Πώς να αναπαραστήσετε τη δύναμη της τριβής. Τι είναι δύναμη τριβής, τύποι

Στόχος: Να εμπεδώσουν τις γνώσεις που αποκτήθηκαν για την τριβή και τα είδη τριβής.

Πρόοδος:

1. Μελετήστε το θεωρητικό μέρος
2. Συμπληρώστε τον πίνακα 1.
3. Λύστε το πρόβλημα σύμφωνα με την επιλογή από τον πίνακα 2.
4. Απάντησε σε ερωτήσεις ασφαλείας.

Τραπέζι 1

πίνακας 2


	Ένας skater οδηγεί πάνω από μια λεία οριζόντια επιφάνεια πάγου με αδράνεια 80 m. Προσδιορίστε τη δύναμη τριβής και την αρχική ταχύτητα εάν η μάζα του σκέιτερ είναι 60 kg και ο συντελεστής τριβής είναι 0,015
	Ένα σώμα μάζας 4,9 kg βρίσκεται σε οριζόντιο επίπεδο. Ποια δύναμη πρέπει να ασκηθεί στο σώμα στην οριζόντια κατεύθυνση για να του δώσει επιτάχυνση 0,5 m / s 2 με συντελεστή τριβής 0,1;
	Σε ένα οριζόντιο τραπέζι βρίσκεται ένα ξύλινο μπλοκ μάζας 500 g, το οποίο τίθεται σε κίνηση από ένα βάρος 300 g κρεμασμένο στην κατακόρυφη άκρη ενός νήματος που ρίχνεται πάνω από ένα μπλοκ στερεωμένο στην άκρη του τραπεζιού. Ο συντελεστής τριβής κατά την κίνηση της ράβδου είναι 0,2. Με τι επιτάχυνση θα κινηθεί το μπλοκ;

Δύναμη τριβήςείναι η δύναμη που εμφανίζεται μεταξύ των επιφανειών των σωμάτων που έρχονται σε επαφή. Εάν δεν υπάρχει λίπανση μεταξύ των επιφανειών, τότε η τριβή ονομάζεται ξηρή. Η δύναμη ξηρής τριβής είναι ευθέως ανάλογη με τη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες μεταξύ τους και κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την πιθανή κίνηση. Ο συντελεστής αναλογικότητας ονομάζεται συντελεστής τριβής. Η δύναμη πίεσης είναι κάθετη στην επιφάνεια. Ονομάζεται κανονική αντίδραση υποστήριξης.

Οι νόμοι της τριβής στα υγρά και τα αέρια διαφέρουν από τους νόμους της ξηρής τριβής. Η τριβή σε υγρό και αέριο εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης: σε χαμηλές ταχύτητες είναι ανάλογη του τετραγώνου και σε υψηλές ταχύτητες είναι ανάλογη με τον κύβο της ταχύτητας.

Τύποι λύσεων:

Όπου "k" είναι ο συντελεστής τριβής, "Ν" είναι η κανονική αντίδραση του στηρίγματος.

Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα και εξισώσεις κίνησης σε διανυσματική μορφή. F=ma

Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα N = - mg

έκφραση της ταχύτητας

Εξισώσεις κίνησης για ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κινηματική κίνηση

; 0 - V = a t όπου 0 είναι η τελική ταχύτητα V είναι η αρχική ταχύτητα

Αλγόριθμος για την επίλυση ενός τυπικού προβλήματος:

1. Καταγράψτε εν συντομία την κατάσταση του προβλήματος.

2. Απεικονίζουμε την κατάσταση γραφικά σε ένα αυθαίρετο πλαίσιο αναφοράς, υποδεικνύοντας τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα (σημείο), συμπεριλαμβανομένης της κανονικής αντίδρασης της στήριξης και της δύναμης τριβής, την ταχύτητα και την επιτάχυνση του σώματος.

3. Διορθώνουμε και ορίζουμε το σύστημα αναφοράς στο σχήμα εισάγοντας την αρχή του χρόνου και προσδιορίζοντας τους άξονες συντεταγμένων για δυνάμεις και επιτάχυνση. Είναι καλύτερα να κατευθύνετε έναν από τους άξονες κατά μήκος της κανονικής αντίδρασης του στηρίγματος και να αρχίσετε να μετράτε το χρόνο τη στιγμή που το σώμα (σημείο) βρίσκεται στη συντεταγμένη μηδέν.

4. Γράφουμε σε διανυσματική μορφή τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα και τις εξισώσεις κίνησης. Οι εξισώσεις κίνησης και ταχύτητας είναι οι εξαρτήσεις της μετατόπισης (διαδρομής) και της ταχύτητας από το χρόνο.

5. Γράφουμε στις ίδιες εξισώσεις σε βαθμωτή μορφή: σε προβολές στους άξονες συντεταγμένων. Καταγράφουμε την έκφραση για τη δύναμη τριβής.

6. Λύνουμε εξισώσεις σε γενική μορφή.

7. Αντικαταστήστε τις τιμές στη γενική λύση, υπολογίστε.

8. Γράψτε την απάντηση.

Θεωρητικό μέρος
Η τριβή είναι η αντίσταση των σωμάτων που έρχονται σε επαφή στην κίνηση μεταξύ τους. Η τριβή συνοδεύει κάθε μηχανική κίνηση και αυτή η περίσταση έχει ουσιαστική συνέπεια στη σύγχρονη τεχνική πρόοδο.
Η δύναμη της τριβής είναι η δύναμη αντίστασης στην κίνηση των σωμάτων σε επαφή μεταξύ τους.Η τριβή εξηγείται από δύο λόγους: την τραχύτητα των επιφανειών τριβής των σωμάτων και τη μοριακή αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Αν ξεπεράσουμε τα όρια της μηχανικής, τότε θα πρέπει να πούμε ότι οι δυνάμεις της τριβής είναι ηλεκτρομαγνητικής προέλευσης, όπως και οι δυνάμεις της ελαστικότητας. Καθεμία από τις δύο παραπάνω αιτίες τριβής σε διαφορετικές περιπτώσεις εκδηλώνεται σε διαφορετικό βαθμό. Για παράδειγμα, εάν οι επιφάνειες επαφής των στερεών σωμάτων τριβής έχουν σημαντικές ανωμαλίες, τότε ο κύριος όρος στη δύναμη τριβής που προκύπτει εδώ θα οφείλεται ακριβώς σε αυτήν την περίσταση, δηλ. ανομοιομορφία, τραχύτητα των επιφανειών των σωμάτων τριβής Τα σώματα που κινούνται με τριβή μεταξύ τους πρέπει να αγγίζουν τις επιφάνειες ή να κινούνται το ένα στο περιβάλλον του άλλου. Η κίνηση των σωμάτων μεταξύ τους μπορεί να μην προκύπτει λόγω της παρουσίας τριβής εάν η κινητήρια δύναμη είναι μικρότερη από τη μέγιστη στατική δύναμη τριβής. Εάν οι επιφάνειες επαφής των στερεών σωμάτων τριβής είναι τέλεια γυαλισμένες και λείες, τότε ο κύριος όρος της δύναμης τριβής που προκύπτει σε αυτήν την περίπτωση θα καθοριστεί από τη μοριακή πρόσφυση μεταξύ των επιφανειών τριβής των σωμάτων.

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τη διαδικασία εμφάνισης δυνάμεων τριβής ολίσθησης και ηρεμίας στη σύνδεση δύο σωμάτων που έρχονται σε επαφή. Αν κοιτάξετε τις επιφάνειες των σωμάτων κάτω από ένα μικροσκόπιο, θα δείτε μικροτραχύλες, τις οποίες θα απεικονίσουμε σε μεγέθυνση (Εικ. 1, α). Ας εξετάσουμε την αλληλεπίδραση των σωμάτων που έρχονται σε επαφή χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός ζεύγους ανωμαλιών ( κορυφογραμμή και γούρνα) (Εικ. 3, β). Στην περίπτωση που δεν υπάρχει δύναμη που προσπαθεί να προκαλέσει κίνηση, η φύση της αλληλεπίδρασης και στις δύο πλαγιές μικροτραχύτητας είναι παρόμοια. Με αυτή τη φύση της αλληλεπίδρασης, όλες οι οριζόντιες συνιστώσες της δύναμης αλληλεπίδρασης ισορροπούν μεταξύ τους και όλες οι κάθετες συνοψίζονται και συνθέτουν τη δύναμη N (αντίδραση υποστήριξης) (Εικ. 2, α).

Μια διαφορετική εικόνα της αλληλεπίδρασης των σωμάτων προκύπτει όταν μια δύναμη αρχίζει να ενεργεί σε ένα από τα σώματα. Σε αυτήν την περίπτωση, τα σημεία επαφής θα βρίσκονται κυρίως στις "κλίσεις" που αφήνονται στο σχήμα. Το πρώτο σώμα θα ασκήσει πίεση στο δεύτερο. Η ένταση αυτής της πίεσης χαρακτηρίζεται από τη δύναμη R". Το δεύτερο σώμα, σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, θα ενεργήσει στο πρώτο σώμα. Η ένταση αυτής της δράσης χαρακτηρίζεται από τη δύναμη R (αντίδραση υποστήριξης). Η δύναμη R

μπορεί να αποσυντεθεί σε συνιστώσες: τη δύναμη N, που κατευθύνεται κάθετα στην επιφάνεια επαφής των σωμάτων και τη δύναμη Fsc, που στρέφεται ενάντια στη δράση της δύναμης F (Εικ. 2, β).

Μετά την εξέταση της αλληλεπίδρασης των σωμάτων, πρέπει να σημειωθούν δύο σημεία.
1) Στην αλληλεπίδραση δύο σωμάτων, σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, προκύπτουν δύο δυνάμεις R και R· για ευκολία να τις λαμβάνουμε υπόψη κατά την επίλυση προβλημάτων, αποσυνθέτουμε τη δύναμη R στα συστατικά N και Fsc (Ftr στο περίπτωση κίνησης).
2) Οι δυνάμεις N και F Tp είναι της ίδιας φύσης (ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση). δεν θα μπορούσε να είναι διαφορετικά, αφού πρόκειται για συστατικά της ίδιας δύναμης R.
Στη σύγχρονη τεχνολογία, η αντικατάσταση της τριβής ολίσθησης από τριβή κύλισης έχει μεγάλη σημασία προκειμένου να μειωθούν οι βλαβερές συνέπειες των δυνάμεων τριβής. Η δύναμη τριβής κύλισης ορίζεται ως η δύναμη που απαιτείται για την ομοιόμορφη ευθύγραμμη κύλιση ενός σώματος σε οριζόντιο επίπεδο. Έχει αποδειχθεί από την εμπειρία ότι η δύναμη τριβής κύλισης υπολογίζεται από τον τύπο:

όπου F είναι η δύναμη τριβής κύλισης. k είναι ο συντελεστής τριβής κύλισης. P είναι η δύναμη πίεσης του κυλιόμενου σώματος στο στήριγμα και R είναι η ακτίνα του κυλιόμενου σώματος.

Από την πράξη είναι προφανές, από τον τύπο είναι σαφές ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ακτίνα του κυλιόμενου σώματος, τόσο λιγότερο εμπόδιο δημιουργεί η ανομοιομορφία της επιφάνειας στήριξης σε αυτό.
Σημειώστε ότι ο συντελεστής τριβής κύλισης, σε αντίθεση με τον συντελεστή τριβής ολίσθησης, είναι ονομαστική τιμή και εκφράζεται σε μονάδες μήκους - μέτρα.
Η τριβή ολίσθησης αντικαθίσταται από τριβή κύλισης, σε αναγκαίες και πιθανές περιπτώσεις, με αντικατάσταση απλών ρουλεμάν με ρουλεμάν κύλισης.

Υπάρχει εξωτερική και εσωτερική τριβή (αλλιώς ονομάζεται ιξώδες). Αυτός ο τύπος τριβής ονομάζεται εξωτερική, κατά την οποία αναδύονται δυνάμεις στα σημεία επαφής στερεών σωμάτων που εμποδίζουν την αμοιβαία κίνηση των σωμάτων και κατευθύνονται εφαπτομενικά στις επιφάνειές τους.

Η εσωτερική τριβή (ιξώδες) είναι ένας τύπος τριβής, που συνίσταται στο γεγονός ότι με αμοιβαία μετατόπιση. Στρώματα υγρού ή αερίου μεταξύ τους υπάρχουν εφαπτομενικές δυνάμεις που εμποδίζουν μια τέτοια κίνηση.

Η εξωτερική τριβή χωρίζεται σε τριβή ηρεμίας (στατική τριβή) και κινηματική τριβή. Η τριβή ηρεμίας προκύπτει μεταξύ σταθερών στερεών σωμάτων όταν κάποιο από αυτά προσπαθεί να κινηθεί. Υπάρχει κινηματική τριβή μεταξύ αμοιβαία αγγιζόμενων κινούμενων άκαμπτων σωμάτων. Η κινηματική τριβή, με τη σειρά της, υποδιαιρείται σε τριβή ολίσθησης και τριβή κύλισης.

Οι δυνάμεις τριβής παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου. Σε κάποιες περιπτώσεις τα χρησιμοποιεί, και σε άλλες τα καταπολεμά. Οι δυνάμεις τριβής είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης.
Τύποι δυνάμεων τριβής.
Οι δυνάμεις τριβής έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση, δηλ. Οι δυνάμεις τριβής βασίζονται στις ηλεκτρικές δυνάμεις αλληλεπίδρασης των μορίων. Εξαρτώνται από την ταχύτητα κίνησης των σωμάτων μεταξύ τους.
Υπάρχουν 2 είδη τριβής: ξηρή και υγρή.
1. Η υγρή τριβή είναι μια δύναμη που προκύπτει όταν ένα στερεό σώμα κινείται σε ένα υγρό ή αέριο, ή όταν ένα στρώμα υγρού (αερίου) κινείται σε σχέση με ένα άλλο και επιβραδύνει αυτή την κίνηση.

Στα υγρά και στα αέρια, δεν υπάρχει στατική δύναμη τριβής.
Σε χαμηλές ταχύτητες σε υγρό (αέριο):
Ftr= k1v,
όπου k1 είναι ο συντελεστής οπισθέλκουσας, ανάλογα με το σχήμα, το μέγεθος του σώματος και το φως στο μέσο. Καθορίζεται από την εμπειρία.

Σε υψηλές ταχύτητες:
Ftr= k2v,
όπου k2 είναι ο συντελεστής οπισθέλκουσας.
2. Η ξηρή τριβή είναι μια δύναμη που προκύπτει από την άμεση επαφή των σωμάτων, και κατευθύνεται πάντα κατά μήκος των επιφανειών επαφής των ηλεκτρομαγνητικών σωμάτων ακριβώς με το σπάσιμο των μοριακών δεσμών.
Τριβή ανάπαυσης.
Εξετάστε την αλληλεπίδραση της ράβδου με την επιφάνεια του τραπεζιού Η επιφάνεια των σωμάτων που έρχονται σε επαφή δεν είναι απολύτως ομοιόμορφη Η μεγαλύτερη δύναμη έλξης εμφανίζεται μεταξύ των ατόμων των ουσιών που βρίσκονται σε ελάχιστη απόσταση μεταξύ τους, δηλαδή σε μικροσκοπικές προεξοχές. Η συνολική δύναμη έλξης των ατόμων των σωμάτων που έρχονται σε επαφή είναι τόσο σημαντική που ακόμη και κάτω από τη δράση μιας εξωτερικής δύναμης που εφαρμόζεται στη ράβδο παράλληλη στην επιφάνεια της επαφής της με το τραπέζι, η ράβδος παραμένει σε ηρεμία. Αυτό σημαίνει ότι μια δύναμη που ασκεί τη ράβδο είναι ίση σε απόλυτη τιμή με την εξωτερική δύναμη, αλλά αντίθετα κατευθυνόμενη. Αυτή η δύναμη είναι η δύναμη στατικής τριβής Όταν η ασκούμενη δύναμη φτάσει τη μέγιστη κρίσιμη τιμή που είναι επαρκής για να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των προεξοχών, η ράβδος αρχίζει να γλιστράει πάνω στο τραπέζι. Η μέγιστη στατική δύναμη τριβής δεν εξαρτάται από την επιφάνεια επαφής.Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, η κανονική δύναμη πίεσης είναι ίση σε απόλυτη τιμή με τη δύναμη αντίδρασης υποστήριξης N.
Η μέγιστη δύναμη στατικής τριβής είναι ανάλογη με τη δύναμη της κανονικής πίεσης:

όπου μ είναι ο συντελεστής στατικής τριβής.

Ο συντελεστής στατικής τριβής εξαρτάται από τη φύση της επιφανειακής επεξεργασίας και από τον συνδυασμό των υλικών που αποτελούν τα σώματα επαφής. Η υψηλής ποιότητας επεξεργασία λείων επιφανειών επαφής οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των προσελκόμενων ατόμων και, κατά συνέπεια, σε αύξηση του συντελεστή στατικής τριβής.

Η μέγιστη τιμή της στατικής δύναμης τριβής είναι ανάλογη με το μέτρο της δύναμης F d της πίεσης που ασκεί το σώμα στο στήριγμα.
Η τιμή του συντελεστή στατικής τριβής μπορεί να προσδιοριστεί ως εξής. Αφήστε το σώμα (επίπεδη ράβδο) να βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο ΑΒ (Εικ. 3). Τρεις δυνάμεις δρουν σε αυτό: η βαρύτητα F, η στατική δύναμη τριβής Fp και η δύναμη αντίδρασης στήριξης N. Η κανονική συνιστώσα Fp της βαρύτητας είναι η δύναμη πίεσης Fd που παράγεται από το σώμα στο στήριγμα, δηλ.
FN=Fd. Η εφαπτομενική συνιστώσα Ft της βαρύτητας είναι η δύναμη που τείνει να μετακινήσει το σώμα κάτω από ένα κεκλιμένο επίπεδο.
Σε μικρές γωνίες κλίσης a, η δύναμη Ft εξισορροπείται από τη δύναμη στατικής τριβής Fp και το σώμα βρίσκεται σε ηρεμία στο κεκλιμένο επίπεδο (η δύναμη αντίδρασης στήριξης N σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα είναι ίση σε μέγεθος και αντίθετη ως προς τη δύναμη Fd, δηλ. το εξισορροπεί).
Θα αυξήσουμε τη γωνία κλίσης a έως ότου το σώμα αρχίσει να γλιστράει προς τα κάτω στο κεκλιμένο επίπεδο. Σε αυτήν την στιγμή
Fт=FпmaxΑπό το σχ. 3 δείχνει ότι Ft=Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
παίρνουμε
fн=sin/cos=tg.
Έχοντας μετρήσει τη γωνία από την οποία αρχίζει η ολίσθηση του σώματος, είναι δυνατός ο υπολογισμός της τιμής του συντελεστή στατικής τριβής fp με τον τύπο.

Ρύζι. 3. Τριβή ανάπαυσης.
τριβή ολίσθησης

Η τριβή ολίσθησης συμβαίνει όταν η σχετική κίνηση των σωμάτων που έρχονται σε επαφή.
Η δύναμη της τριβής ολίσθησης κατευθύνεται πάντα προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη σχετική ταχύτητα των σωμάτων που έρχονται σε επαφή.
Όταν ένα σώμα αρχίζει να γλιστρά πάνω από την επιφάνεια ενός άλλου σώματος, οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων (μορίων) των αρχικά ακίνητων σωμάτων σπάνε και η τριβή μειώνεται. Με περαιτέρω σχετική κίνηση των σωμάτων, σχηματίζονται συνεχώς νέοι δεσμοί μεταξύ των ατόμων. Σε αυτή την περίπτωση, η δύναμη τριβής ολίσθησης παραμένει σταθερή, ελαφρώς μικρότερη από τη δύναμη στατικής τριβής. Όπως η μέγιστη στατική δύναμη τριβής, η δύναμη τριβής ολίσθησης είναι ανάλογη της κανονικής δύναμης πίεσης και, επομένως, της δύναμης αντίδρασης στήριξης:
, όπου είναι ο συντελεστής τριβής ολίσθησης (), ανάλογα με τις ιδιότητες των επιφανειών επαφής.

Ρύζι. 3. Τριβή ολίσθησης

ερωτήσεις δοκιμής

Τι είναι η εξωτερική και η εσωτερική τριβή;
Τι είδους τριβή είναι η στατική τριβή;
τι είναι η ξηρή και η υγρή τριβή;
Ποια είναι η μέγιστη δύναμη στατικής τριβής;
Πώς να προσδιορίσετε την τιμή του συντελεστή στατικής τριβής;

Ορισμός 1

Η δύναμη τριβής είναι η δύναμη που εμφανίζεται τη στιγμή της επαφής μεταξύ δύο σωμάτων και εμποδίζει τη σχετική κίνησή τους.

Ο κύριος λόγος που προκαλεί την τριβή έγκειται στην τραχύτητα των επιφανειών τριβής και στη μοριακή αλληλεπίδραση αυτών των επιφανειών. Η δύναμη τριβής εξαρτάται από το υλικό των επιφανειών επαφής και από τη δύναμη της αμοιβαίας πίεσης τους.

Η έννοια της δύναμης τριβής

Με βάση απλά μοντέλα τριβής (βάσει του νόμου του Coulomb), η δύναμη τριβής θα θεωρείται ευθέως ανάλογη με τον βαθμό κανονικής αντίδρασης των επιφανειών επαφής και τριβής. Αν θεωρηθεί ως σύνολο, τότε οι διαδικασίες της δύναμης τριβής δεν μπορούν να περιγραφούν μόνο με απλά μοντέλα κλασικής μηχανικής, γεγονός που εξηγείται από την πολυπλοκότητα των αντιδράσεων στη ζώνη αλληλεπίδρασης των τριβικών σωμάτων.

Οι δυνάμεις τριβής, όπως και οι ελαστικές δυνάμεις, έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση. Η εμφάνισή τους καθίσταται δυνατή λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων και των ατόμων των σωμάτων που βρίσκονται σε επαφή.

Παρατήρηση 1

Οι δυνάμεις τριβής διαφέρουν από τις ελαστικές και βαρυτικές δυνάμεις από το γεγονός ότι εξαρτώνται όχι μόνο από τη διαμόρφωση των σωμάτων (από τη σχετική τους θέση), αλλά και από τις σχετικές ταχύτητες της αλληλεπίδρασής τους.

Ποικιλίες δύναμης τριβής

Με την προϋπόθεση ότι υπάρχει σχετική κίνηση δύο σωμάτων σε επαφή μεταξύ τους, οι δυνάμεις τριβής που προκύπτουν σε μια τέτοια διαδικασία χωρίζονται στους ακόλουθους τύπους:

Τριβή ολίσθησης (αντιπροσωπεύει τη δύναμη που προκύπτει ως αποτέλεσμα της μεταφορικής κίνησης ενός από τα αλληλεπιδρώντα σώματα σε σχέση με το δεύτερο και που ενεργεί σε αυτό το σώμα σε κατεύθυνση που θα είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της ολίσθησης).
Τριβή κύλισης (αντιπροσωπεύει τη ροπή των δυνάμεων που μπορεί να προκύψουν υπό τις συνθήκες της διαδικασίας κύλισης ενός από τα δύο σώματα σε επαφή με το άλλο).
Τριβή ηρεμίας (θεωρείται δύναμη που προκύπτει μεταξύ δύο σωμάτων που αλληλεπιδρούν, ενώ αποτελεί σοβαρό εμπόδιο στην εμφάνιση σχετικής κίνησης. Μια τέτοια δύναμη ξεπερνιέται για να τεθούν σε κίνηση αυτά τα σώματα που έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Αυτός ο τύπος η τριβή εμφανίζεται κατά τις μικρομετατοπίσεις (για παράδειγμα, κατά την παραμόρφωση ) των σωμάτων που έρχονται σε επαφή Με την αύξηση της προσπάθειας, θα αρχίσει επίσης μια αύξηση της δύναμης τριβής.
Τριβή περιστροφής (είναι η στιγμή της δύναμης που εμφανίζεται μεταξύ των σωμάτων που έρχονται σε επαφή υπό τις συνθήκες περιστροφής ενός από αυτά σε σχέση με το άλλο και στρέφεται κατά της περιστροφής). Καθορίζεται από τον τύπο: $M=pN$, όπου $N$ είναι η κανονική πίεση, $p$ είναι ο συντελεστής τριβής περιστροφής, που έχει τη διάσταση του μήκους.

Διαπιστώθηκε πειραματικά ότι η δύναμη τριβής είναι ανεξάρτητη από την επιφάνεια κατά την οποία τα σώματα έρχονται σε επαφή και ανάλογη με την κανονική δύναμη πίεσης με την οποία θα ενεργήσει το ένα σώμα στο δεύτερο.

Ορισμός 2

Η σταθερή τιμή αντιπροσωπεύει τον συντελεστή τριβής, ενώ ανάλογα με τη φύση και την κατάσταση των επιφανειών τριβής.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η τριβή είναι χρήσιμη. Μπορούν να δοθούν παραδείγματα με την αδυναμία ανθρώπινης βάδισης (ελλείψει τριβής) και την κίνηση των οχημάτων. Ταυτόχρονα, η τριβή μπορεί επίσης να έχει επιζήμια επίδραση. Άρα, προκαλεί φθορά των τμημάτων επαφής των μηχανισμών, πρόσθετη κατανάλωση καυσίμου για τα οχήματα. Διάφορα λιπαντικά (μαξιλάρια αέρα ή υγρών) χρησιμεύουν ως μέσο αντιμετώπισης αυτού. Ένας άλλος αποτελεσματικός τρόπος είναι η αντικατάσταση της ολίσθησης με κύλιση.

Βασικοί τύποι υπολογισμού για τον προσδιορισμό της δύναμης τριβής

Ο τύπος υπολογισμού για τη δύναμη τριβής ολίσθησης θα μοιάζει με αυτό:

$m$-συντελεστής αναλογικότητας (τριβή ολίσθησης),
Το $P$ είναι η κατακόρυφη (κανονική) δύναμη πίεσης.

Η δύναμη τριβής ολίσθησης είναι μία από τις δυνάμεις που ελέγχουν την κίνηση και ο τύπος της γράφεται χρησιμοποιώντας τη δύναμη αντίδρασης του υποστηρίγματος. Με βάση τη λειτουργία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα, οι δυνάμεις της κανονικής πίεσης, καθώς και η αντίδραση της στήριξης, είναι ίσες σε μέγεθος και αντίθετες ως προς την κατεύθυνση:

Πριν από τον προσδιορισμό της δύναμης τριβής, ο τύπος της οποίας θα γραφεί ως εξής: $F=mN$, προσδιορίζεται η δύναμη αντίδρασης.

Παρατήρηση 2

Ο συντελεστής οπισθέλκουσας κατά τη διαδικασία ολίσθησης εισάγεται πειραματικά για τις επιφάνειες τριβής, ενώ θα εξαρτηθεί από το υλικό και την ποιότητα της επεξεργασίας.

Η μέγιστη δύναμη της στατικής τριβής προσδιορίζεται παρόμοια με τη δύναμη της τριβής ολίσθησης. Αυτό είναι σημαντικό για την επίλυση προβλημάτων προσδιορισμού της αντοχής της αντίστασης οδήγησης. Ένα παράδειγμα μπορεί να δοθεί με ένα βιβλίο που κινείται με ένα χέρι που πιέζεται πάνω του. Έτσι, η ολίσθηση αυτού του βιβλίου θα πραγματοποιηθεί υπό την επίδραση της δύναμης αντίστασης ανάπαυσης μεταξύ του βιβλίου και του χεριού. Σε αυτή την περίπτωση, το μέγεθος της αντίστασης θα εξαρτηθεί από τον δείκτη της δύναμης της κατακόρυφης πίεσης στο βιβλίο.

Το γεγονός ότι η δύναμη τριβής είναι ανάλογη με το τετράγωνο της αντίστοιχης ταχύτητας θα έχει ενδιαφέρον και ο τύπος της θα αρχίσει να αλλάζει, ανάλογα με την ταχύτητα κίνησης των σωμάτων που αλληλεπιδρούν. Αυτή η δύναμη μπορεί να αποδοθεί στη δύναμη της ιξώδους αντίστασης σε ένα υγρό.

Ανάλογα με την ταχύτητα κίνησης, η δύναμη αντίστασης θα καθορίσει την ταχύτητα κίνησης, το σχήμα του κινούμενου σώματος ή το ιξώδες του ρευστού. Η κίνηση σε λάδι και νερό του ίδιου σώματος συνοδεύεται από αντίσταση διαφορετικού μεγέθους. Για χαμηλές ταχύτητες μοιάζει με αυτό:

$k$ – συντελεστής αναλογικότητας, ανάλογα με τις γραμμικές διαστάσεις του σώματος και τις ιδιότητες του μέσου,
$v$ είναι η ταχύτητα του σώματος.

Όλοι γνωρίζουν πόσο δύσκολο είναι να μετακινήσετε βαριά αντικείμενα σε οποιαδήποτε επιφάνεια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η επιφάνεια ενός συμπαγούς σώματος δεν είναι απόλυτα λεία και περιέχει πολλές εγκοπές (έχουν διαφορετικά μεγέθη, οι οποίες μειώνονται κατά τη λείανση). Όταν δύο σώματα έρχονται σε επαφή, οι εγκοπές συμπλέκονται. Αφήστε μια μικρή δύναμη (F) να εφαρμοστεί σε ένα από τα σώματα, κατευθυνόμενη εφαπτομενικά στις επιφάνειες επαφής. Υπό την επίδραση αυτής της δύναμης, οι εγκοπές θα παραμορφωθούν (λυγίσουν). Επομένως, θα υπάρχει μια ελαστική δύναμη που κατευθύνεται κατά μήκος των επιφανειών επαφής. Η ελαστική δύναμη που ασκείται στο σώμα, στην οποία ασκείται η δύναμη F, την αντισταθμίζει και το σώμα θα παραμείνει σε ηρεμία.

στατική δύναμη τριβής – δύναμη που προκύπτει στα όρια συνεχόμενων σωμάτων απουσία σχετικής κίνησής τους.

Η στατική δύναμη τριβής κατευθύνεται εφαπτομενικά στην επιφάνεια των σωμάτων που έρχονται σε επαφή (Εικ. 10) στην αντίθετη κατεύθυνση από τη δύναμη F, και είναι ίση με αυτήν σε μέγεθος: Ftr = - F.

Με την αύξηση του συντελεστή δύναμης F, η κάμψη των αγκιστρωμένων εγκοπών θα αυξηθεί και, στο τέλος, θα αρχίσουν να σπάνε και το σώμα θα αρχίσει να κινείται.

δύναμη τριβής ολίσθησης – είναι η δύναμη που εμφανίζεται στο όριο των σωμάτων που έρχονται σε επαφή κατά τη σχετική κίνησή τους.

Το διάνυσμα δύναμης τριβής ολίσθησης κατευθύνεται αντίθετα από το διάνυσμα ταχύτητας του σώματος σε σχέση με την επιφάνεια στην οποία ολισθαίνει.

Ένα σώμα που γλιστράει σε μια συμπαγή επιφάνεια πιέζεται πάνω του από τη δύναμη της βαρύτητας P που κατευθύνεται κατά μήκος της κανονικής. Ως αποτέλεσμα, η επιφάνεια πέφτει και εμφανίζεται μια ελαστική δύναμη N (κανονική δύναμη πίεσης ή αντίδραση στήριξης), η οποία αντισταθμίζει τη δύναμη πίεσης P (N = - P).

Όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη N, τόσο πιο βαθιά είναι η εμπλοκή των εγκοπών και τόσο πιο δύσκολο είναι να σπάσουν. Η εμπειρία δείχνει ότι το μέτρο της δύναμης τριβής ολίσθησης είναι ανάλογο με τη δύναμη της κανονικής πίεσης:

Ο αδιάστατος συντελεστής μ ονομάζεται συντελεστής τριβής ολίσθησης. Εξαρτάται από τα υλικά των επιφανειών επαφής και τον βαθμό λείανσης τους. Για παράδειγμα, όταν κάνετε σκι, ο συντελεστής τριβής εξαρτάται από την ποιότητα του λιπαντικού (σύγχρονα ακριβά λιπαντικά), την επιφάνεια της πίστας σκι (μαλακή, χαλαρή, συμπαγής, παγωμένη), τη μία ή την άλλη κατάσταση χιονιού ανάλογα με τη θερμοκρασία και τον αέρα υγρασία, κ.λπ. Ένας μεγάλος αριθμός μεταβλητών παραγόντων καθιστά τον ίδιο τον συντελεστή να μην είναι σταθερός. Εάν ο συντελεστής τριβής κυμαίνεται μεταξύ 0,045 - 0,055, η ολίσθηση θεωρείται καλή.

Ο πίνακας δείχνει τις τιμές του συντελεστή τριβής ολίσθησης για διάφορα σώματα επαφής.

Συντελεστές τριβής ολίσθησης για διάφορες περιπτώσεις

Ο ρόλος της δύναμης τριβής σε πολλές περιπτώσεις είναι θετικός. Χάρη σε αυτή τη δύναμη είναι δυνατή η κίνηση του ανθρώπου, των ζώων και των χερσαίων μεταφορών. Έτσι, όταν περπατάει, ένα άτομο, τεντώνοντας τους μύες του ποδιού στήριξης, σπρώχνει από το έδαφος, προσπαθώντας να μετακινήσει το πέλμα πίσω. Αυτό αποτρέπεται από τη στατική δύναμη τριβής που κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση - προς τα εμπρός (Εικ. 11).

Πάνω από 300 χρόνια πριν. Η ερώτηση δεν είναι η πιο δύσκολη, αλλά θα χρειαστεί λίγη προσοχή και υπομονή για να την καταλάβεις.

Ένα ειδικό τμήμα της μηχανικής είναι αφιερωμένο στη μελέτη της δύναμης τριβής - τη λεγόμενη μηχανική της αλληλεπίδρασης τριβής (ή - τριβολογία).

Η δύναμη της τριβής είναι η δύναμη με την οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους τα σώματα που βρίσκονται σε επαφή και κινούνται μεταξύ τους. Είναι η δύναμη της τριβής που εμποδίζει την ελεύθερη κίνηση των σωμάτων που έρχονται σε επαφή.

Τύποι δυνάμεων τριβής και τριβής

Από πού προέρχεται η δύναμη στατικής τριβής;

Αν κοιτάξουμε την επιφάνεια του δαπέδου και τα πόδια του ντουλαπιού κάτω από μικροσκόπιο, θα βρούμε πολλαπλά μικροσκοπικά εξογκώματα ασύλληπτων σχημάτων.

Όταν τα σώματα ακουμπούν το ένα πάνω στο άλλο, οι φυμάτιοι εμπλέκονται μεταξύ τους, λόγω των οποίων τα σώματα παραμένουν σε ακινητοποιημένη κατάσταση.

Η πρόσκρουση σε ένα από τα σώματα ή και στα δύο σώματα ταυτόχρονα για να μετακινηθούν μεταξύ τους θα οδηγήσει σε παραμόρφωση των φυματίων, η οποία θα προκαλέσει την ηλεκτρομαγνητική απώθηση των μορίων, η οποία αποτελεί τη βάση της στατικής δύναμης τριβής.

Εάν οι φυσικές προσπάθειες εφαρμοστούν ομαλά, μέχρι μια ορισμένη κρίσιμη στιγμή, η στατική δύναμη τριβής θα είναι ίση σε απόλυτη τιμή με τη δύναμη με την οποία προσπαθούμε να μετακινήσουμε το ερμάριο.

δύναμη τριβής ολίσθησης

Τη στιγμή που το ντουλάπι εξακολουθεί να μετακινείται από τη θέση του, η δύναμη της τριβής ηρεμίας θα φτάσει τη μέγιστη τιμή της.

Αυτή τη στιγμή, οι φυμάτιοι καταστρέφονται και, ως αποτέλεσμα, ξεκινά το ντουλάπι ολίσθηση.

Φωτογραφία 1. Τροχοί και άλλες συσκευές χρησιμοποιούνται για τη μείωση της δύναμης της τριβής ολίσθησης.

Ένας νέος τύπος δύναμης τριβής προκύπτει - δύναμη τριβής ολίσθησης. Αυτή η δύναμη προκύπτει από την αλληλεπίδραση των επιφανειών που ολισθαίνουν η μία πάνω στην άλλη.

Αυτή η δύναμη εκδηλώνεται τη στιγμή της φυσικής κίνησης (ολίσθησης) των ποδιών του ντουλαπιού στο πάτωμα ή όταν το πατίνι ενός παίκτη χόκεϋ ή σκέιτερ γλιστράει στην επιφάνεια.

Αν μεταφράσουμε τι συμβαίνει με τους "λόφους", κατά την ολίσθηση, υπάρχει διάσπαση των δεσμών μεταξύ των μορίων που συγκεντρώνονται σε διαφορετικούς λόφους.

Όταν τα αντικείμενα είναι ακίνητα - δηλαδή όταν ενεργεί η στατική δύναμη τριβής - τέτοιες ασυνέχειες δεν συμβαίνουν.

Το "Model of hillocks" είναι υπό όρους. Έχει σχεδιαστεί για να παρουσιάζει σύνθετα πράγματα σε απλή γλώσσα.

Οι ίδιες διαδικασίες μπορούν να εξηγηθούν με βαθύτερους επιστημονικούς όρους, η κατανόηση των οποίων θα απαιτήσει ειδική εκπαίδευση από τον αναγνώστη.

Οι απλούστεροι φυσικοί νόμοι που σχετίζονται με τη δύναμη της τριβής

Η απάντηση στο ερώτημα, ποια είναι η δύναμη της τριβής, μπορεί να ληφθεί όχι μόνο με τη μελέτη θεωρητικών θέσεων, αλλά και με την επίλυση πρακτικών προβλημάτων.

Για να λύσουμε προβλήματα που σχετίζονται με τον υπολογισμό των τιμών της δύναμης τριβής, χρειαζόμαστε ορισμένα επιστημονικά δεδομένα που χαρακτηρίζουν τη δύναμη τριβής.

Για παράδειγμα, το διάνυσμα της δύναμης τριβής ολίσθησης που εφαρμόζεται στο σώμα από την πλευρά της επιφάνειας ολίσθησης κατευθύνεται πάντα προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση του διανύσματος ταχύτητας του αντικειμένου.

Εάν αλλάξει η κατεύθυνση της ταχύτητας, θα αλλάξει και η κατεύθυνση της δύναμης τριβής ολίσθησης. Η εξάρτηση της δύναμης τριβής από την ταχύτητα είναι ένα σημαντικό διακριτικό χαρακτηριστικό που είναι εγγενές σε αυτή τη δύναμη (η οποία, για παράδειγμα, δεν υπάρχει στη δύναμη της βαρύτητας ή στη δύναμη της ελαστικότητας).

Το απλούστερο μοντέλο ξηρής τριβής χαρακτηρίζεται από τη δράση των ακόλουθων νόμων:

. Η δύναμη τριβής ολίσθησης είναι ίση με τη μέγιστη τιμή της στατικής δύναμης τριβής.

. Ο συντελεστής τριβής δεν εξαρτάται από την περιοχή των επιφανειών που αλληλεπιδρούν, ούτε από την ταχύτητα των αντικειμένων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

. Υπάρχει ευθέως ανάλογη σχέση μεταξύ της δύναμης αντίδρασης του στηρίγματος και της απόλυτης τιμής της δύναμης τριβής ολίσθησης, που υπολογίζεται με τον τύπο: f = μN.

Ο συντελεστής αναλογικότητας μ ονομάζεται συντελεστής τριβής.

Οι φυσικοί έχουν υπολογίσει τους συντελεστές τριβής για δεκάδες χιλιάδες ζεύγη υλικών.

Για παράδειγμα, συντελεστής στατικής τριβήςγια το ζεύγος "λάστιχο - στεγνή άσφαλτος" είναι 0,95, και συντελεστής τριβής ολίσθησηςγια το ίδιο ζεύγος κυμαίνεται από 0,5 έως 0,8.

Αλλάζοντας τις ιδιότητες των αντικειμένων που αλληλεπιδρούν, είναι δυνατό να επηρεαστεί το μέγεθος της δύναμης τριβής που εμφανίζεται κατά την αλληλεπίδρασή τους.

Για παράδειγμα, η βελτίωση του εξωτερικού σχήματος των αγωνιστικών αυτοκινήτων ή του σχεδίου του πέλματος των ελαστικών που χρησιμοποιούνται σάς επιτρέπει να αυξήσετε την ταχύτητά τους μειώνοντας τη δύναμη της τριβής ολίσθησης.

Η τριβή συμβαίνει όταν τα σώματα βρίσκονται σε άμεση επαφή, εμποδίζοντας τη σχετική κίνησή τους, και κατευθύνεται πάντα κατά μήκος της επιφάνειας επαφής.

Οι δυνάμεις τριβής έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση, όπως και οι ελαστικές δυνάμεις. Η τριβή μεταξύ των επιφανειών δύο στερεών σωμάτων ονομάζεται ξηρή τριβή. Η τριβή μεταξύ στερεού σώματος και υγρού ή αερίου μέσου ονομάζεται ιξώδης τριβή.

Διακρίνω στατική τριβή, τριβή ολίσθησηςκαι τριβή κύλισης.

Τριβή ανάπαυσης- συμβαίνει όχι μόνο κατά την ολίσθηση μιας επιφάνειας σε μια άλλη, αλλά και κατά την προσπάθεια πρόκλησης αυτής της ολίσθησης. Η στατική τριβή κρατά τα φορτία στον κινούμενο μεταφορικό ιμάντα από το να γλιστρήσουν, κρατά τα καρφιά κολλημένα στην σανίδα κ.λπ.

Η στατική δύναμη τριβής είναι μια δύναμη που εμποδίζει την εμφάνιση κίνησης ενός σώματος σε σχέση με ένα άλλο, στρέφεται πάντα ενάντια σε μια δύναμη που εφαρμόζεται από έξω παράλληλα με την επιφάνεια επαφής, επιδιώκοντας να μετακινήσει το αντικείμενο από τη θέση του.

Όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που τείνει να κινήσει το σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη στατικής τριβής. Ωστόσο, για οποιαδήποτε δύο σώματα σε επαφή, έχει κάποια μέγιστη τιμή (F τρ.π.) μέγ, περισσότερο από αυτό που δεν μπορεί να είναι και που δεν εξαρτάται από την περιοχή επαφής των επιφανειών:

(F tr.p.) max = μ p N,

όπου μ σελ- συντελεστής στατικής τριβής, Ν- δύναμη αντίδρασης υποστήριξης.

Η μέγιστη στατική δύναμη τριβής εξαρτάται από τα υλικά των σωμάτων και από την ποιότητα της επεξεργασίας των επιφανειών επαφής.

Τριβή ολίσθησης. Εάν ασκήσουμε μια δύναμη στο σώμα που υπερβαίνει τη μέγιστη δύναμη στατικής τριβής, το σώμα θα κινηθεί και θα αρχίσει να κινείται. Η τριβή σε ηρεμία θα αντικατασταθεί από την τριβή ολίσθησης.

Η δύναμη τριβής ολίσθησης είναι επίσης ανάλογη με την κανονική δύναμη πίεσης και τη δύναμη αντίδρασης στήριξης:

F tr \u003d μN.

τριβή κύλισης. Εάν το σώμα δεν γλιστράει στην επιφάνεια ενός άλλου σώματος, αλλά, όπως ένας τροχός, κυλά, τότε η τριβή που συμβαίνει στο σημείο επαφής ονομάζεται τριβή κύλισης. Όταν ο τροχός κυλά κατά μήκος του οδοστρώματος, πιέζεται συνεχώς μέσα του, οπότε υπάρχει πάντα ένα χτύπημα μπροστά του, το οποίο πρέπει να ξεπεραστεί. Αυτό είναι που προκαλεί τριβή κύλισης. Η τριβή κύλισης είναι μικρότερη, όσο πιο σκληρός είναι ο δρόμος.

Η δύναμη τριβής κύλισης είναι επίσης ανάλογη με τη δύναμη αντίδρασης στήριξης:

F tr.qual = μ qual N,

όπου μ ποιότητα- συντελεστής τριβής κύλισης.

Επειδή η μ ποιότητα<< μ , στο ίδιο φορτίο, η δύναμη τριβής κύλισης είναι πολύ μικρότερη από τη δύναμη τριβής ολίσθησης.

Τα αίτια της δύναμης τριβής είναι η τραχύτητα των επιφανειών των σωμάτων που έρχονται σε επαφή και η διαμοριακή έλξη στα σημεία επαφής των σωμάτων τριβής. Στην πρώτη περίπτωση, οι φαινομενικά λείες επιφάνειες έχουν στην πραγματικότητα μικροσκοπικές ανωμαλίες που, όταν ολισθαίνουν, πιάνουν η μία την άλλη και παρεμποδίζουν την κίνηση. Στη δεύτερη περίπτωση, η έλξη εκδηλώνεται ακόμη και με καλά γυαλισμένες επιφάνειες.

Ένα στερεό που κινείται σε υγρό ή αέριο επηρεάζεται από μέτρια δύναμη αντίστασης, στρέφεται ενάντια στην ταχύτητα του σώματος σε σχέση με το περιβάλλον και επιβραδύνοντας την κίνηση.

Η δύναμη αντίστασης του μέσου εμφανίζεται μόνο κατά την κίνηση του σώματος σε αυτό το μέσο. Δεν υπάρχει τίποτα σαν τη δύναμη στατικής τριβής εδώ. Αντίθετα, τα αντικείμενα στο νερό μετακινούνται πολύ πιο εύκολα από ότι σε μια σκληρή επιφάνεια.