Сила трения скольжения

С таким физическим явлением, как сила трения, вы встречаетесь ежедневно. Когда вы гладите кота, ходите по городу, когда вы слышите звучание скрипки — вы сталкиваетесь с трением. Эта физическая величина присутствует везде. Если говорить о ровной гладкой поверхности, на которой ничего не происходит, то тогда можно встретиться с отсутствием трения. Но в нашем мире такое невозможно.

Давайте вместе разбираться, что такое сила трения, откуда берется это явление.

Сила трения

Чтобы понять, что такое сила трения, нужно знать определение явления трения. Когда говорят о трении, то подразумевают взаимодействие в точке соприкосновения двух плоскостей. При соприкосновении всегда появляется сила противоположная скольжению. Наверное, вы не раз замечали, когда шаркаете ногой по асфальту, то всегда прикладываете к этому усилие. Получается, что трете свою подошву об асфальт, который сопротивляется этому трению.

Теперь, когда вы знаете, что такое трение, дадим определение силе трения, которая заставляет вас двигаться вперед.

Определение силы трения

Сила трения — это величина, характеризующая процесс трения по направлению. Эта величина измеряется в Ньютонах. Сила трения приложена к поверхности. Однако, если тело будет просто материальной точкой без размеров и форм, то сила трения будет приложена к центру тела. Этот фактор нужно учитывать при решении задач по физике, когда размерами формы тела можно пренебречь.

Откуда берется трение

Если бы трения не было, то вы не смогли бы оттолкнуться и побежать. Вы даже не сделали бы простого шага, не будь такого явления, как трение. Оно возникает по двум весомым причинам:

• тела, соприкасающиеся друг с другом имеют шероховатости. Хорошо отшлифованные металлические вещи и деревянные изделия под микроскопом имеют шероховатости. Упругие и неупругие деформации и шероховатости формируют ту самую силу трения;
• атомы и молекулы тел, взаимодействующих между друг другом, постоянно притягиваются и отталкиваются. Это означает, что между ними действуют электромагнитные силы. Отсюда мы узнаем, что сила трения имеет электромагнитную природу.

Существует несколько видов сил трения. Каждый вид зависит от состояния движущихся тел, а также от того, в каком виде движения они находятся.

Виды силы трения

Есть сухое и вязкое трение. У первого типа имеется еще несколько подвидов. У второго типа трения есть только один подвид.

Сухой тип делится на трение:

• покоя;
• скольжения;
• качения.

Вязкое трение проявляется при движении твердого тела в газе или в жидком состоянии предмета, например, движение лодки в виде. Вязкое трение препятствует движению твердого тела, как, например, вода препятствует движению лодки вперед или назад. Также воздух препятствует движению самолета. В этом случае, говорят, что создается вязкое трение. Для сдвига бруса с его места в воде, вам нужно будет применить совсем малую силу. Если вы продолжите толкать брус и увеличивать скорость движения, то скорость силы вязкого трения будет также увеличиваться.

Сила трения покоя

Чтобы было понятней, разберем силу трения покоя на примере домашнего шкафа. Обычно он стоит на горизонтальной поверхности. Трения между полом и шкафом не возникает, так как он никуда не двигается.

Если вы начнете двигать его, то появится сила трения. Так как начнут взаимодействовать между собой неровные соприкасающиеся поверхности. Эта сила трения будет сводить на нет все ваши усилия. Если вы еще раз попытаетесь подвинуть шкаф, он не сдвинется с места.

Если бы вы хорошо изучали физику, вы бы поняли, что сила трения покоя возрастает вместе с увеличением внешнего воздействия, оставаясь равной по модулю приложенной силе, ведь увеличиваются деформации неровностей.

Поэтому пока будут равны ваши силы, шкаф останется на месте. Это равенство можно выразить следующей формулой:

Отсюда можно дать определение силе трения покоя — это сила трения, которая действует между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению движения.

Сила трения скольжения

Теперь давайте найдем определение силе трения скольжения. Рассмотрим ее на том же примере с шкафом. Если вы позовете на помощь соседа или брата, то вдвоем уже сможете передвинуть шкаф в то место, куда нужно было его переместить.

Отсюда мы сделаем вывод, чтобы тело двигалось, нужно применить силу большую, чем сила трения покоя. Выражается это определение в формуле:

Сила трения, которая возникает при относительном движении твердых тел называется силой трения скольжения. После начала движения можно послать соседа или брата отдыхать. Так как будет достаточно просто прикладывать силу равную силе трения скольжения шкафу, чтобы он продолжал двигаться.

Как рассчитать и измерить

Чтобы рассчитать и измерить силу трения покоя и скольжения, достаточно знать два фактора:

1. Чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Например, пустой холодильник проще сдвинуть с места. Это зависимость называют силой реакции опоры.
2. Материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей влияет на силу трения соприкасающихся поверхностей. Например, двигать предмет по бетонному полу тяжелее, чем по ламинату. Эту зависимость называют коэффициентом трения.

Отсюда можно сделать вывод, что сила трения скольжения, возникающая при контакте твердого тела с поверхностью другого твердого тела прямо пропорциональна силе нормального давления, и не зависит от площади контакта. Выражается этот вывод в следующей формуле:

Здесь греческие буквы «мю» и «N» отображают коэффициент трения и силу реакции опоры соответственно.

Сила качения

Если поставить шкаф на тележку с колесами, то толкать его будет значительно легче. На него будет действовать сила трения качения. Это сила сопротивления движению при перекатывании одного тела по поверхности другого.

Сила трения качения возникает из-за деформации катка и поверхности опоры. Она может быть в десятки раз меньше силы трения скольжения. В качестве приспособлений для замены силы трения скольжения силой трения качения служат:

• подшипники;
• колесики;
• ролики.

Задачи и решение – разберем примеры

Давайте попробуем решить задачу на силу трения скольжения. Нам дано: кошка вашего друга весом 5 кг скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н.

Нужно найти: силу трения, если кошка сильно похудеет, и ее вес уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Как решать:

1. Так как кошка скользит, то будет применена формула: Fтр = μN.
2. Находим силу реакции опоры, так как кошка находится в горизонтальном положении по формуле: N = mg. Fтр = μmg
3. Теперь нужно найти коэффициент трения: μ = Fтр / mg = 20 / 5 · 10 = 0,4
4. Рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза. Fтр = μ * m/2*g= 10 Н.

Сила трения скольжения котика равна 10 Ньютонам.

FAQ

В каком классе изучают силу трения?

В 7 классе.

Можно ли избавиться от трения?

Нет. Мы можем только минимизировать его.

Выводы

Теперь вы знаете, что такое сила трения и как ее рассчитать. Эти знания помогут вам на уроках по физики и ОГЭ. Вы сможете применять знания в реальной жизни.