Force de friction. Types de forces de frottement sec
Les forces de friction apparaissent lorsque des corps entrent en contact ou que leurs parties se déplacent les unes par rapport aux autres. Le frottement qui se produit lors du mouvement relatif de deux corps en contact est dit externe ; le frottement entre des parties d'un même corps solide (par exemple, liquide ou gaz) est appelé friction interne .
La force de frottement qui se produit lorsqu'un corps solide se déplace par rapport à un milieu liquide ou gazeux doit être classée comme une force. friction interne, puisque dans ce cas les couches du milieu qui sont en contact direct avec le corps sont entraînées en mouvement par celui-ci à la même vitesse que le corps, et le mouvement du corps est influencé par le frottement entre ces couches du milieu externe pour eux.
Définition 1
Le frottement entre les surfaces de deux corps solides en l'absence de toute couche, telle qu'un lubrifiant, entre eux est appelé sec . La friction entre un solide et un milieu liquide ou gazeux, ainsi qu'entre les couches d'un tel milieu, est appelée visqueux (ou liquide). En ce qui concerne le frottement sec, il y a : frottement de glissement, frottement de roulement Et frottement statique.
Force de friction de glissement
Le frottement par glissement se produit lorsqu'un corps se déplace sur la surface d'un autre. Plus le poids du corps est important et plus le coefficient de frottement entre ces surfaces est élevé (le coefficient dépend du matériau à partir duquel les surfaces sont constituées), plus la force de frottement de glissement est grande.
La force de frottement de glissement ne dépend pas de la surface des surfaces en contact. Lors du déplacement, un bloc posé sur sa plus grande face aura la même force de frottement de glissement que s'il était posé sur sa plus petite face.
Causes de la force de frottement de glissement :
Les plus petites irrégularités de la surface de deux corps sont le moyen par lequel les corps s'accrochent l'un à l'autre lorsqu'ils se déplacent. S'il n'y avait pas de force de frottement de glissement, alors un corps mis en mouvement par l'action à court terme d'une force sur lui continuerait à se déplacer uniformément. Cependant, comme la force de frottement de glissement existe et qu’elle est dirigée contre le mouvement du corps, celui-ci s’arrête progressivement.
Interactions intermoléculaires sur les surfaces en contact de deux corps. Cette interaction ne peut se produire que sur des surfaces très lisses et bien polies. Les molécules de différents corps sont très proches les unes des autres et s'attirent. De ce fait, les mouvements du corps sont ralentis.
Le vecteur force de frottement de glissement $\overline(F)_(mp) $est toujours dirigé à l'opposé du vecteur vitesse du corps par rapport au corps en contact avec lui. Par conséquent, l'action de la force de frottement de glissement entraîne toujours une diminution du module de vitesse relative des corps.
Force de frottement de roulement
La force de frottement de roulement se produit lorsqu’un autre corps, généralement rond, roule sur la surface d’un corps. Par exemple, les roues des véhicules roulant sur la route, un tonneau tourné sur le côté sur une colline, une balle sur le sol. La force de frottement de roulement est bien inférieure à la force de frottement de glissement. N'oubliez pas qu'il est plus facile de transporter un gros sac sur roulettes que de le traîner sur le sol. La raison réside dans la méthode différente de contact entre le corps en mouvement et la surface. En roulant, la roue semble appuyer, écraser la surface sous elle-même et s'en détacher. Une roue qui roule n'a pas besoin de rattraper de nombreuses petites irrégularités de surface, comme lors du glissement de corps.
Note 1
Plus la surface est dure, plus la force de frottement de roulement est faible. Par exemple, il est plus difficile de faire du vélo sur le sable que sur l'asphalte, car sur le sable, il faut vaincre une force de friction de roulement plus importante. Cela est dû au fait qu'il est plus facile de pousser sur des surfaces dures, elles ne sont pas trop enfoncées. On peut dire que la force qui agit de la roue sur une surface solide n'est pas dépensée en déformation, mais est presque entièrement restituée sous la forme d'une force de réaction d'appui normale.
Force de friction statique
La force qui apparaît à la limite de contact des corps en l'absence de mouvement relatif des corps est appelée force de frottement statique.
La force de frottement statique $\overline(F)_(mp) $est de magnitude égale force externe$\overline(F)$, dirigé tangentiellement à la surface de contact des corps, et à l'opposé de celle-ci dans la direction :
La force de friction statique nous entoure partout. Tous les objets qui reposent sur d’autres corps sont retenus par la force de friction statique. La force de friction statique est même suffisante pour maintenir des objets sur des surfaces inclinées. Par exemple, une personne peut se tenir sur le flanc d’une colline avec un bloc immobile sur une règle légèrement inclinée. De plus, grâce à la force de friction statique, des formes de mouvement telles que la marche et l'équitation sont possibles. Dans ces cas, « l’adhésion » à la surface se produit en raison de la force de frottement statique, ce qui permet de se décoller de la surface.
Les raisons de la force de frottement statique sont les mêmes que celles de la force de frottement glissant.
La force de friction statique se produit lorsqu’on tente de déplacer un corps debout. Tant que la force tentant de déplacer le corps est inférieure à la force de friction statique, le corps restera en place. Dès que cette force dépasse une certaine force de frottement statique maximale pour ces deux corps, un corps commencera à se déplacer par rapport à l'autre, et la force de frottement de glissement ou de roulement agira déjà sur lui.
Note 2
Dans la plupart des cas, la force de frottement statique maximale est légèrement supérieure à la force de frottement de glissement. Ainsi, pour commencer à déplacer le meuble, vous devez d'abord appliquer un peu plus d'effort que lorsque le meuble est déjà en mouvement. Souvent, la différence entre les forces de frottement statique et glissante est négligée, les considérant comme égales.
Dans le modèle le plus simple de frottement sec, les lois suivantes sont satisfaites. Ils constituent une généralisation de faits expérimentaux et sont de nature approximative :
la valeur maximale de la force de frottement statique est égale à la force de frottement de glissement ;
la valeur absolue de la force de frottement de glissement est directement proportionnelle à la force de réaction d'appui : $\overline(F)_(mp) =\mu N$, et le coefficient de proportionnalité $\mu $ est appelé coefficient de frottement ;
le coefficient de frottement ne dépend pas de la vitesse de déplacement du corps sur une surface rugueuse ;
le coefficient de frottement ne dépend pas de la surface des surfaces en contact.
Exemple 1
Des élèves ont installé un aimant d'une masse de 30$g dans une commission scolaire. L'aimant est pressé contre la planche avec une force de $6 H$. Quelle force faut-il appliquer pour faire glisser l'aimant vers le bas et le déplacer verticalement vers le haut si le coefficient de frottement est de 0,3$ ?
Étant donné : $m=30$g, $N=6 H$, $\mu =0,3$.
Rechercher : $F_(1) $, $F_(2) $- ?
Solution:
Image 1.
Afin de déplacer l'aimant vers le bas, la somme de la force de gravité $mg$ et de la force supplémentaire appliquée $F_(1) $ doit être égale à la force de frottement $F_(B@) $ (ou être supérieure) :
$ mg + F = F_ (mp) $ (1).
De la formule (1) et de la formule générale de la force de frottement
nous trouvons la force requise pour faire glisser l'aimant vers le bas :
$F_(mp) =\mu N$($N$ est la force avec laquelle l'aimant est pressé contre la carte) :
$F_(1) =\mu N-mg=1,5 H$.
Pour une force ascendante, l’équation (1) prendra la forme :
$F_(2) =\mu N+mg=2,1 H$
Répondre:$F_(1) =1,5 H$, $F_(2) =2,1 H$.
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travaux pratiques, ajouté le 10/05/2010
Entre les surfaces des solides en contact.
Reste les frictions. Essayez de déplacer un livre épais posé sur la table avec votre doigt. Le livre restera en place jusqu'à ce que la force agissant sur lui atteigne une certaine valeur. Ce fait est tout à fait familier, mais, si l’on y réfléchit, il est assez étrange et incompréhensible.
Après tout, qu’est-ce que cela signifie ? Vous appliquez une certaine force au livre, dirigée, par exemple, le long de la surface de la table, et le livre reste au repos. Par conséquent, une force apparaît entre le livre et la surface de la table, dirigée à l'opposé de la force avec laquelle vous agissez sur le livre, et exactement égale en ampleur. Vous poussez le livre avec plus de force, mais il reste toujours en place. Cela signifie que la force de friction augmente également.
La force de frottement agissant entre deux corps immobiles l’un par rapport à l’autre est appelée force de frottement statique.
Si un corps est soumis à une force parallèle à la surface sur laquelle il se trouve et que le corps reste immobile, cela signifie que la force de frottement statique agit sur lui. Ftr, de grandeur égale et dirigée dans la direction opposée à la force ( Figure 4.14). Par conséquent, la force de frottement statique est déterminée par la force agissant sur elle
En d'autres termes, lorsque l'accélération d'un corps est nulle, la force de frottement est égale en ampleur et en direction opposée à la force qui, avec le frottement, agit sur le corps parallèlement à la surface de son contact avec un autre corps. Si aucune autre force n’agit parallèlement à cette surface, alors le frottement statique sera nul.
La plus grande valeur de la force de frottement, à laquelle le glissement ne se produit pas encore, est appelée force de friction statique maximale. Si la force agissant sur un corps au repos dépasse même légèrement la force maximale de frottement statique, alors le corps commencera à glisser.
Pour déterminer la force de frottement statique maximale, il existe une loi quantitative très simple, mais peu précise. Chargeons le bloc avec des poids ( Figure 4.15) le même poids que le bloc lui-même. Dans ce cas, la force avec laquelle le bloc agit sur la table perpendiculairement à la surface de la table augmentera de 2 fois. Mais la force, selon la troisième loi de Newton, est égale en grandeur et en direction opposée à la force de réaction normale du support agissant sur le bloc depuis le côté de la table. Par conséquent, la force augmentera de 2 fois. Si nous mesurons à nouveau la force de frottement statique maximale, nous verrons qu'elle a augmenté autant de fois que la force a augmenté, c'est-à-dire 2 fois.
En chargeant le bloc avec différents poids et en mesurant à chaque fois la force maximale de frottement statique, on sera convaincu que la valeur maximale du module de la force de frottement statique est proportionnelle au module de la force de réaction normale du support
. Cette loi a été établie pour la première fois expérimentalement par le physicien français Coulomb.
Si l’on note le module de la force de frottement statique maximale par F tr.max, alors on peut écrire :
Où µ
- coefficient de proportionnalité, appelé coefficient de frottement statique. Le coefficient de frottement caractérise les deux surfaces frottantes et dépend non seulement du matériau de ces surfaces, mais également de la qualité de leur traitement. Le coefficient de frottement est déterminé expérimentalement.
La force de frottement statique maximale ne dépend pas de la zone de contact entre les corps. Si vous placez le bloc sur la plus petite face, alors F tr.max Ne changera pas.
La force de frottement statique varie de zéro à une valeur maximale égale à . Qu'est-ce qui peut provoquer une modification de la force de friction ?
Le point ici est le suivant. Lorsqu'une certaine force est appliquée sur un corps, celui-ci se déplace légèrement (imperceptiblement à l'œil), et ce déplacement se poursuit jusqu'à ce que les rugosités microscopiques des surfaces se positionnent les unes par rapport aux autres de telle manière qu'en s'accrochant les unes aux autres, elles vont conduire à l’apparition d’une force qui équilibre la force. À mesure que la force augmente, le corps bougera à nouveau légèrement, de sorte que les plus petites irrégularités de la surface s'accrocheront différemment et que la force de frottement augmentera. Et seulement quand F tr.max Quelle que soit la position relative de la rugosité de la surface, la force de frottement ne pourra pas équilibrer la force et le glissement commencera.
Lors de la marche et de la course, la plante des pieds est soumise à un frottement statique, à moins que les pieds ne glissent. La même force agit sur les roues motrices de la voiture. Les roues motrices sont également sollicitées par une force de frottement statique, mais cette fois freinant le mouvement, et cette force est nettement inférieure à la force agissant sur les roues motrices (sinon la voiture ne pourrait pas bouger).
Dans les temps anciens, lorsque la capacité de la force de frottement statique à prendre différentes valeurs n'était pas très bien comprise, ils doutaient qu'une locomotive à vapeur soit capable de rouler sur des rails lisses. Ils pensaient que la friction freinant les roues motrices serait égale à la force de friction agissant sur les roues motrices. Il a même été proposé d'engrenager les roues motrices et de leur poser des rails d'engrenage spéciaux.
Frottement de glissement. Lors du glissement, la force de frottement dépend non seulement de l'état des surfaces frottantes, mais également de la vitesse relative des corps, et cette dépendance à la vitesse est assez complexe. L'expérience montre que souvent (mais pas toujours) au tout début du glissement, lorsque la vitesse relative est encore faible, la force de frottement devient légèrement inférieure à la force de frottement statique maximale. Alors seulement, à mesure que la vitesse augmente, elle grandit et commence à dépasser F tr.max.
Vous avez probablement remarqué qu'un objet lourd, comme une boîte, est difficile à déplacer, mais le déplacer devient alors plus facile. Ceci s'explique précisément par la diminution de la force de frottement lorsque le glissement se produit à faible vitesse.
La dépendance du module de force de frottement de glissement sur le module de vitesse relative des corps est représentée sur la figure 4.16.
À des vitesses relatives de mouvement pas trop élevées, la force de frottement de glissement diffère peu de la force de frottement statique maximale. Par conséquent, elle peut être approximativement considérée comme constante et égale à la force de frottement statique maximale :
Une caractéristique importante de la force de frottement de glissement est qu'elle est toujours dirigée à l'opposé de la vitesse relative des corps en contact.
La force de friction de glissement peut être réduite plusieurs fois en utilisant un lubrifiant - le plus souvent une fine couche de liquide (généralement un type d'huile minérale) - entre les surfaces de frottement. Le frottement entre les couches de liquide adjacentes aux surfaces solides est bien moindre qu’entre les surfaces sèches. Aucune machine moderne, comme un moteur de voiture ou de tracteur, ne peut fonctionner sans lubrification. Un système de lubrification spécial est prévu dans la conception de toutes les machines.
La force de frottement dépend de la vitesse relative des corps. C'est sa principale différence avec les forces de gravité et d'élasticité, qui dépendent uniquement des distances.
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Physique 10e année
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Leçon sur le thème : "Forces de frottement entre les surfaces en contact des corps solides"
Objectifs de la leçon:
Éducatif:
Mettre à jour et approfondir les connaissances des étudiants sur la force de frottement : étudier les types de forces de frottement sec, la nature de l'apparition des forces de frottement ; établir à l'aide de faits expérimentaux :
De quoi dépend ou non l’amplitude de la force de frottement statique ?
Comparez le module des forces de friction statiques, de glissement et de roulement.
Établir une relation mathématique entre la force de frottement et la force de réaction d'appui ;
Considérez la signification physique du coefficient de frottement, résolvez des problèmes qualitatifs et de calcul sur le sujet.
Objectif de développement :
développement de la parole, développement de la pensée : la capacité de comparer, de mener des analyses, d'utiliser des documents de référence, de faire des analogies, de tirer des conclusions ; développement des capacités d'observation.
Objectif pédagogique :
inculquer la discipline, le travail acharné, la précision (prendre des notes dans des cahiers), le respect des normes de comportement, une attitude tolérante envers les erreurs des camarades, le développement ultérieur du travail individuel et en groupe pendant la leçon.
Type de cours : cours d'étude et consolidation primaire des connaissances.
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Légendes des diapositives :
La plus grande valeur de la force de frottement, à laquelle le glissement ne s'est pas encore produit, est appelée force de frottement statique maximale :
F
tr.max
µ - coefficient de frottement
Caractérise les deux surfaces frottantes ;
- dépend des matériaux et de la qualité de traitement des surfaces frottantes.
Frottement de glissement
La force de frottement de glissement est la force de frottement qui se produit lorsqu’un corps glisse sur la surface d’un autre.
Si les surfaces des corps en contact sont solides
, Que:
F
tr.qualité
F
tr
.
Si les surfaces sont meubles,
T
O :
F
tr.qualité
F
tr
.
Sujet de cours : "
Forces de friction entre les surfaces en contact des corps solides.
Objectifs de la leçon:
2. Être capable de déterminer la direction des forces de friction sèches
3. Être capable de mesurer les forces de friction.
Frottement statique
La force de frottement agissant entre deux corps immobiles l’un par rapport à l’autre est appelée force de frottement statique :
F
tr.p
.
La force de frottement statique est égale en grandeur et dirigée à l'opposé de la force appliquée au corps parallèlement à la surface de son contact avec un autre corps :
F
tr.p
.
Pendentif Sh.O.
(1736-1806) - Scientifique français, célèbre pour ses travaux sur l'électricité et le magnétisme et son étude des forces de frottement.
Objectifs de la leçon:
1.Connaître la définition des concepts de frottement statique,
frottement de glissement, frottement de roulement.
3. Être capable de mesurer les forces de friction.
4. Obtenez des formules pour calculer les forces de frottement.
5. Résoudre des problèmes qualitatifs et de calcul en utilisant les connaissances sur les forces de frottement.
Exemple
:
µ
0,001 pour une roue de wagon sur rails
;
µ
=0,4 (coefficient de frottement de glissement acier-acier
)
Conclusions de l'expérience :
2. La force de frottement statique maximale ne dépend pas de la zone de contact entre les corps.
Force de friction de glissement :
- ne dépend pas de la zone de contact des corps ;
- dirigé à l'opposé de la vitesse relative des corps en contact
- dépend de la vitesse relative des corps
Devoirs:
Bases :
§37, n° 244, n° 245, n° 247.(
Rymkevitch
)
Supplémentaire:
№ 262, №268 (
Rymkevitch
Forces de frottement sec
Frottement statique
Frottement de glissement
Frottement de roulement
Conclusions de l'expérience
:
1. La valeur maximale du module de la force de frottement statique est proportionnelle au module de la force de réaction d'appui.
F
tr.
maximum
qualité
–
coefficient de frottement de roulement
dépend:
-
sur le matériau à partir duquel les surfaces en contact sont constituées ;
- sur la vitesse de roulement.
Objectifs de la leçon:
1.Connaître la définition des concepts de frottement statique,
T
frottement de glissement, frottement de roulement.
2. Être capable de déterminer la direction des forces de frottement sec.
3. Être capable de mesurer les forces de friction.
4. Obtenez des formules pour calculer les forces de frottement.
5. Résoudre des problèmes qualitatifs et de calcul en utilisant les connaissances sur les forces de frottement.
Coefficient de frottement pour certaines paires de matériaux.
En 1781 Pendentif S.O. :
F
tr.qualité
Proportionnel à la force de réaction au sol ;
- dirigé à l'opposé de la vitesse relative des corps en contact.
Moyens de réduire la friction :
- réduire la rugosité de la surface ;
-utiliser du lubrifiant ;
- réduire la force de pression sur le support.
La force de friction statique peut provoquer une accélération des mouvements du corps
À
petit
vitesses relatives
d
des visions,
force de frottement de glissement
peut être considéré comme constant et
égale à la force maximale
frottement statique.
F
tr.
=
F
tr.
maximum
Le but de la leçon
:
Étudiez les forces de frottement sec :
frottement statique,
frottement de glissement,
frottement de roulement.
La force de frottement statique augmente de zéro à la valeur maximale
Signification physique du coefficient de frottement :
µ
=F
tr.
maximum
/N
Le coefficient de frottement montre quelle partie de la force de pression normale constitue la force de frottement.
Frottement de roulement
Le frottement de roulement est la force de frottement qui se produit lorsqu'un corps roule sur la surface d'un autre.
F
tr.qualité
.
Moyens d'augmenter les forces de friction :
-
augmenter la rugosité de la surface ;
- augmenter la force de pression sur le support ;