PRIMER 2

Že v šolskih letih, v sedmem ali osmem razredu, se vsak človek seznani z novim konceptom dinamične fizike - trenjem. Vendar pa mnogi, ko dozorijo, pozabijo, kako ta sila deluje. Poskusimo razumeti to temo.

Opredelitev pojma

Trenje je pojav, ki ima naslednji pomen: ko dve telesi prideta v stik drug z drugim, nastane na mestu njunega stika posebna interakcija, ki prepreči, da bi se telesi med seboj še naprej gibali. Jasno je, da je mogoče izračunati vrednost interakcije teh teles. Točno to je tisto, kar je kvantitativno značilno za to interakcijo. Če pride do trenja med trdnimi telesi (na primer interakcija knjige s knjižno polico ali jabolka z mizo), potem takšno interakcijo imenujemo suho trenje.

Treba je razumeti, da je trenje sila elektromagnetne narave. To pomeni, da je vzrok te sile interakcija med delci, ki sestavljajo določeno telo.

Kakšno je trenje?

Zahvaljujoč raznolikosti predmetov, ki obstajajo v našem svetu, je mogoče ugotoviti, da ima vsak od njih svojo strukturo in ima posamezne lastnosti. To pomeni, da interakcija med razne predmete bo drugačen. Za pravilno razumevanje bistva in kompetentno rešitev številnih problemov v fiziki je običajno običajno razdeliti tri vrste trenja. Torej, poglejmo vsakega posebej:

• Prvo trenje je statično trenje, ki se pojavi v odsotnosti relativnega gibanja dveh teles. Primere tega lahko vidimo povsod, saj sila, ki nastane zaradi tega trenja, ohranja predmete v ravnovesju. Na primer blago na premikajočem se tekočem traku, žebelj, zabit v steno, ali oseba, ki stoji na tleh.
• Drsno trenje- to je pogojno drugo trenje. Pomen drsenja je definiran takole: ko na telo v ravnotežju deluje sila, ki je večja od sile statičnega trenja, začne delovati sila trenja drsenja in telo se premakne s svojega mesta.
• In končno, kotalno trenje, ki pojasnjuje interakcijo dveh teles, od katerih se eno kotali po površini drugega. Razliko med drsenjem in drsenjem pojasnjujemo s tem, da se s kakršnim koli gibanjem področja telesa premaknejo po dolžini kontaktne površine in namesto pretrganih medmolekularnih vezi nastanejo nove. In v primeru, ko se kolo kotali brez zdrsa, se molekularne vezi pri dvigovanju odsekov kolesa porušijo veliko hitreje kot pri drsenju. Izkazalo se je, da je sila kotalnega trenja manjša od sile drsenja.

Kje in kako lahko uporabimo trenje?

Trenje je nenadomestljiv pojav, brez katerega ne bi mogli početi osnovnih stvari: hoditi, sedeti ali preprosto držati predmetov v rokah. Zato ne podcenjujte pomena trenja. Kot je rekel francoski fizik Guillaume: "Če ne bi bilo trenja, bi bila naša Zemlja brez ene same hrapavosti, bila bi kot kaplja tekočine."

morda, najboljši primer, ki najbolj natančno označuje trenje, je delo kolesa. Že v starih časih so opazili, da so sile kotalnega trenja veliko manjše od sil drsnega trenja. Nesporne prednosti kotalnega trenja so bile tiste, zaradi katerih so ljudje uporabljali hlode ali valje za premikanje težkih in kosovnih bremen. Sčasoma so ljudje izboljšali svoje znanje o neverjetne lastnosti kotalno trenje, opazoval gibanje predmetov pod vplivom tornih sil in končno izumil kolo! IN sodobni svet Nemogoče si je predstavljati življenje brez teh nenadomestljivih delov, saj so kolesa drugi "motor" vsakega transporta!

Kako izračunati silo trenja?

Kot vsaka druga ima celoštevilske vrednosti. Da bi natančno določili, koliko sile je potrebno za premikanje ali druge vrste dela, je treba izračunati silo statičnega trenja. To običajno počnejo inženirji, ko na primer gradijo tovarne ali izumljajo nove naprave. Vendar pa se s tem soočajo tudi običajni šolarji posebne naloge, kjer je treba izračunati silo trenja. Če želite izračunati njegovo vrednost, morate uporabiti preprosto formulo: F trenje = K * N, kjer je k koeficient trenja. Vrednost vseh koeficientov je vedno odvisna od površine predmeta, po kateri se telo giblje ali s katero deluje. "N" v naši formuli pomeni silo na telo. Odvisna je predvsem od mase telesa, ki je v stiku z oporno površino.

Izračunajte vrednost sile v nalogi

Recimo, da je na vodoravni deski telo z maso m = 3 kg. med lesena plošča in telo je 0,3. Kako najti vrednost sile trenja? Zelo preprosto je, vse kar morate storiti je, da v formulo nadomestite naše vrednosti. Upoštevati morate le, da je N v tem primeru enak teži telesa (po Newtonovem 3. zakonu). Zahtevana sila je torej enaka (m * g) * k = (3 kg * 10 m/s 2) * 0,3 = 9 N.

Vsi vedo, kako težko je premikati težke predmete na kateri koli površini. To je posledica dejstva, da površina trdne snovi ni popolnoma gladka in vsebuje veliko zarez (imajo različne velikosti, ki se med brušenjem zmanjšajo). Ko dve telesi prideta v stik, se zoba zaskočita. Naj na eno od teles deluje majhna sila (F), ki je usmerjena tangencialno na dotične površine. Pod vplivom te sile se zareze deformirajo (upognejo). Zato se bo pojavila elastična sila, usmerjena vzdolž kontaktnih površin. Prožnostna sila, ki deluje na telo, na katerega deluje sila F, jo izravna in telo ostane v mirovanju.

Sila statičnega trenja – sila, ki nastane na meji dotikajočih se teles, če ni njihovega relativnega gibanja.

Statična sila trenja je usmerjena tangencialno na površino kontaktnih teles (slika 10) v smeri, nasprotni sili F, in ji je enaka po velikosti: Ftr = - F.

Ko se modul sile F poveča, se bo upogib kavljastih zarez povečal in sčasoma se bodo začele lomiti in telo se bo začelo premikati.

Sila drsnega trenja – to je sila, ki nastane na meji dotikajočih se teles med njihovim relativnim gibanjem.

Vektor sile drsnega trenja je usmerjen nasproti vektorju hitrosti telesa glede na površino, po kateri drsi.

Telo, ki drsi po trdni podlagi, nanjo pritiska sila težnosti P, usmerjena vzdolž normale. Zaradi tega se površina upogne in pojavi se elastična sila N (normalna tlačna sila ali reakcija podpore), ki kompenzira pritisno silo P (N = - P).

Večja kot je sila N, globlji je prijem zarez in težje jih je zlomiti. Izkušnje kažejo, da je modul sile drsnega trenja sorazmeren sili normalnega tlaka:

Brezdimenzijski koeficient μ imenujemo koeficient drsnega trenja. Odvisno je od materialov kontaktnih površin in stopnje njihovega brušenja. Na primer, pri vožnji na smučeh je koeficient trenja odvisen od kakovosti maziva (sodobna draga maziva), površine smučarske proge (mehka, ohlapna, zbita, poledenela), določenega stanja snega, odvisno od temperatura in vlažnost zraka itd. Veliko število spremenljivih dejavnikov določa koeficient ni konstanten. Če je koeficient trenja v območju 0,045 - 0,055, velja, da je drsenje dobro.

Tabela prikazuje vrednosti koeficienta drsnega trenja za različna telesa v stiku.

Koeficienti trenja drsenja za različne primere

Vloga sile trenja je v mnogih primerih pozitivna. Zahvaljujoč tej sili je gibanje ljudi, živali in kopenski promet. Torej, pri hoji se oseba, ki napne mišice podporne noge, odriva od tal in poskuša premakniti podplat nazaj. To preprečuje sila statičnega trenja, usmerjena proti hrbtna stran– naprej (slika 11).

Sila trenja (Ftr.) je sila, ki nastane ob stiku površin dveh teles in prepreči njuno relativno gibanje. Pojavi se zaradi elektromagnetnih sil, ki jih ustvarjajo atomi in molekule na točki stika teh dveh predmetov.

Za zaustavitev premikajočega se predmeta mora sila delovati v nasprotni smeri od smeri gibanja. Na primer, če potisnete knjigo čez mizo, se bo začela premikati. Sila, s katero pritisnete na knjigo, jo bo premaknila. Knjiga drsi, nato pa se zaradi trenja upočasni in ustavi.

Značilnosti sil trenja

Zgoraj omenjeno trenje, ki se pojavi pri premikanju predmetov, imenujemo zunanje ali suho. Lahko pa obstaja tudi med deli ali plastmi enega predmeta (tekočega ali plinastega tipa);
Glavna značilnost imenujemo odvisnost trenja od hitrosti relativnega gibanja teles.
Obstajajo še druge značilne lastnosti:

• pojav, ko dve gibajoči se telesi prideta v stik s površinami;
• njegovo delovanje je vzporedno z območjem stika;
• usmerjen nasproti vektorju telesne hitrosti;
• odvisno od kakovosti površin (gladkih ali hrapavih) in medsebojno delujočih predmetov;
• Oblika ali velikost predmeta, ki se premika v plinu ali tekočini, vpliva na velikost sile trenja.

Vrste trenja

Obstaja več vrst. Poglejmo njihove razlike. Knjiga, ki drsi po mizi, je podvržena drsnemu trenju.

Sila drsnega trenja

Kjer je N sila reakcije tal.

Upoštevajte nekaj situacij:

Če se človek vozi s kolesom, potem je trenje, ki nastane med stikom kolesa s cesto, kotalno trenje. Ta vrsta sile je po velikosti bistveno manjša od sile drsnega trenja.

Kotalna sila trenja

Bistveno manjše vrednosti te vrste sile uporabljajo ljudje, ki uporabljajo kolesa, valje in kroglične ležaje v različnih gibljivih delih naprav.

Charles Augustin Coulomb je v svojem delu o teoriji trenja predlagal izračun sile kotalnega trenja na naslednji način:

,
μ - koeficient trenja.
Mazivo, največkrat v obliki tanke plasti tekočine, zmanjšuje trenje.
Tekočine ali plini so posebna okolja, v katerih ta tip moč V teh okoljih do trenja pride le, ko se predmet premika. O sili statičnega trenja v teh medijih je nemogoče govoriti.

Sila trenja v tekočinah in plinih

Ta vrsta sile se imenuje sila upora medija. Upočasnjuje gibanje predmeta. Bolj poenostavljena oblika predmeta vpliva na velikost sile upora - znatno se zmanjša. Zato se v ladjedelništvu uporabljajo poenostavljeni trupi ladij ali podmornic.
Sila upora medija je odvisna od:

• geometrijske dimenzije in oblika predmeta;
• viskoznost tekočega ali plinastega medija;
• stanje površine predmeta;
• hitrost predmeta glede na okolje, v katerem se nahaja.