Forța de frecare. Tipuri de forțe de frecare uscată
Forțele de frecare apar atunci când intră în contact corpurile sau părțile lor se mișcă unele față de altele. Frecarea care apare în timpul mișcării relative a două corpuri în contact se numește externă; se numește frecarea dintre părțile aceluiași corp solid (de exemplu, lichid sau gaz). frecare internă .
Forța de frecare care apare atunci când un corp solid se mișcă în raport cu un mediu lichid sau gazos ar trebui clasificată ca forță frecare internă, deoarece în acest caz straturile mediului care sunt în contact direct cu corpul sunt trase în mișcare de către acesta cu aceeași viteză ca și corpul, iar mișcarea corpului este influențată de frecarea dintre aceste straturi ale mediului extern. lor.
Definiția 1
Frecarea dintre suprafețele a două corpuri solide în absența oricărui strat, cum ar fi lubrifiantul, între ele se numește uscat . Frecarea dintre un mediu solid și un mediu lichid sau gazos, precum și între straturile unui astfel de mediu, se numește vâscos (sau lichid). În legătură cu frecarea uscată există: frecare de alunecare, frecare de rulareȘi frecare statică.
Forța de frecare de alunecare
Frecarea de alunecare apare atunci când un corp se deplasează pe suprafața altuia. Cu cât greutatea corpului este mai mare și cu cât coeficientul de frecare dintre aceste suprafețe este mai mare (coeficientul depinde de materialul din care sunt realizate suprafețele), cu atât forța de frecare de alunecare este mai mare.
Forța de frecare de alunecare nu depinde de suprafața suprafețelor de contact. Când se deplasează, un bloc situat pe fața sa cea mai mare va avea aceeași forță de frecare de alunecare ca și cum ar fi plasat pe fața sa cea mai mică.
Cauzele forței de frecare de alunecare:
Cele mai mici neregularități de pe suprafețele a două corpuri sunt mijloacele prin care corpurile se agață unul de celălalt atunci când se mișcă. Dacă nu ar exista o forță de frecare de alunecare, atunci un corp pus în mișcare printr-o acțiune pe termen scurt a unei forțe asupra sa ar continua să se miște uniform. Cu toate acestea, deoarece forța de frecare de alunecare există și este îndreptată împotriva mișcării corpului, corpul se oprește treptat.
Interacțiuni intermoleculare pe suprafețele de contact a două corpuri. Această interacțiune poate avea loc numai pe suprafețe foarte netede, bine lustruite. Moleculele diferitelor corpuri sunt foarte apropiate unele de altele și se atrag. Din această cauză, mișcarea corpului este încetinită.
Vectorul forță de frecare de alunecare $\overline(F)_(mp) $este întotdeauna direcționat opus vectorului viteză al corpului în raport cu corpul în contact cu acesta. Prin urmare, acțiunea forței de frecare de alunecare duce întotdeauna la o scădere a modulului vitezei relative a corpurilor.
Forța de frecare de rulare
Forța de frecare de rulare apare atunci când un alt corp, de obicei rotund, se rostogolește pe suprafața unui corp. De exemplu, roțile vehiculelor care rulează pe șosea, un butoi întors pe o parte pe un deal, o minge pe podea. Forța de frecare de rulare este mult mai mică decât forța de frecare de alunecare. Amintiți-vă, este mai ușor să transportați o geantă mare pe roți decât să o trageți de-a lungul solului. Motivul constă în metoda diferită de contact dintre corpul în mișcare și suprafață. La rulare, roata pare să apese, să zdrobească suprafața de sub ea însăși și să se îndepărteze de ea. O roată care rulează nu trebuie să prindă multe mici neregularități ale suprafeței, ca atunci când alunecă corpurile.
Nota 1
Cu cât suprafața este mai dură, cu atât forța de frecare la rulare este mai mică. De exemplu, este mai dificil să mergi cu bicicleta pe nisip decât pe asfalt, deoarece pe nisip trebuie să depășești o forță de frecare de rulare mai mare. Acest lucru se datorează faptului că este mai ușor să împingeți de pe suprafețele dure; acestea nu sunt presate prea mult. Putem spune că forța care acționează de la roată pe o suprafață solidă nu este cheltuită pentru deformare, ci aproape toată este returnată sub forma unei forțe de reacție a suportului normal.
Forța de frecare statică
Forța care apare la limita contactului corpurilor în absența mișcării relative a corpurilor se numește forța de frecare statică.
Forța de frecare statică $\overline(F)_(mp) $este egală ca mărime forta externa$\overline(F)$, îndreptată tangențial la suprafața de contact a corpurilor și opus acesteia în direcția:
Forța frecării statice ne înconjoară peste tot. Toate obiectele care se află pe alte corpuri sunt ținute de forța de frecare statică. Forța de frecare statică este suficientă pentru a ține obiecte pe suprafețe înclinate. De exemplu, o persoană poate să stea pe un deal cu un bloc întins nemișcat pe o riglă ușor înclinată. În plus, datorită forței frecării statice, sunt posibile forme de mișcare precum mersul pe jos și călăria. În aceste cazuri, „aderența” la suprafață are loc datorită forței de frecare statică, ca urmare, devine posibilă împingerea de pe suprafață.
Motivele forței de frecare statică sunt aceleași ca și ale forței de frecare de alunecare.
Forța de frecare statică apare atunci când se încearcă deplasarea unui corp în picioare. Atâta timp cât forța care încearcă să miște corpul este mai mică decât forța de frecare statică, corpul va rămâne pe loc. De îndată ce această forță depășește o anumită forță de frecare statică maximă pentru aceste două corpuri, un corp va începe să se miște în raport cu celălalt, iar forța de frecare de alunecare sau de rulare va acționa deja asupra lui.
Nota 2
În majoritatea cazurilor, forța maximă de frecare statică este puțin mai mare decât forța de frecare de alunecare. Deci, pentru a începe să mutați dulapul, trebuie mai întâi să depuneți puțin mai mult efort decât să îl aplicați atunci când dulapul este deja în mișcare. Adesea, diferența dintre forțele de frecare statică și cea de alunecare este neglijată, considerându-le egale.
În cel mai simplu model de frecare uscată sunt îndeplinite următoarele legi. Ele sunt o generalizare a faptelor experimentale și sunt de natură aproximativă:
valoarea maximă a forței de frecare statică este egală cu forța de frecare de alunecare;
valoarea absolută a forței de frecare de alunecare este direct proporțională cu forța de reacție a suportului: $\overline(F)_(mp) =\mu N$, iar coeficientul de proporționalitate $\mu $ se numește coeficient de frecare;
coeficientul de frecare nu depinde de viteza de mișcare a corpului pe o suprafață rugoasă;
coeficientul de frecare nu depinde de suprafața suprafețelor de contact.
Exemplul 1
Elevii au instalat un magnet cu o masă de $30$ g la o consiliu de școală. Magnetul este apăsat pe placă cu o forță de $6 H$. Ce forță trebuie aplicată pentru a glisa magnetul în jos și a-l muta vertical în sus dacă coeficientul de frecare este $0,3$?
Dat: $m=30$g, $N=6 H$, $\mu =0,3$.
Găsiți: $F_(1) $, $F_(2) $-?
Soluţie:
Poza 1.
Pentru a deplasa magnetul în jos, suma forței gravitaționale $mg$ și a forței suplimentare aplicate $F_(1) $ trebuie să fie egală cu forța de frecare $F_(B@) $ (sau să fie mai mare):
$mg+F=F_(mp) $ (1).
Din formula (1) și din formula generală pentru forța de frecare
găsim forța necesară pentru a glisa magnetul în jos:
$F_(mp) =\mu N$($N$ este forța cu care magnetul este apăsat pe placă):
$F_(1) =\mu N-mg=1,5 H$.
Pentru o forță ascendentă, ecuația (1) va lua forma:
$F_(2) =\mu N+mg=2,1 H$
Răspuns:$F_(1) =1,5 H$, $F_(2) =2,1 H$.
Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
Nu există încă o versiune HTML a lucrării.
Puteți descărca arhiva lucrării făcând clic pe link-ul de mai jos.
Documente similare
Forțe care apar între corpurile în contact în timpul mișcării lor relative. Determinarea mărimii și direcției forței de frecare de alunecare, legea Amonton-Coulomb. Tipuri de frecare în mecanisme și mașini. Aderenta la suprafata pentru a asigura miscarea.
prezentare, adaugat 16.12.2014
Caracteristicile metodelor aproximative de determinare a coeficientului de frecare de alunecare, caracteristici ale calculului acestuia pentru diferite materiale. Semnificația și calculul forței de frecare conform legii lui Coulomb. Proiectarea și principiul de funcționare a instalației pentru determinarea coeficientului de frecare.
munca de laborator, adaugat 01.12.2010
Istoria apariției forței de frecare - procesul de interacțiune a corpurilor în timpul mișcării (deplasării) lor relative sau în timpul mișcării unui corp într-un mediu gazos sau lichid. Apariția forțelor de alunecare și de frecare statică la joncțiunea corpurilor în contact, modalități de reducere a acestora.
rezumat, adăugat 30.07.2015
Cauza frecării și exemplele acesteia: mișcarea axei roții, o minge care se rostogolește pe o podea orizontală. Formule pentru calcularea forței de frecare în fizică. Rolul frecării în viața de pe Pământ: mersul pe jos, rotirea roților motrice ale vehiculului.
prezentare, adaugat 16.01.2011
Forțe gravitaționale, electromagnetice și nucleare. Interacțiunea particulelor elementare. Conceptul de gravitație și gravitație. Determinarea forței elastice și principalele tipuri de deformare. Caracteristici ale forțelor de frecare și ale forțelor de repaus. Manifestări ale frecării în natură și tehnologie.
prezentare, adaugat 24.01.2012
Forța de frecare este o forță care apare atunci când corpurile intră în contact, direcționată de-a lungul limitei de contact și împiedicând mișcarea relativă a corpurilor. Cauzele frecării. Forța de frecare statică, de alunecare și de rulare. Aplicarea lubrifierii și a rulmenților.
prezentare, adaugat 12.11.2013
Frecarea ca proces de interacțiune între corpuri solide în timpul mișcării relative sau în timpul mișcării unui corp solid într-un mediu gazos sau lichid. Tipuri de frecare, calcul al frecării statice, de alunecare și de rulare. Calculul coeficienților de frecare pentru diverse perechi de suprafețe.
lucrare practica, adaugata 05.10.2010
Între suprafețele solidelor în contact.
Rest frecare.Încercați să mutați cu degetul o carte groasă aflată pe masă. Cartea va rămâne pe loc până când forța care acționează asupra ei atinge o anumită valoare. Acest fapt este complet familiar, dar, dacă te gândești, destul de ciudat și de neînțeles.
La urma urmei, ce înseamnă asta? Aplicați o oarecare forță cărții, îndreptată, să zicem, de-a lungul suprafeței mesei, iar cartea rămâne în repaus. În consecință, între carte și suprafața mesei ia naștere o forță, îndreptată opus forței cu care acționați asupra cărții și exact egală cu aceasta ca mărime. Împingi cartea cu mai multă forță, dar rămâne în continuare pe loc. Aceasta înseamnă că și forța de frecare crește.
Se numește forța de frecare care acționează între două corpuri care sunt staționare unul față de celălalt forța de frecare statică.
Dacă asupra unui corp acţionează o forţă paralelă cu suprafaţa pe care se află şi corpul rămâne nemişcat, aceasta înseamnă că asupra lui acţionează forţa de frecare statică. F tr, egală ca mărime și îndreptată în direcția opusă forței ( Fig.4.14). În consecință, forța de frecare statică este determinată de forța care acționează asupra acesteia
Cu alte cuvinte, atunci când accelerația unui corp este zero, forța de frecare este egală ca mărime și opusă ca direcție forței care, împreună cu frecarea, acționează asupra corpului paralel cu suprafața de contact cu un alt corp. Dacă nicio altă forță nu acționează paralel cu această suprafață, atunci frecarea statică va fi zero.
Se numește cea mai mare valoare a forței de frecare, la care alunecarea nu are loc încă forța maximă de frecare statică. Dacă forța care acționează asupra unui corp în repaus depășește chiar și puțin forța maximă de frecare statică, atunci corpul va începe să alunece.
Pentru a determina forța maximă de frecare statică, există o lege cantitativă foarte simplă, dar nu foarte precisă. Să încărcăm blocul cu greutăți ( Fig.4.15) aceeași greutate ca și blocul în sine. În acest caz, forța cu care acționează blocul asupra mesei perpendicular pe suprafața mesei va crește de 2 ori. Dar forța, conform celei de-a treia legi a lui Newton, este egală ca mărime și opusă ca direcție forței reacției normale a suportului care acționează asupra blocului din partea laterală a mesei. În consecință, puterea va crește de 2 ori. Dacă acum măsurăm din nou forța maximă de frecare statică, vom vedea că aceasta a crescut de câte ori a crescut forța, adică de 2 ori.
Încărcând blocul cu diferite greutăți și măsurând de fiecare dată forța maximă de frecare statică, ne vom convinge că valoarea maximă a modulului forței de frecare statică este proporțională cu modulul forței normale de reacție a suportului
. Această lege a fost stabilită pentru prima dată experimental de către fizicianul francez Coulomb.
Dacă notăm modulul forței maxime de frecare statică cu F tr.max, atunci putem scrie:
Unde µ
- coeficient de proporţionalitate, numit coeficient de frecare statică. Coeficientul de frecare caracterizează atât suprafețele de frecare și depinde nu numai de materialul acestor suprafețe, ci și de calitatea prelucrării lor. Coeficientul de frecare se determină experimental.
Forța maximă de frecare statică nu depinde de zona de contact dintre corpuri. Dacă așezi blocul pe fața mai mică, atunci F tr.max Nu se va schimba.
Forța de frecare statică variază de la zero la o valoare maximă egală cu . Ce poate provoca o modificare a forței de frecare?
Ideea aici este aceasta. Atunci când o anumită forță este aplicată unui corp, aceasta se deplasează ușor (imperceptibil pentru ochi), iar această deplasare continuă până când rugozitatea microscopică a suprafețelor sunt poziționate una față de cealaltă în așa fel încât, agățându-se una de alta, acestea vor duce la apariția unei forțe care echilibrează forța. Pe măsură ce forța crește, corpul se va mișca din nou ușor, astfel încât cele mai mici neregularități ale suprafeței se vor lipi unele de altele în mod diferit, iar forța de frecare va crește. Și numai când F tr.max Indiferent de poziția relativă a rugozității suprafeței, forța de frecare nu va putea echilibra forța și va începe alunecarea.
Când mergeți și alergați, tălpile picioarelor sunt supuse frecării statice, cu excepția cazului în care picioarele alunecă. Aceeași forță acționează asupra roților motrice ale mașinii. Roțile motoare sunt, de asemenea, acționate de o forță de frecare statică, dar de această dată frânând mișcarea, iar această forță este semnificativ mai mică decât forța care acționează asupra roților motrice (altfel mașina nu s-ar putea mișca).
În antichitate, când capacitatea forței statice de frecare de a lua diferite valori nu era foarte bine înțeleasă, se îndoiau că o locomotivă cu abur ar putea rula pe șine netede. Ei au crezut că frecarea care frânează roțile motoare ar fi egală cu forța de frecare care acționează asupra roților motrice. S-a propus chiar să se facă roțile motoare angrenate și să se așeze șine speciale angrenate pentru ele.
Frecare de alunecare. La alunecare, forța de frecare depinde nu numai de starea suprafețelor de frecare, ci și de viteza relativă a corpurilor, iar această dependență de viteză este destul de complexă. Experiența arată că adesea (deși nu întotdeauna) chiar la începutul alunecării, când viteza relativă este încă mică, forța de frecare devine ceva mai mică decât forța maximă de frecare statică. Abia atunci, pe măsură ce viteza crește, crește și începe să depășească F tr.max.
Probabil ați observat că un obiect greu, cum ar fi o cutie, este greu de mutat, dar apoi mutarea devine mai ușoară. Acest lucru se explică exact prin scăderea forței de frecare atunci când alunecarea are loc la viteză mică.
Dependența modulului forței de frecare de alunecare de modulul de viteză relativă al corpurilor este prezentată în Figura 4.16.
La viteze relative de mișcare nu prea mari, forța de frecare de alunecare diferă puțin de forța de frecare statică maximă. Prin urmare, poate fi considerat aproximativ constant și egal cu forța maximă de frecare statică:
O caracteristică importantă a forței de frecare de alunecare este că este întotdeauna îndreptată opus vitezei relative a corpurilor în contact.
Forța de frecare de alunecare poate fi redusă de multe ori prin utilizarea unui lubrifiant - cel mai adesea un strat subțire de lichid (de obicei un tip de ulei mineral) - între suprafețele de frecare. Frecarea dintre straturile de lichid adiacente suprafețelor solide este mult mai mică decât între suprafețele uscate. Nicio mașină modernă, cum ar fi un motor de mașină sau de tractor, nu poate funcționa fără lubrifiere. Un sistem special de lubrifiere este prevăzut în proiectarea tuturor mașinilor.
Forța de frecare depinde de viteza relativă a corpurilor. Aceasta este principala sa diferență față de forțele de gravitație și elasticitate, care depind doar de distanțe.
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a X-a
Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul; recomandări metodologice; programe de discuții Lecții integrateDacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,
Lecție pe tema: „Forțele de frecare între suprafețele de contact ale corpurilor solide”
Obiectivele lecției:
Educational:
Să actualizeze și să aprofundeze cunoștințele elevilor despre forța de frecare: să studieze tipurile de forțe de frecare uscată, natura apariției forțelor de frecare; stabiliți folosind fapte experimentale:
De ce depinde sau nu mărimea forței de frecare statică?
Comparați modulul forțelor de frecare statice, de alunecare și de rulare.
Stabiliți o relație matematică între forța de frecare și forța de reacție a suportului;
Luați în considerare semnificația fizică a coeficientului de frecare, rezolvați probleme calitative și de calcul pe această temă.
Scop de dezvoltare:
dezvoltarea vorbirii, dezvoltarea gândirii: capacitatea de a compara, de a efectua analize, de a folosi materiale de referință, de a trage analogii, de a trage concluzii; dezvoltarea abilităților de observare.
Scop educativ:
insuflare disciplină, muncă asiduă, acuratețe (păstrarea notițelor în caiete), aderarea la standardele de comportament, o atitudine tolerantă față de greșelile camarazilor, dezvoltarea în continuare a muncii individuale și de grup în lecție.
Tipul lecției: lecție de studiu și consolidare primară a cunoștințelor.
Descarca:
Subtitrările diapozitivelor:
Cea mai mare valoare a forței de frecare, la care alunecarea nu a avut loc încă, se numește forța de frecare statică maximă:
F
tr.max
µ - coeficientul de frecare
Caracterizează ambele suprafețe de frecare;
- depinde de materiale si de calitatea prelucrarii suprafetelor de frecare.
Frecare de alunecare
Forța de frecare de alunecare este forța de frecare care apare atunci când un corp alunecă pe suprafața altuia.
Dacă suprafeţele corpurilor în contact sunt solide
, Acea:
F
tr.calitate
F
tr
.
Dacă suprafețele sunt libere,
T
O:
F
tr.calitate
F
tr
.
Subiectul lecției: "
Forțele de frecare între suprafețele de contact ale corpurilor solide.”
Obiectivele lecției:
2. Să fiți capabil să determinați direcția forțelor de frecare uscată
3. Să fiți capabil să măsurați forțele de frecare.
Frecare statică
Forța de frecare care acționează între două corpuri nemișcate unul față de celălalt se numește forță de frecare statică:
F
tr.p
.
Forța de frecare statică este egală ca mărime și este direcționată opus forței aplicate corpului paralel cu suprafața de contact cu un alt corp:
F
tr.p
.
Sh. O. Pandantiv
(1736-1806) - om de știință francez, renumit pentru lucrările sale despre electricitate și magnetism și pentru studiul forțelor de frecare.
Obiectivele lecției:
1. Cunoașteți definiția conceptelor de frecare statică,
frecare de alunecare, frecare de rulare.
3. Să fiți capabil să măsurați forțele de frecare.
4. Obţineţi formule pentru calcularea forţelor de frecare.
5. Rezolvarea problemelor calitative și de calcul folosind cunoștințele despre forțele de frecare.
Exemplu
:
µ
0,001 pentru o roată de vagon de cale ferată pe șine
;
µ
=0,4 (coeficient de frecare de alunecare oțel-oțel
)
Concluzii din experienta:
2. Forța maximă de frecare statică nu depinde de zona de contact dintre corpuri.
Forța de frecare de alunecare:
- nu depinde de zona de contact a corpurilor;
- îndreptată opus vitezei relative a corpurilor de contact
- depinde de viteza relativă a corpurilor
Teme pentru acasă:
Bazele:
§37, nr. 244, nr. 245, nr. 247.(
Rymkevici
)
Adiţional:
№ 262, №268 (
Rymkevici
Forțe de frecare uscată
Frecare statică
Frecare de alunecare
Frecare de rulare
Concluzii din experiență
:
1. Valoarea maximă a modulului forței de frecare statică este proporțională cu modulul forței de reacție a suportului.
F
tr.
max
calitate
–
coeficientul de frecare la rulare
depinde:
-
pe materialul din care sunt realizate suprafețele de contact;
- pe viteza de rulare.
Obiectivele lecției:
1. Cunoașteți definiția conceptelor de frecare statică,
T
frecare de alunecare, frecare de rulare.
2. Să fiți capabil să determinați direcția forțelor de frecare uscată.
3. Să fiți capabil să măsurați forțele de frecare.
4. Obţineţi formule pentru calcularea forţelor de frecare.
5. Rezolvarea problemelor calitative și de calcul folosind cunoștințele despre forțele de frecare.
Coeficientul de frecare pentru unele perechi de materiale.
În 1781 Pandantiv S.O.:
F
tr.calitate
Proporțional cu forța de reacție a solului;
- îndreptată opus vitezei relative a corpurilor de contact.
Modalități de reducere a frecării:
- reduce rugozitatea suprafetei;
-folosiți lubrifiant;
- reduce forta de presiune asupra suportului.
Forța de frecare statică poate provoca accelerarea mișcării corpului
La
mic
viteze relative
d
viziuni,
forța de frecare de alunecare
poate fi considerat constant şi
egală cu forța maximă
frecare statică.
F
tr.
=
F
tr.
max
Scopul lecției
:
Studiați forțele de frecare uscată:
frecare statică,
frecare de alunecare,
frecare de rulare.
Forța de frecare statică crește de la zero la valoarea maximă
Semnificația fizică a coeficientului de frecare:
µ
= F
tr.
max
/N
Coeficientul de frecare arată ce parte din forța normală de presiune este forța de frecare.
Frecare de rulare
Frecarea de rulare este forța de frecare care apare atunci când un corp se rostogolește peste suprafața altuia.
F
tr.calitate
.
Modalități de creștere a forțelor de frecare:
-
crește rugozitatea suprafeței;
- creste forta de presiune asupra suportului;