Keď nastane trecia sila. Trenie je jedným z najdôležitejších pojmov v dynamike.

Ak sa pokúsite presunúť ťažkú skriňu plnú vecí, nejako sa okamžite ukáže, že všetko nie je také jednoduché a niečo zjavne zasahuje do dobrej veci, aby sa veci dali do poriadku.

A prekážkou pohybu nebude nič iné ako práca trecej sily, ktorý sa študuje v siedmom ročníku fyziky.

S trením sa stretávame na každom kroku. V pravom zmysle slova. Presnejšie by bolo povedať, že bez trenia nemôžeme urobiť ani krok, keďže sú to sily trenia, ktoré držia naše nohy na povrchu.

Každý z nás vie, čo je to chodiť po veľmi klzkom povrchu – po ľade, ak sa tento proces dá vôbec nazvať chôdzou. To znamená, že okamžite vidíme zjavné výhody trecej sily. Avšak predtým, ako hovoríme o výhodách alebo škodách trecích síl, najprv zvážme, čo je trecia sila vo fyzike.

Trecia sila vo fyzike a jej druhy

Vzájomné pôsobenie, ku ktorému dochádza v mieste dotyku dvoch telies a bráni ich relatívnemu pohybu, sa nazýva trenie. A sila, ktorá charakterizuje túto interakciu, sa nazýva trecia sila.

Existujú tri typy trenia: klzné trenie, statické trenie a valivé trenie.

Statické trenie

V našom prípade, keď sme sa pokúšali posunúť skriňu, fučali sme, tlačili a červenali sme sa, ale nepohli sme skriňou ani o centimeter. Čo drží skriňu na mieste? Statická trecia sila. Teraz ďalší príklad: ak položíme ruku na notebook a posunieme ho po stole, notebook sa bude pohybovať spolu s našou rukou, ktorú držíme rovnakou silou statického trenia.

Statické trenie drží klince zatĺkané do steny, bráni samovoľnému rozväzovaniu šnúrok na topánkach a tiež drží našu skriňu na mieste, aby sme sa o ňu omylom opreli plecami a neprešli po milovanej mačke, ktorá si zrazu ľahla a v pokoji si zdriemla a ticho medzi skriňou a stenou.

Klzné trenie

Vráťme sa k našej povestnej skrini. Nakoniec sme si uvedomili, že to sami nepohneme a zavolali sme na pomoc suseda. Nakoniec sme ju po poškriabaní celej podlahy, spotení, vystrašení mačky, no stále nevyložení vecí zo skrine, presunuli do iného kúta.

Čo sme našli okrem oblakov prachu a kúska steny nepokrytej tapetou? Že keď sme pôsobili silou presahujúcou silu statického trenia, skriňa sa nielen pohla zo svojho miesta, ale aj (samozrejme s našou pomocou) pokračovala v pohybe ďalej, na miesto, ktoré sme potrebovali. A námaha, ktorú bolo potrebné vynaložiť na jeho presun, bola počas celej cesty približne rovnaká.

V tomto prípade nám to prekážalo posuvná trecia sila. Posuvná trecia sila, podobne ako statická trecia sila, smeruje v smere opačnom k aplikovanej sile.

Valivé trenie

V prípade, že teleso po povrchu nekĺže, ale sa odvaľuje, trenie, ktoré vzniká v mieste dotyku, sa nazýva valivé trenie. Valiace sa koleso je mierne zatlačené do vozovky a pred ním sa vytvorí malý hrbolček, ktorý treba prekonať. To spôsobuje valivé trenie.

Čím tvrdšia cesta, tým menšie valivé trenie. To je dôvod, prečo je jazda po diaľnici oveľa jednoduchšia ako jazda po piesku. V drvivej väčšine prípadov je valivé trenie podstatne menšie ako klzné trenie. To je dôvod, prečo sú kolesá, ložiská atď.

Príčiny trecích síl

Po prvé je drsnosť povrchu. To je dobre pochopiteľné na príklade podlahových dosiek alebo povrchu Zeme. V prípade hladších povrchov, ako je ľad alebo strecha pokrytá plechmi, je drsnosť takmer neviditeľná, to však neznamená, že tam nie je. Tieto drsnosti a nepravidelnosti sa k sebe prilepia a prekážajú pri pohybe.

Druhý dôvod je medzimolekulová príťažlivosť, ktorá pôsobí v miestach dotyku trecích telies. Druhý dôvod sa však objavuje najmä len pri veľmi dobre vyleštených karosériách. V podstate máme do činenia s prvou príčinou trecích síl. A v tomto prípade sa na zníženie trecej sily často používa mazivo.

Vrstva lubrikantu, najčastejšie tekutého, oddeľuje trecie plochy a vrstvy kvapaliny sa o seba trú, pričom trecia sila je niekoľkonásobne menšia.

Esej na tému „Trecia sila“

V kurze fyziky siedmeho ročníka sa dávajú školáci zadanie napísať esej na tému „Trecia sila“. Príkladom eseje na túto tému by bolo niečo takéto:

„Predpokladajme, že by sme sa rozhodli ísť cez prázdniny navštíviť babičku vlakom. A nevedia, že práve v tomto čase zrazu, bez akéhokoľvek dôvodu, trecia sila zmizla. Zobudíme sa, vstaneme z postele a spadneme, pretože medzi podlahou a nohami nie je žiadna trecia sila.

Začíname sa obúvať a nevieme si zaviazať šnúrky, ktoré nedržia kvôli nedostatku trenia. Schody sú celkovo ťažké, výťah nefunguje - dlho je v pivnici. Po spočítaní absolútne všetkých krokov s mojou kostrčou a ako-tak sa doplazili na zastávku sme objavili nový problém: na zastávke nezastavil ani jeden autobus.

Zázračne sme nastúpili do vlaku, mysleli sme si, aký je krásny - je to tu dobré, spotrebuje sa menej paliva, pretože straty trením sú znížené na nulu, dostaneme sa tam rýchlejšie. Ale tu je problém: medzi kolesami a koľajnicami nie je žiadna trecia sila, a preto sa vlak nemá z čoho odraziť! Takže vo všeobecnosti nie je osudom ísť k babičke bez sily trenia.“

Výhody a poškodenia trenia

Samozrejme, ide o fantáziu a je plná lyrických zjednodušení. V živote je všetko trochu inak. Ale v skutočnosti, napriek tomu, že existujú zjavné nevýhody trecej sily, ktoré nám v živote spôsobujú množstvo ťažkostí, je zrejmé, že bez existencie trecích síl by bolo problémov oveľa viac. Musíme teda hovoriť o poškodení trecích síl a výhodách rovnakých trecích síl.

Príklady užitočných aspektov trecích síl dá sa povedať, že môžeme chodiť po zemi, že sa nám oblečenie nerozpadá, keďže vlákna v látke držia na svojom mieste vďaka rovnakým trecím silám, že nasypaním piesku na zľadovatenú cestu zlepšujeme trakciu v poriadku aby nedošlo k nehode.

Dobre poškodenie trecími silami je problém premiestňovania veľkých bremien, problém opotrebovania trecích plôch, ako aj nemožnosť vytvorenia stroja s trvalým pohybom, pretože v dôsledku trenia sa akýkoľvek pohyb skôr alebo neskôr zastaví, čo si vyžaduje neustály vonkajší vplyv.

Ľudia sa naučili prispôsobovať a znížiť alebo zvýšiť trecie sily, v závislosti od potreby. Patria sem kolesá, mazanie, ostrenie a mnoho ďalšieho. Príkladov je veľa a je zrejmé, že nie je možné jednoznačne povedať: trenie je dobré alebo zlé. Ale existuje a našou úlohou je naučiť sa ho využívať v prospech človeka.

Potrebujete pomôcť so štúdiom?

Predchádzajúca téma: Vzťah medzi gravitáciou a telesnou hmotnosťou: dynamometer.
Nasledujúca téma: Trenie v prírode, každodennom živote a technológiách: ešte viac PRÍKLADOV

1. Trecia sila vzniká pri priamom kontakte telies a vždy smeruje pozdĺž kontaktnej plochy. Statická trecia sila vzniká, keď pôsobíme na teleso v pokoji nejakou silou F, ktorá nespôsobuje pohyb telesa. V module sa statická trecia sila rovná použitej sile F a smeruje opačne k sile pôsobiacej na teleso v pokoji rovnobežne s povrchom jeho kontaktu s iným telesom.

2. Pôsobí statická trecia sila na stôl stojaci na podlahe?

2. Nie, kým naň nepôsobíme silou F, ktorou ho chceme pohnúť.

3. Čo je tlaková sila? Musí to byť gravitácia?

3. Tlaková sila je reakčnou silou podpery a nie vždy sa zhoduje so silou gravitácie.

4. Aký je koeficient trenia?

4. Koeficient trenia - koeficient úmernosti medzi silou statického trenia a silou normálového tlaku.

5. Muž tlačí knižnicu, ale knižnica zostáva sama. Nie je tu porušený druhý Newtonov zákon, podľa ktorého teleso, na ktoré pôsobí sila, mení svoju rýchlosť?

5. Nie, pretože V Newtonovom zákone sila F znamená výslednicu všetkých síl pôsobiacich na teleso. V tomto prípade je sila pôsobiaca na skriňu vyvážená silou statického trenia a výslednica je nulová, preto sa zrýchlenie a posunutie skrine rovnajú nule.

Témy kodifikátora Jednotnej štátnej skúšky: sily v mechanike, trecia sila, koeficient klzného trenia.

Trecia sila - je to sila interakcie medzi kontaktnými telesami, ktorá bráni pohybu jedného telesa voči druhému. Trecia sila je vždy smerovaná pozdĺž povrchov kontaktujúcich telies.

V školskej fyzike sa berú do úvahy dva typy trenia.

1.Suché trenie. Vyskytuje sa v kontaktnej zóne pevných povrchov bez prítomnosti kvapalnej alebo plynnej vrstvy medzi nimi.
2.Viskózne trenie. Vyskytuje sa vtedy, keď sa pevné teleso pohybuje v kvapalnom alebo plynnom prostredí alebo keď sa jedna vrstva média pohybuje vzhľadom na druhú.

Suché a viskózne trenie má rôznu povahu a líšia sa vlastnosťami. Zvážme tieto typy trenia oddelene.

Suché trenie.

Suché trenie môže nastať aj pri absencii relatívneho pohybu telies. Ťažká pohovka teda zostáva nehybná aj pri slabom pokuse pohnúť ju z miesta: naša sila pôsobiaca na pohovku je kompenzovaná trecou silou, ktorá vzniká medzi pohovkou a podlahou. Trecia sila, ktorá pôsobí medzi povrchmi telies v pokoji a bráni vzniku pohybu, sa nazýva statická trecia sila.

Prečo sa vôbec objavuje statická trecia sila? Kontaktné povrchy pohovky a podlahy sú drsné, sú posiate mikroskopickými, neviditeľnými hľuzami rôznych tvarov a veľkostí. Tieto hrbole sa o seba zachytia a bránia tomu, aby sa pohovka začala pohybovať. Sila statického trenia je teda spôsobená silami elektromagnetického odpudzovania molekúl, ktoré vznikajú pri deformácii tuberkul.

S postupným zvyšovaním sily sa pohovka stále nevzdáva a stojí - statická trecia sila sa zvyšuje spolu s nárastom vonkajšieho vplyvu, pričom veľkosť zostáva rovnaká ako použitá sila. Je to pochopiteľné: deformácie tuberkulóz sa zvyšujú a odpudivé sily ich molekúl sa zvyšujú.

Nakoniec sa pohovka s určitou dávkou vonkajšej sily pohne zo svojho miesta. Statická trecia sila dosahuje svoju maximálnu možnú hodnotu. Deformácie tuberkulóz sa ukážu byť také veľké, že to tuberkulózy nevydržia a začnú sa zrútiť. Dochádza k posúvaniu.

Trecia sila, ktorá pôsobí medzi klznými plochami, sa nazýva klzná trecia sila. Počas procesu kĺzania sa väzby medzi molekulami v tuberkulách navzájom prepojených povrchov prerušia. Pri statickom trení nie sú žiadne takéto diskontinuity.

Vysvetlenie suchého trenia z hľadiska tuberkulóz je čo najjednoduchšie a najjasnejšie. Skutočné mechanizmy trenia sú oveľa zložitejšie a ich uvažovanie presahuje rámec elementárnej fyziky.

Posuvná trecia sila pôsobiaca na teleso zo strany drsného povrchu je smerovaná opačne k rýchlosti pohybu telesa vzhľadom na tento povrch. Pri zmene smeru rýchlosti sa mení aj smer trecej sily. Závislosť trecej sily od rýchlosti je hlavným rozdielom medzi trecou silou a silami pružnosti a gravitácie (ktorých veľkosť závisí len od vzájomnej polohy telies, t.j. od ich súradníc).

V najjednoduchšom modeli suchého trenia sú splnené nasledujúce zákony. Sú zovšeobecnením experimentálnych faktov a majú približný charakter.

1. Maximálna hodnota statickej trecej sily sa rovná klznej trecej sile.
2. Absolútna hodnota sily klzného trenia je priamo úmerná sile reakcie podpory:

Koeficient proporcionality sa nazýva koeficient trenia.

3. Koeficient trenia nezávisí od rýchlosti pohybu telesa na drsnom povrchu.
4. Koeficient trenia nezávisí od plochy kontaktných plôch.

Tieto zákony sú dostatočné na riešenie problémov.

Úloha. Blok hmotnosti kg leží na vodorovnom drsnom povrchu. Koeficient trenia. Na blok pôsobí horizontálna sila. Nájdite treciu silu v dvoch prípadoch: 1) pri 2) pri .

Riešenie: Urobme si nákres a usporiadajme sily. Označujeme treciu silu (obr. 1).

Ryža. 1. K úlohe

Zapíšme si druhý Newtonov zákon:

(1)

Blok sa nepohybuje pozdĺž svojej osi. Premietnutím rovnosti (1) na os dostaneme: , odkiaľ .

Maximálna hodnota statickej trecej sily (známa aj ako klzná trecia sila) sa rovná

1) Sila je menšia ako maximálna statická trecia sila. Blok zostáva na mieste a trecia sila bude statická trecia sila:
2) Sila je väčšia ako maximálna statická trecia sila. Blok sa začne posúvať a trecia sila bude klzná trecia sila: .

Viskózne trenie.

Odporová sila, ktorá vzniká pri pohybe telesa vo viskóznom prostredí (kvapalina alebo plyn), má úplne iné vlastnosti.

Po prvé, neexistuje žiadna statická trecia sila. Napríklad, človek môže pohybovať plávajúcou niekoľkotonovou loďou jednoducho potiahnutím lana.

Po druhé, sila odporu závisí od tvaru pohybujúceho sa telesa. Trup ponorky, lietadla alebo rakety má aerodynamický tvar v tvare cigary, aby sa znížila odporová sila. Naopak, keď sa pologuľovité teleso pohybuje konkávnou stranou dopredu, odporová sila je veľmi veľká (napríklad padák).

Po tretie, absolútna hodnota brzdnej sily výrazne závisí od rýchlosti. Pri nízkych rýchlostiach je odporová sila priamo úmerná rýchlosti:

Pri vysokých rýchlostiach je odporová sila priamo úmerná druhej mocnine rýchlosti:

Napríklad pri páde vo vzduchu dochádza k závislosti odporovej sily na štvorci rýchlosti už pri rýchlostiach okolo niekoľkých metrov za sekundu. Koeficienty a závisia od tvaru a veľkosti telesa, od fyzikálnych vlastností povrchu telesa a viskózneho média.

Parašutista teda pri skoku do diaľky nenaberá rýchlosť donekonečna, ale od určitého momentu začne klesať stabilnou rýchlosťou, pri ktorej sa odporová sila rovná gravitačnej sile:

Preto stála rýchlosť:

(2)

Úloha. Dve kovové gule rovnakej veľkosti a rozdielnej hmotnosti padajú bez počiatočnej rýchlosti z rovnakej veľkej výšky. Ktorá loptička spadne na zem rýchlejšie – ľahká alebo ťažká?
Riešenie. Zo vzorca (2) vyplýva, že ťažká guľa má vyššiu ustálenú rýchlosť pádu. To znamená, že bude trvať dlhšie, kým získate rýchlosť, a teda rýchlejšie dosiahnete zem.

Trecia sila (Ftr.) je sila, ktorá vzniká pri kontakte povrchov dvoch telies a bráni ich vzájomnému pohybu. Objavuje sa v dôsledku elektromagnetických síl generovaných atómami a molekulami v bode kontaktu týchto dvoch objektov.

Na zastavenie pohybujúceho sa objektu musí sila pôsobiť v opačnom smere ako je smer pohybu. Ak napríklad zatlačíte knihu cez stôl, začne sa pohybovať. Sila, ktorou na knihu pôsobíte, ňou pohne. Kniha sa šmýka, potom sa spomalí a zastaví sa v dôsledku trenia.

Vlastnosti trecích síl

Vyššie uvedené trenie, ktoré sa objavuje pri pohybe predmetov, sa nazýva vonkajšie alebo suché. Môže však existovať aj medzi časťami alebo vrstvami jedného objektu (kvapalný alebo plynný);
Hlavným znakom je závislosť trenia od rýchlosti relatívneho pohybu telies.
Existujú aj ďalšie charakteristické znaky:

výskyt, keď dve pohybujúce sa telesá prídu do kontaktu s povrchmi;
jeho pôsobenie je paralelné s oblasťou kontaktu;
nasmerovaný proti vektoru rýchlosti tela;
závisí od kvality povrchov (hladké alebo drsné) a interagujúcich predmetov;
Tvar alebo veľkosť objektu pohybujúceho sa v plyne alebo kvapaline ovplyvňuje veľkosť trecej sily.

Druhy trenia

Existuje niekoľko typov. Pozrime sa na ich rozdiely. Kniha posúvajúca sa na stole je ovplyvnená klzné trenie.

Kĺzavá trecia sila

Kde N je sila reakcie na zemi.

Všimnite si niektoré situácie:

Ak človek jazdí na bicykli, tak trenie, ku ktorému dochádza pri kontakte kolesa s vozovkou, je valivé trenie.

Tento typ sily je podstatne menší ako sila klzného trenia.

Valivá trecia sila

Výrazne menšie hodnoty tohto druhu sily využívajú ľudia používajúci kolesá, valčeky a guľôčkové ložiská v rôznych pohyblivých častiach zariadení.

Charles Augustin Coulomb vo svojej práci o teórii trenia navrhol vypočítať silu valivého trenia takto:
kde λ je koeficient valivého trenia, R je polomer valca alebo kolesa, P je hmotnosť telesa.

F tr. p. pôsobí ako odozva na sily, ktoré majú tendenciu spôsobiť pohyb stacionárneho objektu. Ak na stacionárny objekt nie je žiadny vonkajší vplyv, potom je veľkosť tejto sily nulová. Ak sa objaví vonkajší vplyv (F), potom sa statická trecia sila zvýši na maximum a potom sa telo začne pohybovať. Veľkosť klznej trecej sily sa prakticky zhoduje s maximálnou statickou trecou silou.

,
μ - koeficient trenia.
Mazivo, najčastejšie vo forme tenkej vrstvy kvapaliny, znižuje trenie.
Kvapaliny alebo plyny sú špeciálne médiá, v ktorých sa tento typ sily tiež prejavuje. V týchto prostrediach dochádza k treniu iba vtedy, keď sa objekt pohybuje. V týchto médiách nemožno hovoriť o sile statického trenia.

Trecia sila v kvapalinách a plynoch

Tento typ sily sa nazýva odporová sila média. Spomaľuje pohyb objektu. Usmernenejší tvar objektu ovplyvňuje veľkosť sily odporu - výrazne klesá. Preto sa pri stavbe lodí používajú aerodynamické trupy lodí alebo ponoriek.
Odporová sila média závisí od:

geometrické rozmery a tvar objektu;
viskozita kvapalného alebo plynného média;
stav povrchu objektu;
rýchlosť objektu vzhľadom na prostredie, v ktorom sa nachádza.