Súrlódási erőviszonyok. Súrlódási erő

Az oldal szakaszai

A szerkesztő választása:

Hirdető

itthon - Fűtés

2. PÉLDA

A minket körülvevő világban számos fizikai jelenség létezik: mennydörgés és villámlás, eső és jégeső, elektromos áram, súrlódás... Mai jelentésünket a súrlódásnak szenteljük. Miért keletkezik súrlódás, mire hat, mitől függ a súrlódási erő? És végül, a súrlódás barát vagy ellenség?

Mi az a súrlódási erő?

Egy kis felfutás után végigrohanhat a jeges úton. De próbáld meg normál aszfalton. Azonban nem érdemes próbálkozni. Semmi sem fog sikerülni. A kudarc felelőse egy nagyon nagy súrlódási erő lesz. Ugyanezen okból nehéz mozgatni egy hatalmas asztalt vagy mondjuk egy zongorát.

Két test érintkezési pontján mindig kölcsönhatás lép fel, amely megakadályozza az egyik test mozgását a másik felületén. Súrlódásnak hívják. És ennek a kölcsönhatásnak a nagysága a súrlódási erő.

A súrlódási erők fajtái

Képzeljük el, hogy egy nehéz szekrényt kell mozgatnia. Az erőd nyilvánvalóan nem elég. Növeljük a „nyíró” erőt. Ugyanakkor a súrlódási erő növekszik béke.És a szekrény mozgásával ellentétes irányba van irányítva. Végül a „nyíró” erő „győz”, és a szekrény eltávolodik. Most a súrlódási erő magához tér csúszás. De ez kisebb, mint a statikus súrlódási erő, és a szekrény tovább mozgatása sokkal könnyebb.

Természetesen meg kellett nézni, ahogy 2-3 ember elgurul egy nehéz autóval, hirtelen leállt motorral. Az autót tolók nem erősemberek, a súrlódási erő csak az autó kerekeire hat gördülő. Ez a fajta súrlódás akkor lép fel, amikor az egyik test egy másik felületére gördül. Egy labda, egy kerek vagy csiszolt ceruza, egy vonat kerekei stb. gurulhatnak. Ez a fajta súrlódás sokkal kisebb, mint a csúszó súrlódási erő. Ezért nagyon könnyű mozgatni a nehéz bútorokat, ha kerekekkel vannak felszerelve.

De ebben az esetben a súrlódási erő a test mozgása ellen irányul, ezért csökkenti a test sebességét. Ha nem lenne „káros természete”, ha kerékpáron vagy görkorcsolyán gyorsult volna, a végtelenségig élvezhetné az utazást. Ugyanezen okból kifolyólag egy leállított motorral rendelkező autó egy ideig tehetetlenségből mozog, majd megáll.

Tehát ne feledje, háromféle súrlódási erő létezik:

csúszó súrlódás;
gördülési súrlódás;
statikus súrlódás.

A sebesség változásának sebességét gyorsulásnak nevezzük. De mivel a súrlódási erő lelassítja a mozgást, ennek a gyorsulásnak mínusz előjele lesz. Helyes lenne azt mondani A súrlódás hatására a test lassulva mozog.

Mi a súrlódás természete

Ha egy csiszolt asztal vagy jég sima felületét nagyítón keresztül vizsgáljuk, apró érdességeket láthatunk, amelyekhez a felületén csúszó vagy gördülő test tapad. Hiszen egy ezeken a felületeken mozgó testnek is vannak hasonló kiemelkedései.

Az érintkezési pontokon a molekulák olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy vonzzák egymást. De a test tovább mozog, az atomok távolodnak egymástól, a köztük lévő kötések megszakadnak. Ez a vonzástól megszabadult atomokat rezgésbe hozza. Körülbelül úgy, ahogy a feszültségtől megszabadult rugó oszcillál. A molekulák ezen rezgését melegedésként érzékeljük. Ezért a súrlódás mindig együtt jár az érintkező felületek hőmérsékletének növekedésével.

Ez azt jelenti, hogy a jelenségnek két oka van:

szabálytalanságok az érintkező testek felületén;
intermolekuláris vonzási erők.

Mitől függ a súrlódási erő?

Bizonyára Ön is észrevette a szán hirtelen fékezését, amikor homokos területre csúszik. És még egy érdekes megfigyelés: ha egy ember van a szánon, akkor egy irányba mennek le a dombról. És ha két barát összecsúszik, a szán gyorsabban megáll. Ezért a súrlódási erő:

az érintkező felületek anyagától függ;
emellett a súrlódás a testtömeg növekedésével nő;
a mozgással ellentétes irányba hat.

A fizika csodálatos tudománya azért is jó, mert sok függőséget nemcsak szavakkal, hanem speciális jelek (képletek) formájában is ki lehet fejezni. A súrlódási erő tekintetében ez így néz ki:

Ftr = kN Ahol:

Ftr - súrlódási erő.

k - súrlódási együttható, amely a súrlódási erő anyagtól való függőségét és a feldolgozás tisztaságát tükrözi. Tegyük fel, hogy ha fém gördül fémen, k=0,18, ha jégen korcsolyázunk, k=0,02 (súrlódási tényező mindig kisebb, mint egy);

N a támaszra ható erő. Ha a test vízszintes felületen van, ez az erő egyenlő a test súlyával. A ferde síknál kisebb súlyú, és a dőlésszögtől függ. Minél meredekebb a csúszda, annál könnyebben csúszik le, és annál tovább tud közlekedni.

És a szekrény statikus súrlódási erejét ezzel a képlettel kiszámítva megtudjuk, milyen erőt kell kifejteni ahhoz, hogy elmozdítsa a helyéről.

A súrlódási erő munkája

Ha egy testre olyan erő hat, amelynek hatása alatt a test mozog, akkor a munka mindig megtörténik. A súrlódási erő munkájának megvannak a maga sajátosságai: végül is nem okoz mozgást, hanem megakadályozza azt. Ezért az általa végzett munka az mindig negatív lesz, pl. mínusz jellel, függetlenül attól, hogy a test milyen irányban mozog.

A súrlódás barát vagy ellenség?

A súrlódási erők mindenhová elkísérnek bennünket, kézzelfogható károkat és... óriási hasznot hozva. Képzeljük el, hogy a súrlódás megszűnt. A megdöbbent szemlélő azt látná, hogyan dőlnek össze a hegyek, hogyan tépik ki maguktól a fákat a földből, a hurrikán szelek és a tenger hullámai végtelenül uralják a földet. Valahol minden test lecsúszik, a szállítóeszköz külön részekre esik szét, mivel a csavarok súrlódás nélkül nem töltik be szerepüket, egy láthatatlan szörnyeteg kioldotta volna az összes csipkét és csomót, a súrlódási erők által nem tartott bútorok becsúszott a szoba legalsó sarkába.

Próbáljunk meg menekülni, menekülni ebből a káoszból, de súrlódások nélkül Egy lépést sem fogunk tudni megtenni. Végül is a súrlódás az, ami segít abban, hogy séta közben kilökjünk a talajtól. Most már világos, hogy a csúszós utakat miért borítja homok télen...

Ugyanakkor a súrlódás néha jelentős károkat okoz. Az emberek megtanulták csökkenteni és növelni a súrlódást, amiből óriási előnyök származnak. Például a kerekeket nehéz terhek vontatására találták ki, a csúszósúrlódást gördüléssel helyettesítve, ami lényegesen kisebb, mint a csúszósúrlódás.

Mert egy gördülő testnek nem kell sok apró felületi egyenetlenséget elkapnia, mint amikor a testek csúsznak. Ezután a kerekeket mély mintázatú gumikkal (futófelülettel) szerelték fel.

Észrevetted, hogy az összes gumi gumi és fekete?

Kiderült, hogy a gumi jól tartja a kerekeket az úton, a gumihoz adott szén pedig fekete színt és a szükséges merevséget, szilárdságot ad neki. Ezen kívül közúti balesetek esetén lehetővé teszi a féktávolság mérését. Végül is fékezéskor a gumik tiszta fekete nyomot hagynak.

Ha szükséges, csökkentse a súrlódást, használjon kenőolajokat és száraz grafit kenőanyagot. Figyelemre méltó találmány volt a különböző típusú golyóscsapágyak létrehozása. Sokféle mechanizmusban használják őket, a kerékpároktól a legújabb repülőgépekig.

Van-e súrlódás a folyadékokban?

Amikor egy test áll a vízben, nem lép fel súrlódás a vízzel. De amint mozogni kezd, súrlódás keletkezik, pl. A víz ellenáll a benne lévő testek mozgásának.

Ez azt jelenti, hogy a part súrlódást okozva „lelassítja” a vizet. És mivel a víz súrlódása a parton csökkenti a sebességét, nem szabad a folyó közepébe úszni, mert ott sokkal erősebb az áramlás. A halak és tengeri állatok úgy vannak kialakítva, hogy testük súrlódása a vízen minimális legyen.

A tervezők ugyanazt az egyszerűsítést adják a tengeralattjáróknak.

További természeti jelenségekkel való ismerkedésünk folytatódik. Viszontlátásra, barátaim!

Ha ez az üzenet hasznos volt számodra, szívesen látlak

MEGHATÁROZÁS

A második egyenletből:

Súrlódási erő:

Ha a súrlódási erő kifejezését behelyettesítjük az első egyenletbe, a következőt kapjuk:

Teljes leállásig fékezéskor a busz sebessége értékről nullára csökken, így a busz:

A busz vészfékezés közbeni gyorsítására vonatkozó összefüggések jobb oldalát egyenlővé téve a következőt kapjuk:

hol van az idő, amíg a busz teljesen leáll:

Gravitációs gyorsulás m/s

A fizikai mennyiségek számértékeit behelyettesítve a képletbe, kiszámítjuk:

Válasz

A busz megáll a c.

Gyakorlat

Egy kis testet egy ferde síkra helyeztek, amely szöget zár be a horizonttal, és elengedték. Mekkora utat tesz meg a test 3 s alatt, ha a test és a felület közötti súrlódási együttható 0,2?

Megoldás

Készítsünk rajzot, és jelöljük meg a testre ható összes erőt.

A testre a gravitáció, a talajreakcióerő és a súrlódási erő hat

Válasszunk egy koordináta-rendszert az ábrán látható módon, és vetítsük ezt a vektoregyenlőséget a koordináta tengelyére:

A második egyenletből:

Még az iskolai évek alatt, a hetedik vagy nyolcadik osztályban mindenki megismerkedik a dinamikus fizika egy új fogalmával - a súrlódással. Sokan azonban az érettség után elfelejtik, hogyan működik ez az erő. Próbáljuk megérteni ezt a témát.

A fogalom meghatározása

A súrlódás olyan jelenség, amelynek jelentése a következő: amikor két test érintkezik egymással, az érintkezési pontjukon speciális kölcsönhatás jön létre, amely megakadályozza, hogy a testek egymáshoz képest tovább mozogjanak. Nyilvánvaló, hogy ki lehet számítani e testek kölcsönhatásának értékét. Pontosan ez jellemzi ezt a kölcsönhatást mennyiségileg. Ha szilárd testek között súrlódás lép fel (például egy könyv és egy könyvespolc vagy egy alma és egy asztal kölcsönhatása), akkor ezt a kölcsönhatást száraz súrlódásnak nevezzük.

Meg kell érteni, hogy a súrlódás elektromágneses természetű erő. Ez azt jelenti, hogy ennek az erőnek az oka az adott testet alkotó részecskék közötti kölcsönhatás.

Milyen a súrlódás?

A világunkban létező tárgyak sokféleségének köszönhetően megállapítható, hogy mindegyiknek megvan a maga szerkezete és egyedi tulajdonságaik. Ez azt jelenti, hogy a különböző objektumok közötti interakció eltérő lesz. A fizika számos problémájának lényegének helyes megértéséhez és hozzáértő megoldásához a súrlódás három típusát hagyományosan fel kell osztani. Tehát nézzük mindegyiket külön:

Első súrlódás Statikus súrlódás, amely két test relatív mozgásának hiányában lép fel. Mindenhol láthatunk rá példát, mert az e súrlódás által keltett erő egyensúlyban tartja a tárgyakat. Például áruk mozgó szállítószalagon, falba ütött szög, vagy a padlón álló személy.
Csúszó súrlódás- ez feltételesen a második súrlódás. A csúszás jelentését a következőképpen definiáljuk: ha egy egyensúlyban lévő testre a statikus súrlódási erőnél nagyobb erő hat, a csúszó súrlódási erő hatni kezd, és a test elmozdul a helyéről.
És végül, gördülési súrlódás, amely két test kölcsönhatását magyarázza, amelyek közül az egyik átgördül a másik felületén. A különbség és a csúszás azzal magyarázható, hogy bármilyen mozgásnál a test területei az érintkezési felület hosszában eltolódnak, és a megszakadt molekulák közötti kötések helyett újak jönnek létre. És abban az esetben, ha a kerék csúszás nélkül gördül, a molekuláris kötések a kerék szakaszainak emelésekor sokkal gyorsabban megszakadnak, mint csúszáskor. Kiderül, hogy a gördülési súrlódási erő kisebb, mint a csúszóerő.

Hol és hogyan használható a súrlódás?

A súrlódás pótolhatatlan jelenség, enélkül nem tudnánk alapvető dolgokat csinálni: sétálni, ülni, vagy egyszerűen csak tárgyakat a kezünkben tartani. Ezért ne becsülje alá a súrlódás jelentőségét. Ahogy Guillaume francia fizikus mondta: "Ha nem lenne súrlódás, Földünk egyetlen érdesség nélkül lenne, olyan lenne, mint egy cseppfolyós".

A súrlódást legpontosabban jellemzõ példa talán a kerék mûködése. Már az ókorban is észrevették, hogy a gördülési súrlódási erők sokkal kisebbek, mint a csúszó súrlódási erők. A gördülési súrlódás tagadhatatlan előnyei miatt az emberek rönköket vagy hengereket használtak a nehéz és terjedelmes terhek mozgatására. Idővel az emberek továbbfejlesztették tudásukat a gördülési súrlódás csodálatos tulajdonságairól, megfigyelték a tárgyak mozgását a súrlódási erők hatására, és végül feltalálták a kereket! A modern világban lehetetlen elképzelni az életet ezek nélkül a pótolhatatlan alkatrészek nélkül, mert a kerekek minden közlekedési eszköz második „motorjai”!

Hogyan kell kiszámítani a súrlódási erőt?

Mint minden másnak, ennek is vannak egész értékei. Annak érdekében, hogy pontosan meghatározzuk, mekkora erő szükséges a mozgatáshoz vagy más típusú munkákhoz, ki kell számítani a statikus súrlódási erőt. Általában ezt teszik a mérnökök, amikor például gyárakat építenek vagy új eszközöket találnak fel. Azonban még a hétköznapi iskolások is szembesülnek bizonyos feladatokkal, ahol ki kell számítaniuk a súrlódási erőt. Tehát az érték kiszámításához csak egy egyszerű képletet kell használnia: F súrlódás = K * N, ahol k a súrlódási együttható. Az összes együttható értéke mindig attól függ, hogy a test mely felületén mozog, vagy amellyel kölcsönhatásba lép. Képletünkben az "N" a testre ható erőt jelenti. Elsősorban a támasztófelülettel érintkező test tömegétől függ.

Számítsa ki a feladatban szereplő erő értékét!

Tegyük fel, hogy egy m = 3 kg tömegű test egy vízszintes táblán van. a fatábla és a test között 0,3. Hogyan találjuk meg a súrlódási erő értékét? Ez nagyon egyszerű, mindössze annyit kell tennie, hogy behelyettesíti értékeinket a képletbe. Csak azt kell figyelembe venni, hogy N ebben az esetben egyenlő a test súlyával (Newton 3. törvénye szerint). Tehát a szükséges erő (m * g) * k = (3 kg * 10 m/s 2) * 0,3 = 9 N.

Mindenki tudja, milyen nehéz nehéz tárgyakat mozgatni bármilyen felületen. Ez annak köszönhető, hogy a szilárd anyag felülete nem tökéletesen sima, és sok bevágást tartalmaz (különböző méretűek, amelyek a csiszolás során csökkennek). Amikor két test érintkezik, a fogak összefonódnak. Hagyjunk egy kis erőt (F) az egyik testre érintőlegesen az érintkező felületekre irányítani. Ennek az erőnek a hatására a hornyok deformálódnak (elhajlanak). Ezért az érintkező felületek mentén rugalmas erő jelenik meg. A testre ható rugalmas erő, amelyre az F erő hat, kiegyenlíti azt, és a test nyugalomban marad.

Statikus súrlódási erő – az egymással érintkező testek határán relatív mozgásuk hiányában fellépő erő.

A statikus súrlódási erő érintőlegesen az érintkező testek felületére irányul (10. ábra) az F erővel ellentétes irányban, és nagyságrendjében megegyezik vele: Ftr = - F.

Az F erőmodulus növekedésével a horgas hornyok hajlítása megnő, és végül elkezdenek eltörni, és a test elkezd mozogni.

Csúszó súrlódási erő – ez az az erő, amely az érintkező testek határán keletkezik relatív mozgásuk során.

A csúszó súrlódási erővektor a test sebességvektorával ellentétes irányban irányul ahhoz a felülethez képest, amelyen csúszik.

Egy szilárd felületen csúszó testet a normál mentén irányított P gravitációs erő nyomja rá. Ennek eredményeként a felület meghajlik és megjelenik egy N rugalmas erő (normál nyomáserő vagy támasztó reakció), amely kompenzálja a P nyomóerőt (N = - P).

Minél nagyobb az N erő, annál mélyebb a bevágások markolata, és annál nehezebb eltörni őket. A tapasztalat azt mutatja, hogy a csúszó súrlódási erő modulusa arányos a normál nyomás erejével:

A μ dimenzió nélküli együtthatót csúszósúrlódási együtthatónak nevezzük. Ez függ az érintkező felületek anyagától és csiszolásuk mértékétől. Például síléceken való utazáskor a súrlódási tényező függ a kenőanyag minőségétől (modern drága kenőanyagok), a sípálya felületétől (puha, laza, tömörített, jeges), a hó adott állapotától, a levegő hőmérséklete és páratartalma stb. Számos változó tényezőt határoz meg az, hogy az együttható nem állandó. Ha a súrlódási együttható 0,045-0,055 tartományba esik, akkor a csúszást jónak tekintjük.

A táblázat a csúszó súrlódási együttható értékeit mutatja különböző érintkező testeknél.

Csúszó súrlódási együtthatók különféle esetekre

A súrlódási erő szerepe sok esetben pozitív. Ennek az erőnek köszönhető az emberek, állatok és a szárazföldi közlekedés mozgása. Tehát séta közben az ember, megfeszítve a támasztó láb izmait, eltolja a talajt, és megpróbálja visszamozdítani a talpát. Ezt az ellenkező irányba - előre - irányított statikus súrlódási erő akadályozza meg (11. ábra).

A súrlódási erő (Ftr.) olyan erő, amely két test felületének érintkezésekor keletkezik, és megakadályozza egymáshoz viszonyított mozgásukat. Úgy tűnik, hogy az atomok és molekulák által keltett elektromágneses erők e két tárgy érintkezési pontján keletkeznek.

A mozgó tárgy megállításához az erőnek a mozgás irányával ellentétes irányban kell hatnia. Például, ha áttolsz egy könyvet az asztalon, az elkezd mozogni. A könyvre alkalmazott erő megmozgatja. A könyv csúszik, majd a súrlódás miatt lelassul és megáll.

A súrlódási erők jellemzői

A fent említett súrlódást, amely a tárgyak mozgásakor jelentkezik, külsőnek vagy száraznak nevezzük. De létezhet egy objektum részei vagy rétegei között is (ezt a típust belsőnek nevezik).
A fő jellemző a súrlódásnak a testek relatív mozgásának sebességétől való függése.
Vannak más jellemző tulajdonságok is:

olyan előfordulás, amikor két mozgó test érintkezik a felületekkel;
hatása párhuzamos az érintkezési területtel;
a testsebesség-vektorral ellentétes irányú;
a felületek (sima vagy érdes) és a kölcsönhatásban lévő tárgyak minőségétől függ;
A gázban vagy folyadékban mozgó tárgy alakja vagy mérete befolyásolja a súrlódási erő nagyságát.

A súrlódás típusai

Több típusa van. Nézzük a különbségeiket. Az asztalon csúszó könyv csúszási súrlódásnak van kitéve.

Csúszó súrlódási erő

Ahol N a talaj reakcióereje.

Kérjük, vegye figyelembe néhány helyzetet:

Ha valaki kerékpáron közlekedik, akkor a keréknek az úttal való érintkezésekor fellépő súrlódás gördülési súrlódás. Ez a fajta erő lényegesen kisebb, mint a csúszó súrlódási erő.

Gördülési súrlódási erő

Az ilyen típusú erők lényegesen kisebb értékeit használják az emberek, akik kerekeket, görgőket és golyóscsapágyakat használnak az eszközök különböző mozgó részein.

Charles Augustin Coulomb a súrlódáselméletről szóló munkájában a gördülési súrlódási erő kiszámítását a következőképpen javasolta:

,
μ - súrlódási tényező.
A kenőanyag, leggyakrabban vékony folyadékréteg formájában, csökkenti a súrlódást.
A folyadékok vagy gázok speciális közegek, amelyekben ez a fajta erő is megnyilvánul. Ezekben a környezetekben a súrlódás csak akkor lép fel, amikor az objektum mozog. Ezekben a médiumokban nem lehet statikus súrlódási erőről beszélni.

Súrlódási erő folyadékokban és gázokban

Ezt az erőtípust a közeg ellenállási erejének nevezzük. Lelassítja egy tárgy mozgását. Az objektum áramvonalasabb formája befolyásolja a húzóerő nagyságát – jelentősen csökken. Ezért a hajógyártásban áramvonalas hajótesteket vagy tengeralattjárókat használnak.
A közeg ellenállási ereje a következőktől függ:

a tárgy geometriai méretei és alakja;
folyékony vagy gáznemű közeg viszkozitása;
az objektum felületének állapota;
egy tárgy sebessége ahhoz a környezethez képest, amelyben található.

Olvas:

Az Oroszlán és a Skorpió kompatibilitása: félnie kell a tűznek a víztől? A patkány évében született oroszlán férfi jellemzői Miért álmodsz egy csónakról a vízen. Miért álmodsz egy hajóról? Felnőtt lányát látni álomban Miért álmodik egy kecskéről - miért álmodik egy fehér kecske álomkönyvről