе.

Рассмотренные виды силы трения относятся к сухому трению или внешнему. Но есть еще один вид силы трения – вязкое трение.

При движении тела в жидкости или газе происходят достаточно сложные процессы обмена молекулами между слоями обтекающей жидкости или газа. Эти процессы называют процессами переноса.

При небольших скоростях движения тела относительно газа или жидкости сила сопротивления будет определяться выражением:

Вывод  о величине скорости (большая она или маленькая) можно сделать, определив безразмерный коэффициент, называемый числом Рейнольдса:

Если `Re<1700`, то движение газа (жидкости) вокруг тела ламинарное (слоистое), и скорости можно считать малыми.

Если `Re>1700`, то движение газа (жидкости) вокруг тела турбулентное (с завихрениями), и скорости можно считать большими.

В последнем случае на образование вихрей тратится большая часть кинетической энергии тела, а значит, сила трения становится большей, а зависимость перестаёт быть линейной.

 Часто последнюю формулу можно видеть в виде: 

Число Рейнольдса, выбранное равным `1700`, в действительности определяется конкретной задачей (условиями) и может принимать другие значения того же порядка. Объясняется это тем, что зависимость силы вязкого трения от скорости носит сложный характер: при некотором значении скорости `v_1` линейная зависимость начинает нарушаться, а при некотором значении скорости `v_2`  эта зависимость становится квадратичной. В промежутке от `v_1` до `v_2` степень принимает дробные значения (рис. 14). Число Рейнольдса характеризует состояние динамической системы, при котором движение слоёв остаётся ламинарным, и сильно зависит от внешних условий. К примеру: стальной шар, двигаясь в воде вдали от границ жидкости (в океане, озере) сохраняет ламинарным движение слоёв при `Re=1700`, а тот же шар, движущийся в вертикальной трубе немного большего, чем шар, радиуса, заполненной водой, уже при `Re=2` вызовет появление завихрений воды вокруг шара. (Отметим, что число Рейнольдса не единственное, применяемое для описания подобного движения. Например, применяют ещё числа Фруда и Маха.)

Из-за такой сложной зависимости силы сопротивления от размеров, формы тела и его скорости рассчитать с необходимой точностью силу сопротивления невозможно.

Потому приходится создавать макеты летательных аппаратов и измерять силу сопротивления опытным путём, продувая воздух в аэродинамических трубах.

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3. 1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5. 2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Трение — это сила

​Эта фокусная идея исследуется через:

• Противопоставление студенческих и научных взглядов
• Критические идеи обучения
• Преподавательская деятельность
• Дополнительные ресурсы

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Повседневный опыт студентов

Одним из наиболее очевидных последствий трения для студентов является то, что оно может привести к постепенному изнашиванию вещей; это можно увидеть на таких примерах, как неровные подошвы нашей обуви, проплешины велосипедных шин и преднамеренное действие наждачной бумаги по поверхности. Опыт ходьбы, катания на роликах или лыжах по скользким поверхностям, таким как лед или снег, способствует пониманию того, что двигаться и/или менять направление трудно в условиях, когда трение снижено. Трение часто изображается в популярных средствах массовой информации как имеющее «плохой» эффект и как нечто, что необходимо уменьшить или устранить (например, с помощью масел, уменьшающих трение).

Однако в повседневной жизни студентов трение само по себе не рассматривается как связанное с силами и не рассматривается как присутствующее, когда что-то происходит. , а не в движении (например, воздействие на ребенка, который сидит неподвижно на полпути вниз по горке).

Трение оказывает сбивающее с толку влияние на наш повседневный опыт движения, потому что люди часто не осознают, что трение связано с силами.

Для тех, кто думает, что вещи движутся, потому что они содержат силу, которая заставляет их двигаться, трение может рассматриваться как ответственное за постепенное израсходование этой силы.

Альтернативная концепция сил, содержащихся в объектах, обсуждается в основной идее Толкает и тянет.

Научный взгляд

Ученые не совсем уверены, что вызывает трение; однако считается, что это вызвано взаимодействием между крошечными выпуклостями на поверхностях, когда они трутся друг о друга.

Выступы на каждой поверхности изгибаются и воздействуют друг на друга, что затрудняет скольжение поверхностей друг по другу. Сила на движущейся поверхности направлена ​​в противоположную сторону и сопротивляется движению.

Например, поверхность автомобильной шины (рисунок протектора) спроектирована таким образом, чтобы максимизировать трение между шиной и поверхностью дороги в широком диапазоне погодных условий. Когда трение значительно снижается из-за снега или льда на дороге, шина проскальзывает и не может управлять автомобилем, управлять им или ломать его.

Важные обучающие идеи

• Полезной моделью для объяснения трения является идея о том, что все поверхности имеют крошечные неровности.
• Когда две поверхности скользят друг по другу, крошечные выпуклости толкают друг друга.
• Трение вызывает силу на поверхности, направленную в направлении, противоположном ее движению.
• Трение можно уменьшить путем применения смазочных материалов.

Исследуйте взаимосвязь между представлениями о силах и трении в Карты разработки концепций — законы движения

Трение может замедлить движение вещей и остановить их движение. В мире без трения вокруг будет скользить больше предметов, одежду и обувь будет трудно носить, а людям или машинам будет очень трудно двигаться или менять направление.

Учеников следует поощрять к размышлению о том, насколько их мир зависит от полезного действия трения. Не все трения «плохие», как нам часто говорят. Предложите учащимся рассмотреть как положительное, так и отрицательное влияние трения на их повседневные действия и опыт. Попросите учащихся определить, какие действия и задачи мы выполняем легко из-за трения, а какие действия и задачи усложняются (например, рассмотрим ходьбу, серфинг и катание на лыжах).

Идея о том, что поверхности имеют крошечные выпуклости, дает полезную информацию. модель за объяснение причина и эффект трения. Учащиеся должны обсудить эту модель, пытаясь понять, как могут выглядеть микроскопические поверхности и как они взаимодействуют друг с другом. и каучук могут быть полезным средством обсуждения, и их можно увидеть на следующем сайте:

• Отделение электронной микроскопии Бристольского университета

Листы мелкозернистой наждачной бумаги или подошвы Сандалии доктора Шолля дают учащимся хорошую визуальную модель того, как может выглядеть гладкая поверхность на микроскопическом уровне.

Студентам следует предложить объяснить, почему с точки зрения модель поверхностных неровностей, давящих друг на друга, нанесение масла или смазки на контактные поверхности может уменьшить трение и позволить им двигаться более свободно. Учащимся следует предложить определить, в каком направлении действует сила трения в различных простых ситуациях, и рассмотреть примеры повседневных ситуаций, в которых трение преднамеренно увеличивается и уменьшается. Хорошим примером для обсуждения является цель использования рукояток и моторных масел.

Исследование: Loughran, Berry & Mulhall (2006)

Преподавательская деятельность

Сосредоточение внимания учащихся на упущенных деталях

Студентов следует познакомить с различными знакомыми ситуациями, связанными с трением, когда основное внимание уделяется использованию вариации трения, которая может быть не сразу очевидна для студентов.

Они могли бы исследовать причины большого разнообразия дизайна обуви и, в частности, подошв обуви, созданной для определенных целей (например, для бега, скалолазания, ледолазания, танцев, катания на коньках и пеших прогулок).

Предложите учащимся изучить преимущества трения каждой из конструкций. Подумайте, как характеристики обуви будут меняться по мере износа подошвы с течением времени.

Бросьте вызов некоторым существующим идеям

POE (предсказать-наблюдать-объяснить): попросите учащихся предсказать, что произойдет в следующих ситуациях, а затем попросите их понаблюдать за каждым событием, прежде чем пытаться объяснить свои наблюдения:

• Книга находится в опирайтесь на плоскую дощечку, наклоненную под небольшим углом к ​​столу. Постепенно угол между деревом и столом увеличивается.
• Два одинаковых куска сухого мыла толкают по гладкой поверхности стола. Для одного блока мыла стол сухой, а для другого блока стол был смочен смесью моющих средств с водой. Попросите учащихся сравнить величину толкающей силы, необходимой для перемещения стержней.
• Учащийся скользит по пластиковой скользкой горке, покрытой водой, а затем повторяет опыт с мыльным раствором, нанесенным на поверхность.

Исследования: Gunstone & Mitchell (1998), Loughran, Berry & Mulhall (2006)

Уточнить и закрепить идеи для/путем общения с другими

Учащиеся могут исследовать и обсуждать ситуации, когда слишком малое трение может представлять угрозу безопасности (например, мокрые или обледенелые дороги, воск на досках для серфинга, гладкая обувь, резиновые перчатки и ручки) и те, в которых слишком большое трение означает, что все работает не очень хорошо (например, движущиеся части велосипедов, роликовые коньки, скейтборды, дверные замки и петли ворот). После исследовательского обсуждения предложите учащимся написать о том, как бы выглядел мир без трения. Чем он будет отличаться от нашего существующего мира? Какие задачи все еще можно было бы выполнить, а какие задачи нужно было бы выполнить по-другому?

Сосредоточьте внимание учащихся на упущенной из виду детали

Процедура обучения — Двухминутные импульсы. Эта процедура использовалась ближе к концу модуля, чтобы побудить учащихся делать ссылки на повседневный опыт и иначе думать о том, что они узнали, другими способами. Учитель размещает (по одному) серию провокационных или «нестандартных» утверждений, относящихся к содержанию, на доске. Примеры: «люди тратят больше усилий на преднамеренное увеличение трения, чем на попытки его уменьшить» или «если бы трение исчезло, мы немедленно умерли бы с голоду».

У учащихся есть две минуты (преднамеренно выбранные как короткие промежутки времени, способствующие интенсивному мышлению), чтобы записать (точками) соответствующие мысли и реакции. Учитель называет точки, которые согласуются и не согласны с утверждением или поддерживают его, а затем выдвигает следующее утверждение.

#Данная процедура обучения воспроизведена с разрешения Peel Publications, Австралия, авторское право © 2007. Страница ресурсов для учителей FUSE.

Чтобы получить доступ к интерактивному учебному объекту, указанному ниже, учителя должны войти в FUSE и выполнить поиск по идентификатору учебного ресурса:

• Дикая езда: возьмите себя в руки — учащиеся исследуют роль трения в характеристиках велосипедных шин. Работая с симулированным испытанием, они связывают сцепление шин с силами трения, возникающими между различными поверхностями.
  Идентификатор учебного ресурса:  H7F5TP

Трение | Определение, типы и формула

силы трения

См. все СМИ

Связанные темы:

коэффициент трения трение качения внутреннее трение прерывистое трение статическое трение

См. все связанные материалы →

трение , сила, препятствующая скольжению или качению одного твердого объекта по другому. Силы трения, такие как тяга, необходимая для ходьбы без скольжения, могут быть полезными, но они также в значительной мере препятствуют движению. Около 20% мощности двигателя автомобилей расходуется на преодоление сил трения в движущихся частях.

Основной причиной трения между металлами, по-видимому, являются силы притяжения, известные как адгезия, между контактными областями поверхностей, которые всегда микроскопически неравномерны. Трение возникает из-за сдвига этих «сварных» соединений и из-за действия неровностей более твердой поверхности, вспахивающих более мягкую поверхность.

Викторина «Британника»

Физика и естественное право

Два простых экспериментальных факта характеризуют трение скользящих тел. Во-первых, величина трения почти не зависит от площади контакта. Если кирпич тянут по столу, сила трения одинакова независимо от того, лежит ли кирпич горизонтально или стоит на торце. Во-вторых, трение пропорционально нагрузке или весу, который прижимает поверхности друг к другу. Если тянуть по столу стопку из трех кирпичей, трение в три раза больше, чем если тянуть один кирпич. Таким образом, коэффициент трения F для загрузки L постоянна. Это постоянное отношение называется коэффициентом трения и обычно обозначается греческой буквой мю ( μ ). Математически μ = F / L. Поскольку и трение, и нагрузка измеряются в единицах силы (например, в фунтах или ньютонах), коэффициент трения безразмерен. Значение коэффициента трения для случая, когда один или несколько кирпичей скользят по чистому деревянному столу, составляет около 0,5, что означает, что сила, равная половине веса кирпичей, требуется только для преодоления трения при перемещении кирпичей с постоянной скоростью. Сама сила трения направлена ​​против движения тела. Поскольку описанное выше трение возникает между поверхностями, находящимися в относительном движении, оно называется кинетическим трением.

Статическое трение, напротив, действует между покоящимися поверхностями относительно друг друга. Величина статического трения варьируется от нуля до наименьшей силы, необходимой для начала движения. Эта наименьшая сила, необходимая для начала движения или для преодоления статического трения, всегда больше, чем сила, необходимая для продолжения движения или для преодоления кинетического трения.

Трение качения возникает, когда колесо, шарик или цилиндр свободно катятся по поверхности, как в шариковых и роликовых подшипниках. Основным источником трения при прокатке является рассеяние энергии, связанной с деформацией объектов. Если твердый мяч катится по ровной поверхности, он несколько сплющивается, а ровная поверхность в местах соприкосновения имеет несколько углублений. Упругая деформация или сжатие, возникающие в передней части контактной области, являются препятствием для движения, которое не полностью компенсируется, поскольку вещества возвращаются к нормальной форме в задней части.