10 класс. Урок 39. Сила трения. Коэффициент трения.

Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу.
Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.

Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.

Видеоурок: Силы трения. Коэффициент трения.

Видеопособие: Сила трения

Видеопособие: Коэффициент трения

Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону (рис. 1).

Рисунок 1. Сила трения покоя (υ = 0).

Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения (F_тр)_max. Если внешняя сила больше (F_тр)_max, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако, во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Реальная (1) и идеализированная (2) характеристики сухого трения

Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры 

Fтр = (Fтр)max = μN.

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения.

Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей. При скольжении сила трения направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям в сторону, противоположную относительной скорости (рис. 1.2).

Рисунок 1.2. Силы трения при скольжении (υ ≠ 0).  – сила реакции опоры,  – вес тела,

При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя.

Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях F_тр ~ υ, при больших скоростях F_тр ~ υ². При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.

Силы трения возникают и при качении тела. Однако силы трения качения обычно достаточно малы. При решении простых задач этими силами пренебрегают.

_____________________________________________________

Решение задач

Любую задачу реально выполнить,
если разбить ее на выполнимые части»

Данная тема будет посвящена решению задач на силы трения и изучению движение тела с учетом сил трения.

Задача 1. Упряжка ездовых собак может тянуть по снегу сани с максимальной силой 500 Н. Какой массы саней с грузом может перемещать данная упряжка собак, двигаясь равномерно, если коэффициент трения саней о снег составляет 0,1?

ДАНО:	РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения: Тогда искомая масса равна

Ответ: 500 кг.

Задача 2. Мальчик начинает тянуть санки по снегу, прилагая силу 20 Н, направленную под углом 30о к горизонту. Определите ускорение, с которым движутся санки, если их масса равна 4 кг, а коэффициент трения между санками и снегом равен 0,01.

ДАНО:	РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Из последнего уравнения выразим значение силы нормальной реакции опоры Сила трения определяется по формуле Тогда Тогда ускорение санок равно

Ответ: 4,3 м/с2.

Задача 3. Определите наименьший радиус поворота, который может сделать автомобиль, движущийся со скоростью 15 м/с, если коэффициент трения между шинами автомобиля и дорогой равен 0,1.

ДАНО:	РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона для рассматриваемого случая В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения определяется по формуле Центростремительное ускорение определяется по формуле С учётом последней формулы получаем

Ответ: 225 м.

Задача 4. Автомобиль массой 3500 кг, разгоняясь из состояния покоя, достигает скорости 10 м/с, а затем продолжает движение с выключенным двигателем до полной остановки. Определите весь путь, пройденный автомобилем за время движения, если сила тяги двигателя составляет 3500 Н, а коэффициент трения шин о дорогу равен 0,02.

ДАНО:

РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения определяется по формуле Тогда получаем Путь, пройденный автомобилем на разгонном участке Перейдем к рассмотрению второго участка движения автомобиля — участка торможения Запишем второй закон Ньютона для второго участка В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения определяется по формуле Тогда получаем Длина участка торможения: Весь путь, пройденный автомобилем, складывается из длин участков разгона и торможения

Ответ: 312,5 м.