Способ уменьшить силу трения

Способ уменьшить силу трения

Письмо с инструкцией по восстановлению пароля
будет отправлено на вашу почту

• Главная
• 5-Класс
• Естествознание
• Видеоурок «Сила трения. Способы увеличения и уменьшения трения.»

Каждый из нас катался на санках или на лыжах, а кто задавал себе вопрос: «Почему я как бы сильно не оттолкнулся, все равно рано или поздно остановлюсь»?

Представьте такую картинку – учебник, лежит на парте. Если его толкнуть, то есть приложить к нему силу, то он изменит скорость с нулевого значения до какого-то определенного. Однако через некоторое время учебник остановится.

Мы уже знаем, что изменение скорости тела есть результат приложения силы. Какая же сила подействовала в этом случае?

Остановиться учебнику помогла сила трения. Сила трения возникает при движении одних тел по поверхности других, и когда тело пытаются сдвинуть с места.

От чего возникает сила трения?

Для ответа на этот вопрос можно проделать простейший эксперимент. Попробуем провести линию простым карандашом сначала на бумаге, а затем на стекле. На бумаге у нас это сделать получится, а на стекле нет. Это происходит потому, что поверхность бумаги и грифеля карандаша имеет неровности, если посмотреть на них под микроскопом. Частицы грифеля как бы зацепляются за шероховатости бумаги и остаются там. Поверхность же стекла гладкая и мы такого не наблюдаем.

Отсюда можно сделать вывод о том, что величина силы трения зависит от наличия шероховатостей соприкасающихся поверхностей.

А исчезнет ли сила трения в том случае, когда обе поверхности будут гладко отшлифованы? Для ответа на этот вопрос можно провести следующий эксперимент: с поверхности воды попытаемся оторвать стекло или зеркало. Это сделать достаточно сложно. В этом случае сила трения возникать тоже будет, но причина ее существования другая – взаимное притяжение молекул соприкасающихся поверхностей. И в последнем примере величина силы трения будет в разы больше.

Помимо величины сила должна иметь направление. Сила трения всегда направлена в противоположную движению тела сторону.

Трение бывает трех видов:

1. Трение покоя. Все тела покоятся на месте только благодаря трению покоя. В противном случае все бы падало.

2. Трение скольжения. Примером данного вида трения может служить катание с горы на санках.

3. Трение качения. Примером может быть движение и остановка автомобиля.

Из всех трех видов наибольшей величиной обладает трение покоя, а наименьшей – трение качения. Катить легче, чем волочить. Именно поэтому во всех инженерных сооружениях и технике, где это возможно, скольжение заменяют на качение.

Так для постройки памятника Петру I в Санкт-Петербурге, громадную каменную глыбу весом около 1000 тонн доставили в город на катках, поскольку дотащить волоком постамент для памятника основателю города, было бы невозможно.

Величину силы трения можно измерить динамометром, а измеряется она в Ньютонах.

С точки зрения пользы для человека трение может быть вредным и полезным. К примеру, когда начинает скрипеть и плохо открываться дверь трение считается вредным. Полезным можно назвать то трение, при котором велосипедист может остановиться на светофоре. Если бы его не было, то он продолжал бы неконтролируемое движение. В некоторых случаях для того, чтобы уменьшить трение применяют различные смазочные материалы. Ни один подшипник без технического масла работать не сможет.

Таким образом, трение имеет крайне важное значение в нашей жизни. Трение не только позволяет контролировать движение, оно способствует также и устойчивости тел.

Не будь его, все будет катиться, и скользить, пока не окажется на одном уровне. Гвозди и винты выскользнут из стен, ткани расползутся, ни одну пуговицу невозможно будет пришить, нитки просто не будут держаться ни в иглах, ни в тканях.

Без трения покоя мы бы не могли ни ходить, не ездить. Вспомните, как трудно передвигаться в гололед. Причиной возникновения силы трения может быть либо наличие шероховатостей на соприкасающихся поверхностях, либо взаимное притяжение молекул взаимодействующих тел. Сила трения измеряется в Ньютонах и направлена в противоположную движения тела сторону.

Источник

Сила трения. Способы уменьшения трения

Как увеличить трение. Вы никогда не задумывались, почему ваши руки становятся теплыми, когда вы трете их друг о друга, или почему трением двух деревяшек можно добыть огонь? Ответ – трение! Когда два тела перемещаются относительно друг…

Способы уменьшения трения

трение закон скольжение качение

В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями).

Влияние смазки заключается в том, что между трущимися поверхностями вводится слой вязкой жидкости, которая заполняет все неровности поверхностей и, прилипая к ним, образует два трущихся слоя жидкости (рис. 15)

Рис. 15. Влияние смазки.

Поэтому вместо трения двух твердых поверхностей при смазке возникает внутреннее трение жидкости, которое значительно меньше внешнего трения двух твердых поверхностей. Применение смазочных масел уменьшает трение в 8-10 раз. Типичный пример значения смазки представляет бег конькобежца на коньках. В результате действия силы со стороны конькобежца на нож конька снег тает и под коньком появляется вода, которая вновь замерзает, после того как пробежал конькобежец и исчезло давление. Однако в механизмах вода для смазки не годится, поскольку вследствие малой вязкости она выдавливалась бы из зазора неровностей между трущимися поверхностями.

Во всех машинах есть одна общая черта: в любой из них что-нибудь обязательно вращается. И везде есть неразлучная пара – ось и её подпорка – подшипник

Поскольку силы трения качения значительно меньше сил трения скольжения, то в машинах и механизмах в большинстве случаев подшипники скольжения заменяют подшипниками качения (рис. 16).

Рис. 16. Подшипник.

Подшипник состоит из двух колец. Одно из них – внутреннее – плотно насажено на ось и вращается вместе с ней. Другое – наружное кольцо – неподвижно зажато между основанием и крышкой подшипника.

Эти кольца – обоймы имеют на обращенных друг к другу поверхностях выточенные канавки. Между обойм находятся стальные шарики. При кручении подшипника шарики катятся по канавкам в обоймах.

Чем лучше отполированы поверхности дорожек и шариков, тем меньше трение. Чтобы шарики не сбегались в одну кучу, их разделяет сепаратор. Сепараторы обычно делаются пластиковые, стальные или бронзовые.

При вращении в таком подшипнике появляется трение качения. Потери на трение в шариковом подшипнике раз в 20-30 меньше, чем в подшипнике скольжения! Подшипники качения делают не только с шариками, но и с роликами разной формы. Без подшипников качения современная промышленность и транспорт были бы невозможны.

В настоящее время широко применяется такой способ уменьшения трения при движении транспортных средств, как воздушная подушка.

Воздушная подушка (рис. 17) — это слой сжатого воздуха под транспортным средством, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Слой сжатого воздуха создаётся вентиляторами. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

Рис. 17 Воздушная подушка.

Схема работы судна с воздушной подушкой: 1 — маршевые винты; 2 — поток воздуха; 3 — вентилятор; 4 — гибкая перепонка (юбка).

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку – слой сжатого воздуха.

Закон Амонтона-Кулона с учетом адгезии

Для большинства пар материалов значение коэффициента трения μ не превышает 1 и находится в диапазоне 0,1 — 0,5. Если коэффициент трения превышает 1 (μ > 1), это означает, что между контактирующими телами имеется сила адгезиии Nadhesion и формула расчета коэффициента трения меняется на .

Движению тела обычно препятствуют силы трения. Если соприкасаются поверхности твёрдых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. Характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. Тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определённого значения. До этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растёт вместе с ней.

Трение покоя (статическое трение)

Чтобы напомнить, что обычно понимается под статическим трением, представим движение тела на плоскости. Будем пытаться сдвинуть с места тело, потянув за трос с пружинным динамометром. При малом перемещении конца троса тело остается на месте: силы, развиваемой пружиной динамометра, недостаточно. Обычно говорят, что на контактирующих поверхностях развивается сила трения, уравновешивающая приложенную силу. Постепенно увеличиваем перемещение и вместе с ним упругую силу, приложенную к телу. В какой-то момент она оказывается достаточной для того, чтобы стронуть тело с места. Зарегистрированное в этот момент показание динамометра и называют обычно силой статического трения, характеризующего предельные возможности неподвижного (статического) сцепления тел. Если мы будем продолжать медленно вытягивать трос, то тело поедет по поверхности. Оказывается, что регистрируемые в ходе движения показания динамометра будут не такими, как в момент страгивания. Обычно сила трения при медленном движении меньше силы страгивания, статического трения. Кулон изучал именно силу трения при медленном взаимном перемещении контактирующих тел и установил, что эта сила не зависит от величины скорости, а только от направления движения (всегда направлена против движения).

Пример по наклонной плоскости: (Рис.1.)

Наблюдения показывают, что сила трения покоя всегда направлена противоположно действующей на тело внешней силе, стремящейся привести это тело в движение. До определенного момента сила трения покоя увеличивается с возрастанием внешней силы, уравновешивая XXXассXXXщееXXX. Максимальное значение силы трения покоя пропорционально модулю силы Fд давления, производимого телом на опору.

По третьему закону Ньютона сила Fд давления тела на опору равна по модулю силе N реакции опоры. Поэтому максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры. Для модулей этих сил справедливо следующее соотношение:

Что такое сила трения в физике

В физике под данным термином принято подразумевать одну из видов сил, которая возникает вследствие соприкосновения двух тел, а кроме этого, препятствует их относительному движению. Стоит отметить важный факт, данная физическая величина способствует уменьшению скорости тела.

Определение силы трения

Когда мы говорим «абсолютно гладкая поверхность» — это значит, что между ней и телом нет трения. Такая ситуация в реальной жизни практически невозможна. Избавиться от трения полностью невероятно трудно.

Чаще при слове «трение» нам приходит в голову его «тёмная» сторона — из-за трения скрипят и прекращают качаться качели, изнашиваются детали машин. Но представьте, что вы стоите на идеально гладкой поверхности, и вам надо идти или бежать. Вот тут трение бы, несомненно, пригодилось. Без него вы не сможете сделать ни шагу, ведь между ботинком и поверхностью нет сцепления, и вам не от чего оттолкнуться, чтобы двигаться вперёд.

Трение — это взаимодействие, которое возникает в плоскости контакта поверхностей соприкасающихся тел.
Сила трения — это величина, которая характеризует это взаимодействие по величине и направлению.

Основная особенность:сила трения приложена к обоим телам, поверхности которых соприкасаются, и направлена в сторону, противоположную мгновенной скорости движения тел друг относительно друга. Поэтому тела, свободно скользящие по какой-либо горизонтальной поверхности, в конце концов остановятся. Чтобы тело двигалось по горизонтальной поверхности без торможения, к нему надо прикладывать усилие, противоположное и хотя бы равное силе трения. В этом заключается суть силы трения.

Сила трения [ править | править код ]

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей.

Разновидности силы трения [ править | править код ]

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

• Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
• Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
• Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.
• Трение верчения — момент силы, возникающий между двумя контактирующими телами при вращении одного из них относительно другого и направленный против вращения. Определяется формулой: M = p N , где N – нормальное давление, p – коэффициент трения верчения, имеющий размерность длины[1].

Характер фрикционного взаимодействия [ править | править код ]

В физике взаимодействие трения принято разделять на:

• сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками (в том числе и твёрдыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай, характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
• граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (оксидные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;
• смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
• эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале, возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Скачать:

Вложение	Размер
sila_treniya_pokoya.ppt	1.29 МБ

Предварительный просмотр:

Откуда берётся трение

Трение возникает по двум причинам:

1. Все тела имеют шероховатости. Даже у очень хорошо отшлифованных металлов в электронный микроскоп видны неровности. Абсолютно гладкие поверхности бывают только в идеальном мире задач, в которых трением можно пренебречь. Именно упругие и неупругие деформации неровностей при контакте трущихся поверхностей формируют силу трения.
2. Между атомами и молекулами поверхностей тел действуют электромагнитные силы притяжения и отталкивания. Таким образом, сила трения имеет электромагнитную природу.

Виды силы трения

В зависимости от вида трущихся поверхностей, различают сухое и вязкое трение. В свою очередь, оба подразделяются на другие виды силы трения.

1. Сухое трение возникает в области контакта поверхностей твёрдых тел в отсутствие жидкой или газообразной прослойки. Этот вид трения может возникать даже в состоянии покоя или в результате перекатывания одного тела по другому, поэтому здесь выделяют три вида силы трения:

• трение скольжения,
• трение покоя,
• трение качения.

1. Вязкое трение возникает при движении твёрдого тела в жидкости или газе. Оно препятствует движению лодки, которая скользит по реке, или воздействует на летящий самолёт со стороны воздуха. Интересная особенность вязкого трения в том, что отсутствует трение покоя. Попробуйте сдвинуть пальцем лежащий на земле деревянный брус и проделайте тот же эксперимент, опустив брус на воду. Чтобы сдвинуть брус с места в воде, будет достаточно сколь угодно малой силы. Однако по мере роста скорости силы вязкого трения сильно увеличиваются.

Где мы встречаемся с силой трения

В повседневной жизни с силой трения мы сталкиваемся ежедневно. Например, сила трения помогает нам удерживать в руках предметы и ходить по земной поверхность. В зимнее время тротуары посыпают песком для увеличения той самой силы трения, и предотвращения падений на скользкий снег. Приведем еще несколько примеров на эту тему:

• Лыжи, санки и сноуборды, конечно, прекрасно скользят по снегу спускаясь с горы, но остановятся через некоторое время на горизонтальной поверхности;
• Автомобили и мотоциклы прекращают движение после остановки двигателя без помощи тормозов — тормозит сила трения. Правда, тормозной путь будет больше;
• Гвозди и клинья обеспечивают сцепление за счет силы трения;
• Узлы на веревках, тросах и шнурках не развязываются благодаря трению;
• Предметы устойчиво стоят на столах и не падают от дуновения ветерка по той же причине;
• Петли скрипящих дверей смазывают маслом, чтобы уменьшить силу трения;
• Музыкальные инструменты (струнные и щипковые) звучат благодаря трению.

Рис. 1. Примеры проявления силы трения.

Дадим общее определение силы трения:

Сила трения — это сила, возникающая при контакте двух тел и препятствующая их относительному движению. Сила трения направлена против движения.

Сила трения может быть как полезной, и тогда ее действие стараются усилить, так и нежелательной. В последнем случае стараются всевозможными методами снизить трение. Как правило, для этого применяются различного рода смазки в виде масел. Например, эффективность двигателя внутреннего сгорания в наибольшей степени зависит от трения поршней о стенки цилиндров. Производители масел стараются снизить трение и увеличить срок службы двигателя.

Причины возникновения силы трения

В физике принято выделять следующие основные причины возникновения:

• На поверхности соприкасающихся тел имеются шероховатости. Стоит отметить, что на любой поверхности, даже на которой видно невооруженным глазом, что она гладкая, в любом случае имеются какие – либо шероховатости или неровности.
• Происходит взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.

Примером возникновения является случай, если с разбега прокатиться по ледяной дорожке, то есть если бы покрытие было асфальтное, ситуация была бы не возможной.

Основными видами трения являются следующие:

В момент трения отмечается возрастание температурных показателей, а следовательно, выделяется определенное количество тепловой энергии.

Существует несколько способов уменьшения силы трения:

1. Уменьшение шероховатости поверхности.
2. Использование смазочного материала.
3. Придать обтекаемую форму.
4. Заменить силу трения скольжения на силу трения качения.
5. Применение и использование шариковых или роликовых подшипников.
6. Применение воздушной подушки.

Об этой статье

Эту страницу просматривали 15 679 раз.

Сила трения скольжения

Что же делать с холодильником и можно ли победить силу трения покоя? Не будет же она расти до бесконечности?

Зовём на помощь друга, и вдвоём уже удаётся передвинуть холодильник. Получается, чтобы тело двигалось, нужно приложить силу, большую, чем самая большая сила трения покоя:

Теперь на движущийся холодильник действует сила трения скольжения. Она возникает при относительном движении контактирующих твёрдых тел.

Итак, сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения — Fтр. пок. макс И если приложенная сила больше, чем Fтр. пок. макс, то у холодильника появляется шанс сдвинуться с места.

Теперь, после начала движения, можно прекратить наращивать усилие и ещё одного друга можно не звать. Чтобы холодильник продолжал двигаться равномерно, достаточно прикладывать силу, равную силе трения скольжения:

Смазочные вещества

Для уменьшение силы трения качестве

смазочного вещества

не всегда употребляют масло, для этой цели иногда годятся и другие жидкости: вода, ртуть, растворы мыла и т. п. Твердые вещества, измельченные в тончайший порошок, могут образовывать так называемую сухую смазку. Для этого часто применяют

Ртуть как смазочное вещество для уменьшение силы трения.

Рейтинг: 0 /5 – 0 голосов

Как рассчитать и измерить силу трения

Чтобы понять, как измеряется сила трения, нужно понять, какие факторы влияют на величину силы трения. Почему так трудно двигать холодильник?

Самое очевидное — его масса играет первостепенную роль. Можно вытащить из него все продукты и тем самым уменьшить его массу, и, следовательно, силу давления холодильника на опору (пол). Пустой холодильник сдвинуть с места гораздо легче!
Следовательно, чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Опора действует на тело с точно такой же силой, что и тело на опору, только направленной в противоположную сторону.

Сила реакции опоры обозначается N. Можно сделать вывод

Второй фактор, влияющий на величину силы трения, — материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей. Так, двигать холодильник по бетонному полу гораздо тяжелее, чем по ламинату. Зависимость силы трения от рода и качества обработки материала обеих соприкасающихся поверхностей выражают через коэффициент трения.

Коэффициент трения обозначается буквой μ (греческая буква «мю»). Коэффициент определяется отношением силы трения к силе нормального давления.

Он чаще всего попадает в интервал от нуля до единицы, не имеет размерности и определяется экспериментально.

Можно предположить, что сила трения зависит также от площади соприкасающихся поверхностей. Однако, положив холодильник набок, мы не облегчим себе задачу.

Ещё Леонардо да Винчи экспериментально доказал, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при прочих равных условиях.

Сила трения скольжения,возникающая при контакте твёрдого тела с поверхностью другого твёрдого тела прямо пропорциональна силе нормального давления и не зависит от площади контакта.

Этот факт отражён в законе Амонтона-Кулона, который можно записать формулой:

где μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Для тела, движущегося по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры по модулю равна весу тела:

Сила трения качения

Ещё древние строители заметили, что если тяжёлый предмет водрузить на колёсики, то сдвинуть с места и затем катить его будет гораздо легче, чем тянуть волоком. Вот бы пригодилась эта древняя мудрость, когда мы тянули холодильник! Однако всё равно нужно толкать или тянуть тело, чтобы оно не остановилось. Значит, на него действует сила трения качения. Это сила сопротивления движению при перекатывании одного тела по поверхности другого.

Причина трения качения — деформация катка и опорной поверхности. Сила трения качения может быть в сотни раз меньше силы трения скольжения при той же силе давления на поверхность. Примерами уменьшения силы трения за счёт подмены трения скольжения на трение качения служат такие приспособления, как подшипники, колёсики у чемоданов и сумок, ролики на прокатных станах.

Источник