Презентация, доклад по физике на тему Силы трения между соприкасающимися поверхностями твердых тел (10 класс)

!

Трение покоя

Вы приложили к книге некоторую силу, направленную, скажем, вдоль поверхности стола, а книга остается в покое.

Факт этот совершенно привычный, но, если вдуматься, достаточно странный и непонятный.

Ведь что это значит?

Значит, и сила трения настолько же возрастает.  

Вы с большей силой толкаете книгу, но она по-прежнему остается на месте.

Книга будет оставаться на месте до тех пор, пока действующая на нее сила не достигнет определенного значения.

Следовательно, между книгой и поверхностью стола возникает сила, направленная против той силы, с которой вы действуете на книгу, и в точности равная ей по модулю.

Если на тело действует сила , параллельная поверхности, на которой оно находится и тело при этом остается неподвижным, то это означает, что на него действует сила трения покоя Fтр, равная по модулю и направленная в противоположную сторону силе .

Следовательно, сила трения покоя определяется действующей на него силой

 Иначе говоря, когда ускорение тела равно нулю, сила трения равна по модулю и противоположна по направлению той силе, которая наряду с трением действует на тело параллельно поверхности его соприкосновения с другим телом.   

Наибольшее значение силы трения, при котором скольжение еще не наступает, называется максимальной силой трения покоя. Если действующая на покоящееся тело сила хотя бы немного превысит максимальную силу трения покоя, то тело начнет скользить.

Если параллельно этой поверхности другие силы не действуют, то трение покоя будет равно нулю.

Трение покоя

Для определения максимальной силы трения покоя существует весьма простой, но не очень точный количественный закон.

Нагрузим брусок гирей того же веса, что и сам брусок. При этом сила , с которой брусок действует на стол перпендикулярно поверхности стола, увеличится в 2 раза. 

Но сила согласно третьему закону Ньютона равна по модулю и противоположна по направлению силе нормальной реакции опоры , действующей на брусок со стороны стола.

Следовательно, и сила увеличится в 2 раза.

Трение покоя

Этот закон впервые установил экспериментально французский физик Кулон.

Если обозначить модуль максимальной силы трения покоя через Fтр.макс, то можно записать: Fтр.макс = µF2 , где µ - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя.

Коэффициент трения характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.

Трение покоя

Сила трения покоя меняется в пределах от нуля до максимального значения, равного µF2.

Трение покоя

За счет чего может происходить изменение силы трения?

Дело здесь вот в чем.

При действии на тело некоторой  силы оно слегка (незаметно для глаза) смещается.

При увеличении силы тело опять чуть-чуть сдвинется так, что мельчайшие неровности поверхностей по-иному будут цепляться друг за друга, и сила трения возрастет.

И лишь при Fтр.макс ни при каком взаимном расположении шероховатостей поверхности сила трения не в состоянии уравновесить силу , и начнется скольжение.

Трение покоя

В давнее время, когда не очень хорошо представляли себе способность силы трения покоя принимать различные значения, сомневались, что паровоз сможет ехать по гладким рельсам. Думали, что трение, тормозящее ведомые колеса, будет равно силе трения, действующей на ведущие колеса.

Такая же сила действует на ведущие колеса автомобиля (считаем ведущими задние колеса автомобиля).

На ведомые колеса также действует сила трения покоя, но уже тормозящая движение, причем эта сила значительно меньше силы, действующей на ведущие колеса (иначе автомобиль не смог бы тронуться с места).

Предлагали даже делать ведущие колеса зубчатыми и прокладывать для них специальные зубчатые рельсы.

Трение покоя

Трение скольжения

Опыт показывает, что часто (хотя и не всегда) в самом начале скольжения, когда относительная скорость еще мала, сила трения становится несколько меньше максимальной силы трения покоя.

Вы, вероятно, замечали, что тяжелый предмет, например ящик, трудно сдвинуть с места, а потом двигать его становится легче. Это как раз и объясняется уменьшением силы трения при появлении скольжения с малой скоростью.

Лишь затем, по мере увеличения скорости, она растет и начинает превосходить Fтр мак. покоя.

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Поэтому приближенно можно считать ее постоянной и равной максимальной силе трения покоя:

Fтр ≈ Fтр. макс = µN

 Важная особенность силы трения скольжения состоит в том, что она всегда направлена противоположно относительной скорости соприкасающихся тел.

vтела

vтела

Резюме
Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом ее главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

Ни одна современная машина, например двигатель автомобиля или трактора, не может работать без смазки. Специальная система смазки предусматривается при конструировании всех машин.

Уменьшение силы трения

Трение между слоями жидкости, прилегающими к твердым поверхностям, значительно меньше, чем между сухими поверхностями.