Syntes av vetenskaper - ett kunskapsvapen från 2000-talet. Friktion är ett av de viktigaste begreppen inom dynamik.

« Fysik - 10:e klass"

Kom ihåg vad friktion är.
Vilka faktorer beror det på?
Varför ändras rörelsehastigheten för blocket på bordet efter en tryckning?

En annan typ av kraft som behandlas inom mekanik är friktionskrafter. Dessa krafter verkar längs kropparnas ytor när de är i direkt kontakt.

Friktionskrafter förhindrar i alla fall den relativa rörelsen av kontaktkroppar. Under vissa förhållanden gör friktionskrafter denna rörelse omöjlig. Men de saktar inte bara ner kropparnas rörelse. I ett antal praktiskt viktiga fall kunde en kropps rörelse inte ske utan inverkan av friktionskrafter.

Friktion som uppstår under relativ rörelse av kontaktytorna hos fasta kroppar kallas torr friktion.

Det finns tre typer av torrfriktion: statisk friktion, glidfriktion och rullfriktion.

Vila friktion.

Prova att flytta en tjock bok som ligger på bordet med fingret. Du applicerar lite kraft på den, riktad längs bordets yta, och boken förblir i vila. Följaktligen uppstår en kraft mellan boken och bordets yta, riktad motsatt kraften med vilken du verkar på boken, och exakt lika stor som den i storlek. Detta är friktionskraften tr. Du trycker på boken med mer kraft, men den stannar fortfarande på plats. Detta innebär att friktionskraften tr ökar lika mycket.

Friktionskraften som verkar mellan två kroppar som är stationära i förhållande till varandra kallas kraft statisk friktion.

Om en kropp påverkas av en kraft parallell med ytan på vilken den befinner sig, och kroppen förblir orörlig, betyder det att den påverkas av en statisk friktionskraft tr, lika stor och riktad i motsatt riktning mot kraft (Fig. 3.22). Följaktligen bestäms kraften av statisk friktion av kraften som verkar på den:

Om kraften som verkar på en kropp i vila till och med något överstiger den maximala kraften för statisk friktion, kommer kroppen att börja glida.

Det största värdet av friktionskraften, vid vilken glidning ännu inte inträffar, kallas maximal statisk friktionskraft.

För att bestämma den maximala statiska friktionskraften finns det en mycket enkel, men inte särskilt exakt kvantitativ lag. Låt det vara ett block på bordet med en dynamometer fäst vid den. Låt oss genomföra det första experimentet. Låt oss dra dynamometerringen och bestämma den maximala statiska friktionskraften. Blocket påverkas av tyngdkraften m, stödets 1 normala reaktionskraft, dragkraften 1, dynamometerfjädrarna och den maximala statiska friktionskraften tr1 (fig. 3.23).

Låt oss placera ett annat liknande block på blocket. Tryckkraften från stängerna på bordet kommer att öka med 2 gånger. Enligt Newtons tredje lag kommer den normala reaktionskraften för stöd 2 också att öka med 2 gånger. Om vi ​​mäter den maximala statiska friktionskraften igen ser vi att den har ökat lika många gånger som kraften 2 har ökat, dvs 2 gånger.

Om vi ​​fortsätter att öka antalet stänger och varje gång mäter den maximala kraften av statisk friktion, kommer vi att vara övertygade om att

>det maximala värdet på modulen för den statiska friktionskraften är proportionell mot modulen för stödets normala reaktionskraft.

Om vi ​​betecknar modulen för den maximala statiska friktionskraften med F tr. max, då kan vi skriva:

F tr. max = μN (3,11)

där μ är en proportionalitetskoefficient som kallas friktionskoefficienten. Friktionskoefficienten kännetecknar båda gnidytorna och beror inte bara på materialet på dessa ytor utan också på kvaliteten på deras bearbetning. Friktionskoefficienten bestäms experimentellt.

Detta beroende etablerades först av den franske fysikern C. Coulomb.

Om du placerar blocket på den mindre ytan, då F tr. max ändras inte.

Den maximala statiska friktionskraften beror inte på kontaktytan mellan kropparna.

Den statiska friktionskraften varierar från noll till ett maximalt värde lika med μN. Vad kan orsaka en förändring av friktionskraften?

Poängen här är denna. När en viss kraft appliceras på en kropp förskjuts den något (omärkligt för ögat), och denna förskjutning fortsätter tills ytornas mikroskopiska grovhet är placerade i förhållande till varandra på ett sådant sätt att de hakar på varandra. leda till uppkomsten av en kraft som balanserar kraften. När kraften ökar kommer kroppen återigen att röra sig något så att de minsta ytojämnheterna kommer att klamra sig fast vid varandra olika, och friktionskraften ökar.

Och endast vid > F tr. max, oavsett den relativa positionen för ytjämnheterna, kan friktionskraften inte balansera kraften och glidningen börjar.

Beroendet av glidfriktionskraftsmodulen på den verkande kraftmodulen visas i figur 3.24.

Vid gång och löpning utsätts fotsulorna för statisk friktion om inte fötterna glider. Samma kraft verkar på bilens drivhjul. De drivna hjulen påverkas också av en statisk friktionskraft, men denna gång bromsar rörelsen, och denna kraft är betydligt mindre än kraften som verkar på drivhjulen (annars skulle bilen inte kunna röra sig).

Länge tvivlade man på att ett ånglok kunde gå på släta räls. De trodde att friktionen som bromsar de drivna hjulen skulle vara lika med friktionskraften som verkar på drivhjulen. Det föreslogs till och med att göra drivhjulen växlade och lägga speciella växelskenor för dem.

Glidfriktion.

Du har säkert märkt att ett tungt föremål, till exempel en låda, är svårt att flytta, men då blir det lättare att flytta det. Detta förklaras exakt av minskningen av friktionskraften när glidning sker vid låg hastighet (se fig. 3.24).

Vid inte alltför höga relativa rörelsehastigheter skiljer sig glidfriktionskraften lite från den maximala statiska friktionskraften. Därför kan den ungefär betraktas som konstant och lika med den maximala statiska friktionskraften:

F tr ≈ F tr. max = μN.

Glidfriktionens kraft kan reduceras många gånger genom att använda ett smörjmedel - oftast ett tunt lager av vätska (oftast någon typ av mineralolja) - mellan gnidningsytorna.

Inte en enda modern maskin, som en bil eller traktormotor, kan fungera utan smörjning. Ett speciellt smörjsystem ingår i konstruktionen av alla maskiner.

Friktionen mellan lager av vätska intill fasta ytor är mycket mindre än mellan torra ytor.

Rullande friktion.

Den rullande friktionskraften är betydligt mindre än den glidande friktionskraften, så det är mycket lättare att rulla ett tungt föremål än att flytta det.

Friktionskraften beror på kropparnas relativa hastighet. Detta är dess huvudsakliga skillnad från tyngdkraften och elasticiteten, som bara beror på avstånd.

Motståndskrafter under rörelse av fasta kroppar i vätskor och gaser.

När en fast kropp rör sig i en vätska eller gas påverkas den av mediets dragkraft. Denna kraft riktas mot kroppens hastighet i förhållande till mediet och saktar ner rörelsen.

Huvuddragen hos dragkraften är att den endast uppträder i närvaro av relativ rörelse av kroppen och miljön.
Kraften av statisk friktion i vätskor och gaser är helt frånvarande.

Detta leder till det faktum att du med dina händers ansträngning kan flytta en tung kropp, till exempel en flytande båt, medan du, säg, ett tåg med händerna, är helt enkelt omöjligt.

Modulen för motståndskraften F c beror på kroppens ytas storlek, form och tillstånd, egenskaperna hos mediet (vätska eller gas) i vilket kroppen rör sig, och slutligen på den relativa rörelsehastigheten hos kroppen och mediet.

Den ungefärliga karaktären av beroendet av motståndskraftens modul av modulen för kroppens relativa hastighet visas i figur 3.25. Vid en relativ hastighet lika med noll verkar inte dragkraften på kroppen (F c = 0). När den relativa hastigheten ökar, växer dragkraften långsamt först, och sedan snabbare och snabbare. Vid låga rörelsehastigheter kan motståndskraften anses vara direkt proportionell mot kroppens rörelsehastighet i förhållande till mediet:

F c = k 1 υ, (3,12)

där k 1 är motståndskoefficienten, beroende på formen, storleken, tillståndet på kroppens yta och mediets egenskaper - dess viskositet. Det är inte möjligt att beräkna koefficienten k 1 teoretiskt för kroppar av någon komplex form den bestäms experimentellt.

Vid höga hastigheter av relativ rörelse är dragkraften proportionell mot kvadraten på hastigheten:

F c = k 2 υ 2 , υ, (3,13)

där k 2 är motståndskoefficienten som skiljer sig från k 1 .

Vilken av formlerna - (3 12) eller (3.13) - som kan användas i ett särskilt fall bestäms experimentellt. Till exempel, för en personbil är det tillrådligt att använda den första formeln vid cirka 60-80 km/h vid högre hastigheter, den andra formeln bör användas.

Det finns många fysiska fenomen i världen omkring oss: åska och blixtar, regn och hagel, elektrisk ström, friktion... Vår rapport idag är tillägnad friktion. Varför uppstår friktion, vad påverkar det, vad beror friktionskraften på? Och slutligen, är friktion vän eller fiende?

Vad är friktionskraft?

Efter att ha sprungit upp lite kan du rusa längs den isiga stigen. Men försök att göra det på vanlig asfalt. Det är dock inte värt att prova. Ingenting kommer att fungera. Boven till ditt misslyckande kommer att vara en mycket stor friktionskraft. Av samma anledning är det svårt att flytta ett massivt bord eller, säg, ett piano.

I kontaktpunkten mellan två kroppar sker alltid interaktion, som förhindrar rörelse av en kropp på ytan av en annan. Det kallas friktion. Och omfattningen av denna interaktion är friktionskraften.

Typer av friktionskrafter

Låt oss föreställa oss att du behöver flytta ett tungt skåp. Din styrka räcker uppenbarligen inte till. Låt oss öka "skjuvkraften". Samtidigt ökar friktionskraften fred. Och den är riktad i motsatt riktning mot skåpets rörelse. Slutligen "vinner" "skjuvkraften" och skåpet flyttar sig bort. Nu kommer friktionskraften till sin rätt glida. Men det är mindre än den statiska friktionskraften och att flytta skåpet längre är mycket lättare.

Du har naturligtvis varit tvungen att se hur 2-3 personer rullar iväg en tung bil med en plötsligt avstannad motor. Människorna som skjuter bilen är inte starka män, friktionskraften verkar bara på bilens hjul rullande. Denna typ av friktion uppstår när en kropp rullar över ytan på en annan. En boll, en rund eller facetterad penna, hjulen på ett tåg, etc. kan rulla Den här typen av friktion är mycket mindre än den glidande friktionskraften. Därför är det väldigt enkelt att flytta tunga möbler om de är utrustade med hjul.

Men i det här fallet är friktionskraften riktad mot kroppens rörelse, därför minskar den kroppens hastighet. Om det inte vore för dess "skadliga natur", efter att ha accelererat på en cykel eller rullskridskor, kunde du njuta av åkturen på obestämd tid. Av samma anledning kommer en bil med avstängd motor att röra sig med tröghet under en tid och sedan stanna.

Så kom ihåg att det finns 3 typer av friktionskrafter:

• glidfriktion;
• rullande friktion;
• statisk friktion.

Hastigheten med vilken hastigheten ändras kallas acceleration. Men eftersom friktionskraften saktar ner rörelsen kommer denna acceleration att ha ett minustecken. Det vore korrekt att säga Under påverkan av friktion rör sig en kropp med inbromsning.

Vad är friktionens natur

Om du undersöker den släta ytan på ett polerat bord eller is genom ett förstoringsglas, kommer du att se små ojämnheter som en kropp glider eller rullar längs dess yta fastnar vid. När allt kommer omkring har en kropp som rör sig längs dessa ytor också liknande utsprång.

Vid kontaktpunkterna kommer molekylerna så nära att de börjar attrahera varandra. Men kroppen fortsätter att röra sig, atomerna rör sig bort från varandra, bindningarna mellan dem bryts. Detta gör att atomerna som befriats från attraktion vibrerar. Ungefär så som en fjäder befriad från spänning svänger. Vi uppfattar dessa vibrationer av molekyler som uppvärmning. Det är därför friktion åtföljs alltid av en ökning av temperaturen på kontaktytorna.

Detta betyder att det finns två orsaker till detta fenomen:

• oregelbundenheter på ytan av kontaktkroppar;
• krafter av intermolekylär attraktion.

Vad beror friktionskraften på?

Du har säkert märkt den plötsliga inbromsningen av en släde när den glider in på ett sandområde. Och ytterligare en intressant observation: när det är en person på släden, kommer de att gå en väg ner för backen. Och om två kompisar glider tillsammans kommer släden att stanna snabbare. Därför är friktionskraften:

• beror på materialet på kontaktytorna;
• dessutom ökar friktionen med ökande kroppsvikt;
• verkar i motsatt riktning mot rörelsen.

Fysikens underbara vetenskap är också bra eftersom många beroenden kan uttryckas inte bara i ord, utan också i form av speciella tecken (formler). För friktionskraften ser det ut så här:

Ftr = kN Där:

Ftr - friktionskraft.

k - Friktionskoefficient, som återspeglar friktionskraftens beroende av materialet och renheten i dess bearbetning. Låt oss säga att om metall rullar på metall k=0,18, om du åker skridskor på is k=0,02 (friktionskoefficienten är alltid mindre än en);

N är kraften som verkar på stödet. Om kroppen är på en horisontell yta är denna kraft lika med kroppens vikt. För ett lutande plan är det mindre vikt och beror på lutningsvinkeln. Ju brantare rutschkana desto lättare är det att glida ner och desto längre kan du åka.

Och genom att beräkna skåpets statiska friktionskraft med den här formeln kommer vi att ta reda på vilken kraft som måste appliceras för att flytta den från sin plats.

Arbete av friktionskraft

Om en kraft verkar på en kropp, under vilken kroppens inflytande rör sig, utförs alltid arbete. Friktionskraftens arbete har sina egna egenskaper: trots allt orsakar den inte rörelse, utan hindrar den. Därför är arbetet det gör kommer alltid att vara negativ, dvs. med ett minustecken, oavsett åt vilket håll kroppen rör sig.

Är friktion vän eller fiende?

Friktionskrafter följer oss överallt, vilket ger påtaglig skada och... enorm nytta. Låt oss föreställa oss att friktionen har försvunnit. En förvånad observatör skulle se hur berg kollapsar, träd rycks upp från marken av sig själva, orkanvindar och havsvågor dominerar jorden oändligt. Alla kroppar glider ner någonstans, transporten faller isär i separata delar, eftersom bultarna inte fyller sin roll utan friktion, ett osynligt monster skulle ha löst alla snören och knutar, möblerna, som inte hålls fast av friktionskrafter, har gled in i rummets nedersta hörn.

Låt oss försöka fly, att fly från detta kaos, men utan friktion Vi kommer inte att kunna ta ett enda steg. Det är trots allt friktion som hjälper oss att trycka från marken när vi går. Nu är det klart varför hala vägar är täckta med sand på vintern...

Och samtidigt orsakar ibland friktion betydande skada. Människor har lärt sig att minska och öka friktionen och drar enorma fördelar av det. Till exempel uppfanns hjul för att dra tunga laster och ersätta glidfriktion med rullning, vilket är betydligt mindre än glidfriktion.

Eftersom en rullkropp inte behöver fånga många små ytojämnheter, som när kroppar glider. Sedan försågs hjulen med däck med djupt mönster (slitbanor).

Har du märkt att alla däck är gummi och svarta?

Det visar sig att gummi håller hjulen bra på vägen, och kolet som läggs till gummit ger det en svart färg och den nödvändiga styvheten och styrkan. Dessutom, vid olyckor på vägen, låter den dig mäta bromssträckan. När allt kommer omkring, vid inbromsning lämnar däcken ett tydligt svart märke.

Minska friktionen vid behov, använd smörjoljor och torrt grafitsmörjmedel. En anmärkningsvärd uppfinning var skapandet av olika typer av kullager. De används i en mängd olika mekanismer, från cyklar till de senaste flygplanen.

Finns det friktion i vätskor?

När en kropp står stilla i vatten uppstår inte friktion med vattnet. Men så fort den börjar röra sig uppstår friktion, d.v.s. Vatten motstår rörelsen av alla kroppar i det.

Detta innebär att stranden, skapar friktion, "bromsar ner" vattnet. Och eftersom friktionen av vatten på stranden minskar dess hastighet, bör du inte simma in i mitten av floden, eftersom strömmen där är mycket starkare. Fiskar och havsdjur är formade på ett sådant sätt att friktionen av deras kroppar mot vattnet är minimal.

Designers ger samma effektivisering till ubåtar.

Vår bekantskap med andra naturfenomen kommer att fortsätta. Vi ses igen, vänner!

Om detta meddelande var användbart för dig skulle jag vara glad att se dig

Friktion- en av typerna av interaktion mellan kroppar. Det uppstår när två kroppar kommer i kontakt. Friktion, liksom alla andra typer av interaktion, är föremål för Newtons tredje lag: om en friktionskraft verkar på en av kropparna, så verkar kraften av samma storlek, men riktad i motsatt riktning, även på den andra kroppen. Friktionskrafter, som elastiska krafter, har elektromagnetiska natur. De uppstår på grund av interaktionen mellan atomer och molekyler i kontaktande kroppar.

Torra friktionskrafterär de krafter som uppstår när två fasta kroppar kommer i kontakt i frånvaro av ett vätske- eller gasskikt mellan dem. De är alltid riktade mot tangent till kontaktytor.

Torr friktion som uppstår när kroppar är i relativ vila kallas statisk friktion. Den statiska friktionskraften är alltid lika stor som den yttre kraften och är riktad i motsatt riktning (Fig. 1.1.6).

Den statiska friktionskraften får inte överstiga ett visst maxvärde (F tr) max. Om den yttre kraften är större än (F tr) max, uppstår relativ glidning. Friktionskraften i detta fall kallas glidande friktionskraft. Den är alltid riktad i motsatt riktning mot rörelseriktningen och beror generellt sett på kropparnas relativa hastighet. I många fall kan emellertid den glidande friktionskraften ungefär anses vara oberoende av kropparnas relativa hastighet och lika med den maximala statiska friktionskraften. Denna modell av torrfriktionskraft används för att lösa många enkla fysiska problem (Fig. 1.1.7).

Erfarenheten visar att glidfriktionskraften är proportionell mot kraften från kroppens normala tryck på stödet, och följaktligen mot stödets reaktionskraft

Proportionalitetskoefficienten μ kallas glidfriktionskoefficient.

Friktionskoefficienten μ är en dimensionslös storhet. Typiskt är friktionskoefficienten mindre än en. Det beror på materialen i kontaktkropparna och på kvaliteten på ytbehandlingen. Vid glidning riktas friktionskraften tangentiellt mot kontaktytorna i motsatt riktning mot den relativa hastigheten (fig. 1.1.8).

När en fast kropp rör sig i en vätska eller gas, viskös friktionskraft. Kraften av viskös friktion är betydligt mindre än kraften av torr friktion. Den är också riktad i motsatt riktning mot kroppens relativa hastighet. Med viskös friktion finns ingen statisk friktion.

Kraften av viskös friktion beror starkt på kroppens hastighet. Vid tillräckligt låga hastigheter Ftr ~ υ, vid höga hastigheter Ftr ~ υ 2. Dessutom beror i dessa förhållanden på kroppens form.

Friktionskrafter uppstår också när en kropp rullar. Dock med rullande friktionsslam vanligtvis ganska liten. När man löser enkla problem försummas dessa krafter.

1. Friktionskraften uppstår när kroppar kommer i direkt kontakt och är alltid riktad längs kontaktytan. Den statiska friktionskraften uppstår när vi applicerar någon kraft F på en kropp i vila som inte får kroppen att röra sig. I modul är den statiska friktionskraften lika med den applicerade kraften F och är riktad motsatt kraften som appliceras på en kropp i vila parallellt med ytan av dess kontakt med en annan kropp.

2. Verkar den statiska friktionskraften på ett bord som står på golvet?

2. Nej, tills vi applicerar en kraft F på den, med vilken vi vill flytta den.

3. Vad är tryckkraft? Måste det vara gravitation?

3. Tryckkraften är stödets reaktionskraft, och den sammanfaller inte alltid med tyngdkraften.

4. Vad är friktionskoefficienten?

4. Friktionskoefficient - proportionalitetskoefficienten mellan kraften av statisk friktion och kraften av normalt tryck.

5. En man skjuter en bokhylla, men bokhyllan förblir ensam. Bryts inte Newtons andra lag här, enligt vilken en kropp som en kraft appliceras på ändrar sin hastighet?

5. Nej, därför att I Newtons lag betyder kraft F resultatet av alla krafter som verkar på en kropp. I detta fall balanseras kraften som verkar på skåpet av kraften från statisk friktion och resultanten är noll, därför är accelerationen och förskjutningen av skåpet lika med noll.

Friktionskraft (Ftr.) är en kraft som uppstår när två kroppars ytor kommer i kontakt och förhindrar deras relativa rörelse. Det verkar på grund av elektromagnetiska krafter som genereras av atomer och molekyler vid kontaktpunkten för dessa två objekt.

För att stoppa ett rörligt föremål måste kraften verka i motsatt riktning mot rörelseriktningen. Om du till exempel skjuter en bok över ett bord kommer den att börja röra sig. Kraften du applicerar på boken kommer att flytta den. Boken glider, saktar sedan ner och stannar på grund av friktion.

Funktioner av friktionskrafter

Friktionen som nämns ovan, som uppstår när föremål rör sig, kallas extern eller torr. Men det kan också existera mellan delar eller lager av ett föremål (flytande eller gasformigt).
Huvudfunktionen är friktionens beroende av kropparnas relativa rörelsehastighet.
Det finns andra karakteristiska egenskaper:

• förekomst när två rörliga kroppar kommer i kontakt med ytor;
• dess verkan är parallell med kontaktområdet;
• riktad motsatt kroppshastighetsvektorn;
• beror på kvaliteten på ytor (släta eller grova) och interagerande föremål;
• Formen eller storleken på ett föremål som rör sig i en gas eller vätska påverkar storleken på friktionskraften.

Typer av friktion

Det finns flera typer. Låt oss titta på deras skillnader. En bok som glider på ett bord påverkas av glidfriktion.

Glidande friktionskraft

Där N är markens reaktionskraft.

Observera några situationer:

Om en person cyklar, är friktionen som uppstår under hjulets kontakt med vägen rullande friktion.

Denna typ av kraft är betydligt mindre än den glidande friktionskraften.

Rullande friktionskraft

Betydligt mindre värden av denna typ av kraft används av personer som använder hjul, rullar och kullager i olika rörliga delar av enheter.

Charles Augustin Coulomb föreslog i sitt arbete om friktionsteorin att beräkna den rullande friktionskraften enligt följande:
där λ är rullfriktionskoefficienten, R är rullens eller hjulets radie, P är kroppsvikten.

Föreställ dig en situation där en person försöker flytta en soffa från plats till plats. En person utövar viss kraft på soffan, men kan inte flytta den. Detta händer eftersom soffan inte accelererar. Det vill säga resultatet av yttre krafter som verkar på soffan är noll. Följaktligen kompenseras en persons styrka av en kraft som är lika stor, men riktad i motsatt riktning. Detta är den statiska friktionskraften.

,
F tr. s. agerar som svar på krafter som tenderar att orsaka rörelse hos ett stationärt föremål. Om det inte finns någon yttre påverkan på ett stationärt föremål, är storleken på denna kraft noll. Om en yttre påverkan uppträder (F), ökar den statiska friktionskraften till ett maximum, och sedan börjar kroppen att röra sig. Storleken på den glidande friktionskraften sammanfaller praktiskt taget med den maximala statiska friktionskraften.
μ - friktionskoefficient.
Smörjmedel, oftast i form av ett tunt lager vätska, minskar friktionen.

Vätskor eller gaser är speciella medier där denna typ av kraft också visar sig. I dessa miljöer uppstår friktion endast när föremålet rör sig. Det är omöjligt att tala om kraften av statisk friktion i dessa medier.

Friktionskraft i vätskor och gaser
Denna typ av kraft kallas mediets motståndskraft. Det saktar ner rörelsen av ett föremål. Den mer strömlinjeformade formen på föremålet påverkar storleken på dragkraften - den minskar avsevärt. Därför används strömlinjeformade skrov av fartyg eller ubåtar vid skeppsbyggnad.

• geometriska dimensioner och form av föremålet;
• viskositeten hos ett flytande eller gasformigt medium;
• tillståndet på objektets yta;
• ett föremåls hastighet i förhållande till miljön där det befinner sig.