Hvordan skildre friksjonskraften. Hva er friksjonskraft, formler

Mål: Konsolidere tilegnet kunnskap om friksjon og friksjonstyper.

Framgang:

1. Studer den teoretiske delen
2. Fyll ut tabell 1.
3. Løs problemet ved å bruke alternativet fra Tabell 2.
4. Svar på sikkerhetsspørsmål.

Tabell 1

tabell 2


	En skater beveger seg langs en jevn horisontal isflate med treghet på 80 m. Bestem friksjonskraften og starthastigheten hvis skaterens masse er 60 kg og friksjonskoeffisienten er 0,015
	En kropp som veier 4,9 kg ligger på et horisontalt plan. Hvilken kraft må påføres kroppen i horisontal retning for å gi den en akselerasjon på 0,5 m/s 2 med en friksjonskoeffisient på 0,1?
	En trekloss med en masse på 500 g ligger på et horisontalt bord, som drives av en last med en masse på 300 g hengt opp fra den vertikale enden av en tråd kastet gjennom en blokk festet til enden av bordet. Friksjonskoeffisienten når blokken beveger seg er 0,2. Med hvilken akselerasjon vil blokken bevege seg?

Friksjonskraft- dette er kraften som oppstår mellom overflatene til kontaktlegemer. Hvis det ikke er smøring mellom overflatene, kalles friksjon tørr. Kraften av tørr friksjon er direkte proporsjonal med kraften som presser overflatene mot hverandre og er rettet i motsatt retning av den mulige bevegelsen. Proporsjonalitetskoeffisienten kalles friksjonskoeffisienten. Trykkkraften er vinkelrett på overflaten. Det kalles normal grunnreaksjon.

Friksjonslovene i væsker og gasser skiller seg fra lovene for tørr friksjon. Friksjon i væsker og gasser avhenger av bevegelseshastigheten: ved lave hastigheter er den proporsjonal med kvadratet, og ved høye hastigheter er den proporsjonal med kuben til hastigheten.

Formler for løsning:

Der "k" er friksjonskoeffisienten, er "N" den normale reaksjonen til bæreren.

Newtons andre lov og bevegelsesligninger i vektorform. F = ma

I følge Newtons tredje lov N = - mg

uttrykk for fart

Bevegelsesligninger for jevnt akselerert kinematisk bevegelse

; 0 - V = a t hvor 0 – slutthastighet V – starthastighet

Algoritme for å løse et typisk problem:

1. Skriv kort ned betingelsene for problemet.

2. Vi skildrer tilstanden grafisk i et vilkårlig referansesystem, som indikerer kreftene som virker på kroppen (punktet), inkludert den normale reaksjonen til støtten og friksjonskraften, kroppens hastighet og akselerasjon.

3. Vi korrigerer og utpeker referansesystemet i figuren, introduserer tidens opprinnelse og spesifiserer koordinataksene for krefter og akselerasjon. Det er bedre å rette en av aksene langs den normale reaksjonen til støtten, og begynne å telle tiden i det øyeblikket kroppen (punktet) er på koordinat null.

4. Vi skriver Newtons andre lov og bevegelsesligninger i vektorform. Likningene av bevegelse og hastighet er avhengighetene av bevegelse (bane) og hastighet på tid.

5. Vi skriver disse likningene i skalarform: i projeksjoner på koordinataksene. Vi skriver ned uttrykket for friksjonskraften.

6. Løs likningene i generell form.

7. Bytt inn mengdene i den generelle løsningen og beregn.

8. Skriv ned svaret.

Teoretisk del
Friksjon er motstanden til kropper i kontakt med bevegelse i forhold til hverandre. Friksjon er ledsaget av enhver mekanisk bevegelse, og denne omstendigheten har en betydelig konsekvens i moderne teknisk fremgang.
Friksjonskraften er motstandskraften mot bevegelsen til kropper i kontakt i forhold til hverandre Friksjon forklares av to årsaker: ujevnheten i gnideflatene til kropper og den molekylære interaksjonen mellom dem. Hvis vi går utover mekanikken, bør vi si at friksjonskrefter er av elektromagnetisk opprinnelse, som elastiske krefter. Hver av de to ovennevnte årsakene til friksjon manifesterer seg i ulik grad i forskjellige tilfeller. For eksempel, hvis kontaktflatene til solide gnidelegemer har betydelige ujevnheter, vil hovedbegrepet i friksjonskraften som oppstår her skyldes nettopp denne omstendigheten, dvs. ujevnheter, ruhet på overflatene til gnidelegemer.Kroppene som beveger seg med friksjon i forhold til hverandre må berøre overflatene eller bevege seg i miljøet til den andre. Bevegelsen av legemer i forhold til hverandre kan ikke forekomme på grunn av tilstedeværelsen av friksjon hvis drivkraften er mindre enn den maksimale statiske friksjonskraften. Hvis kontaktflatene til faste gnidelegemer er perfekt polerte og glatte, vil hovedkomponenten av friksjonskraften som oppstår i dette tilfellet bli bestemt av den molekylære adhesjonen mellom gnideoverflatene til kroppene.

La oss vurdere mer detaljert prosessen med fremveksten av glidende og statiske friksjonskrefter i krysset mellom to kontaktlegemer. Hvis du ser på overflatene til kropper under et mikroskop, vil du se mikrouregelmessigheter, som vi vil skildre i forstørret form (fig. 1, a). La oss se på samspillet mellom kropper i kontakt med eksemplet med ett par av ujevnheter (rygg og trau) (fig. 3, b). I tilfellet når det ikke er noen kraft som prøver å forårsake bevegelse, er arten av interaksjonen på begge skråningene med mikroruhet lik. Ved denne typen interaksjon balanserer alle horisontale komponenter av interaksjonskraften hverandre, og alle vertikale summeres og utgjør kraften N (støttereaksjon) (Fig. 2, a).

Et annet bilde av samspillet mellom kropper får man når en kraft begynner å virke på en av kroppene. I dette tilfellet vil kontaktpunktene hovedsakelig være i "bakkene" til venstre for mønsteret. Den første kroppen vil trykke på den andre. Intensiteten til dette trykket er preget av kraft R". Det andre legemet, i samsvar med Newtons tredje lov, vil virke på det første legemet. Intensiteten til denne handlingen er karakterisert av kraft R (støttereaksjon). Kraft R

kan dekomponeres i komponenter: kraft N, rettet vinkelrett på kroppens kontaktflate, og kraft Fsc, rettet mot virkningen av kraft F (fig. 2, b).

Etter å ha vurdert samspillet mellom kropper, bør to punkter bemerkes.
1) Når to kropper samhandler i samsvar med Newtons tredje lov, oppstår to krefter R og R; for å gjøre det lettere å ta det i betraktning når vi løser problemer, dekomponerer vi kraften R i komponentene N og Fst (Ftr i tilfelle bevegelse) .
2) Kreftene N og F Tp har samme natur (elektromagnetisk interaksjon); Det kunne ikke vært annerledes, siden disse er komponenter av samme kraft R.
Utskifting av glidefriksjon med rullefriksjon er svært viktig i moderne teknologi for å redusere de skadelige effektene av friksjonskrefter. Rullefriksjonskraften er definert som kraften som kreves for jevn rettlinjet rulling av et legeme langs et horisontalt plan. Erfaring har vist at rullefriksjonskraften beregnes med formelen:

hvor F er den rullende friksjonskraften; k-koeffisient for rullende friksjon; P er trykkkraften til et rullende legeme på støtten og R er radien til det rullende legeme.

Fra praksis er det åpenbart, fra formelen er det klart at jo større radius av et rullende legeme, jo mindre hindring utgjør den ujevne overflaten på støtten for den.
Merk at rullefriksjonskoeffisienten, i motsetning til glidefriksjonskoeffisienten, er en navngitt verdi og uttrykkes i lengdeenheter - meter.
Glidefriksjon erstattes av rullefriksjon, i nødvendige og mulige tilfeller, ved å skifte glidelagre med rullelager.

Det er ytre og indre friksjon (ellers kjent som viskositet). Ytre friksjon er en type friksjon der krefter oppstår ved kontaktpunktene til faste legemer som hindrer den gjensidige bevegelsen av legemene og er rettet tangentielt til overflatene deres.

Intern friksjon (viskositet) er typen friksjon som oppstår under gjensidig bevegelse. Lag av væske eller gass mellom dem genererer tangentielle krefter som hindrer slik bevegelse.

Ytre friksjon er delt inn i statisk friksjon (statisk friksjon) og kinematisk friksjon. Statisk friksjon oppstår mellom faste faste legemer når de prøver å flytte en av dem. Kinematisk friksjon eksisterer mellom gjensidig berøring av bevegelige faste legemer. Kinematisk friksjon er på sin side delt inn i glidefriksjon og rullefriksjon.

Friksjonskrefter spiller en viktig rolle i menneskelivet. I noen tilfeller bruker han dem, og i andre bekjemper han dem. Friksjonskrefter er av elektromagnetisk natur.
Typer friksjonskrefter.
Friksjonskrefter er av elektromagnetisk karakter, dvs. Friksjonskrefter er basert på de elektriske kreftene til interaksjon mellom molekyler. De er avhengige av bevegelseshastigheten til kropper i forhold til hverandre.
Det er 2 typer friksjon: tørr og flytende.
1. Væskefriksjon er en kraft som oppstår når et fast legeme beveger seg i en væske eller gass eller når ett lag med væske (gass) beveger seg i forhold til et annet og bremser denne bevegelsen.

I væsker og gasser er det ingen statisk friksjonskraft.
Ved lave hastigheter i væske (gass):
Ftr= k1v,
hvor k1 er motstandskoeffisienten, avhengig av formen, størrelsen på kroppen og miljøet. Bestemt empirisk.

Ved høye hastigheter:
Ftr= k2v,
hvor k2 er motstandskoeffisienten.
2. Tørrfriksjon er en kraft som oppstår når legemer kommer i direkte kontakt, og rettes alltid langs kontaktflatene til elektromagnetiske legemer nettopp ved å bryte molekylære bindinger.
Hvilefriksjon.
La oss vurdere samspillet mellom en blokk og overflaten av et bord. Overflaten til de kontaktende legemer er ikke helt flat. Den største tiltrekningskraften oppstår mellom atomer av stoffer som befinner seg i en minimumsavstand fra hverandre, det vil si på mikroskopiske fremspring . Den totale tiltrekningskraften til atomer og kropper i kontakt er så betydelig at selv under påvirkning av en ekstern kraft påført blokken parallelt med overflaten av dens kontakt med bordet, forblir blokken i ro. Dette betyr at blokken påvirkes av en kraft som er lik den ytre kraften, men i motsatt retning. Denne kraften er den statiske friksjonskraften Når den påførte kraften når en maksimal kritisk verdi som er tilstrekkelig til å bryte bindingene mellom fremspringene, begynner blokken å gli langs bordet. Den maksimale statiske friksjonskraften avhenger ikke av overflatekontaktområdet. I følge Newtons tredje lov er den normale trykkkraften lik størrelsesorden støttereaksjonskraften N.
Den maksimale statiske friksjonskraften er proporsjonal med den normale trykkkraften:

hvor μ er den statiske friksjonskoeffisienten.

Den statiske friksjonskoeffisienten avhenger av typen av overflatebehandling og av kombinasjonen av materialer som utgjør kontaktlegemene. Høykvalitetsbehandling av glatte kontaktflater fører til en økning i antall tiltrukket atomer og følgelig til en økning i koeffisienten for statisk friksjon.

Den maksimale verdien av den statiske friksjonskraften er proporsjonal med modulen til kraften Fd for trykket som produseres av kroppen på støtten.
Verdien av den statiske friksjonskoeffisienten kan bestemmes som følger. La kroppen (flatblokken) ligge på skråplanet AB (fig. 3). Tre krefter virker på den: tyngdekraften F, den statiske friksjonskraften Fп og støttereaksjonskraften N. Normalkomponenten Fп av tyngdekraften representerer trykkkraften Fд produsert av kroppen på støtten, dvs.
FН=Fд. Den tangentielle komponenten Ft av tyngdekraften er en kraft som har en tendens til å bevege et legeme nedover et skråplan.
Ved små helningsvinkler a balanseres kraften Ft av den statiske friksjonskraften Fp og kroppen er i hvile på skråplanet (støttereaksjonskraften N, i henhold til Newtons tredje lov, er lik i størrelse og motsatt i retning av kraften Fd, dvs. den balanserer den).
Vi vil øke helningsvinkelen a til kroppen begynner å gli nedover skråplanet. I dette øyeblikket
Fт=FпmaxFra fig. 3 er det klart at Ft = Fsin = mgsin; Fn=Fcos = mgcos.
vi får
fн=sin/cos=tg.
Ved å måle vinkelen som kroppen begynner å gli, kan du bruke formelen til å beregne verdien av den statiske friksjonskoeffisienten fп.

Ris. 3. Statisk friksjon.
Glidende friksjon

Glidefriksjon oppstår når relativ bevegelse av kontaktlegemer oppstår.
Glidfriksjonskraften er alltid rettet i motsatt retning av den relative hastigheten til kontaktlegemene.
Når en kropp begynner å gli over overflaten til en annen kropp, brytes bindingene mellom atomene (molekylene) i de opprinnelig ubevegelige kroppene, og friksjonen avtar. Med ytterligere relativ bevegelse av legemer dannes det hele tiden nye forbindelser mellom atomer. I dette tilfellet forblir den glidende friksjonskraften konstant, noe mindre enn den statiske friksjonskraften. I likhet med den maksimale statiske friksjonskraften, er glidfriksjonskraften proporsjonal med den normale trykkkraften og derfor med støttereaksjonskraften:
,hvor er koeffisienten for glidefriksjon (), avhengig av egenskapene til kontaktflatene.

Ris. 3. Glidefriksjon

Kontrollspørsmål

Hva er ytre og indre friksjon?
Hva slags friksjon kalles statisk friksjon?
Hva er tørr og flytende friksjon?
Hva er den maksimale statiske friksjonskraften?
Hvordan bestemme verdien av koeffisienten for statisk friksjon?

Definisjon 1

Friksjonskraften representerer kraften som oppstår i kontaktøyeblikket mellom to kropper og hindrer deres relative bevegelse.

Hovedårsaken som provoserer friksjon ligger i ruheten til gnideflatene og den molekylære interaksjonen mellom disse overflatene. Friksjonskraften avhenger av materialet til kontaktflatene og kraften av deres gjensidige pressing.

Konseptet med friksjonskraft

Basert på enkle modeller av friksjon (basert på Coulombs lov), vil friksjonskraften bli vurdert som direkte proporsjonal med graden av normal reaksjon av kontakt- og gnidflatene. Hvis vi ser på det som en helhet, kan ikke friksjonskraftprosessene bare beskrives av enkle modeller av klassisk mekanikk, som forklares av kompleksiteten til reaksjoner i sonen for interaksjon av gnidelegemer.

Friksjonskrefter, som elastiske krefter, er av elektromagnetisk natur. Deres forekomst blir mulig på grunn av samspillet mellom molekyler og atomer i kropper som kommer i kontakt.

Merknad 1

Friksjonskrefter skiller seg fra elastiske og gravitasjonskrefter ved at de ikke bare avhenger av kroppens konfigurasjon (av deres relative posisjon), men også av de relative hastighetene til deres interaksjon.

Typer friksjonskraft

Forutsatt at det er relativ bevegelse av to legemer i kontakt med hverandre, er friksjonskreftene som oppstår i en slik prosess delt inn i følgende typer:

Glidefriksjon (representerer en kraft som oppstår som en konsekvens av translasjonsbevegelsen til en av de samvirkende legene i forhold til den andre og virker på denne kroppen i en retning som er motsatt av glideretningen).
Rullefriksjon (representerer kraftmomentet som kan oppstå under betingelsene for rulleprosessen til en av to kropper i kontakt med den andre).
Statisk friksjon (betraktes som en kraft som oppstår mellom to samvirkende legemer, og den blir en alvorlig hindring for forekomsten av relativ bevegelse. En slik kraft overvinnes for å bringe disse kontaktlegemene i bevegelse i forhold til hverandre. Denne typen friksjon vises under mikrobevegelser (for eksempel under deformasjon) av kontaktlegemer. Med økende anstrengelse vil også friksjonskraften øke.
Rotasjonsfriksjon (er et kraftmoment som oppstår mellom kontaktende legemer under forhold med rotasjon av en av dem i forhold til den andre og rettet mot rotasjon). Bestemt av formelen: $M=pN$, hvor $N$ er normaltrykk, er $p$ rotasjonsfriksjonskoeffisienten, som har lengdedimensjonen.

Uavhengigheten til friksjonskraften fra overflatearealet som kontakten mellom legene observeres langs, og proporsjonaliteten til den normale trykkkraften som det ene legemet vil virke på det andre ble etablert eksperimentelt.

Definisjon 2

En konstant verdi representerer friksjonskoeffisienten, som avhenger av arten og tilstanden til gnideflatene.

I visse situasjoner er friksjon fordelaktig. Eksempler kan gis på umuligheten av menneskelig vandring (i fravær av friksjon) og bevegelse av kjøretøy. Samtidig kan friksjon også ha en skadelig effekt. Dermed provoserer det slitasje på kontaktdeler av mekanismer og ekstra drivstofforbruk for kjøretøy. Ulike smøremidler (luft- eller væskeputer) tjener som et middel for å motvirke dette. En annen effektiv metode er å erstatte glidning med rulling.

Grunnleggende beregningsformler for å bestemme friksjonskraft

Beregningsformelen for friksjonskraften under glidning vil se slik ut:

$m$-proporsjonalitetskoeffisient (glidefriksjon),
$Р$ – vertikal (normal) trykkkraft.

Den glidende friksjonskraften representerer en av kreftene som kontrollerer bevegelsen, og formelen er skrevet ved hjelp av støttereaksjonskraften. Basert på virkningen av Newtons tredje lov, viser de normale trykkkreftene, så vel som støttereaksjonen, seg å være like store og motsatte i retning:

Før man bestemmer friksjonskraften, hvis formel vil bli skrevet som følger: $F=mN$, bestemmes reaksjonskraften.

Notat 2

Motstandskoeffisienten under glideprosessen introduseres eksperimentelt for gnideflater, og det vil avhenge av materialet og kvaliteten på behandlingen.

Den maksimale statiske friksjonskraften bestemmes på samme måte som den glidende friksjonskraften. Dette er viktig for å løse problemer med å bestemme kraften til kjøremotstanden. Et eksempel kan gis på at en bok blir flyttet av en hånd presset til den. Dermed vil glidningen av denne boken bli utført under påvirkning av den statiske motstandskraften mellom boken og hånden. I dette tilfellet vil mengden motstand avhenge av kraften til vertikalt trykk på boken.

Et interessant faktum vil være at friksjonskraften er proporsjonal med kvadratet av den tilsvarende hastigheten, og formelen vil endre seg avhengig av bevegelseshastigheten til de samvirkende legemer. Denne kraften inkluderer kraften til viskøs motstand i en væske.

Avhengig av bevegelseshastigheten vil motstandskraften bestemmes av bevegelseshastigheten, formen på den bevegelige kroppen eller viskositeten til væsken. Bevegelsen av samme kropp i olje og vann er ledsaget av motstand av forskjellige størrelser. For lave hastigheter ser det slik ut:

$k$ – proporsjonalitetskoeffisient, avhengig av kroppens lineære dimensjoner og omgivelsenes egenskaper,
$v$ er kroppens hastighet.

Alle vet hvor vanskelig det er å flytte tunge gjenstander på hvilken som helst overflate. Dette skyldes det faktum at overflaten til et fast stoff ikke er helt glatt og inneholder mange hakk (de har forskjellige størrelser, som avtar under sliping). Når to kropper kommer i kontakt, låses tennene sammen. La en liten kraft (F) påføres en av kroppene, rettet tangentielt til kontaktflatene. Under påvirkning av denne kraften vil hakkene deformeres (bøyes). Derfor vil en elastisk kraft vises rettet langs kontaktflatene. Den elastiske kraften som virker på kroppen som kraften F påføres, kompenserer for den og kroppen forblir i ro.

Statisk friksjonskraft – kraft som oppstår ved grensen for kontaktende kropper i fravær av deres relative bevegelse.

Den statiske friksjonskraften rettes tangentielt til overflaten av kontaktlegemene (fig. 10) i retning motsatt kraften F, og er lik denne i størrelsesorden: Ftr = - F.

Etter hvert som kraftmodulen F øker, vil bøyningen av de krokete hakkene øke, og til slutt vil de begynne å bryte og kroppen begynner å bevege seg.

Glidende friksjonskraft – dette er kraften som oppstår ved grensen for kontakt med legemer under deres relative bevegelse.

Den glidende friksjonskraftvektoren er rettet motsatt av kroppens hastighetsvektor i forhold til overflaten den glir på.

Et legeme som glir på en fast overflate presses mot den av tyngdekraften P, rettet langs normalen. Som et resultat bøyer overflaten seg og en elastisk kraft N oppstår (normal trykkkraft eller støttereaksjon), som kompenserer for pressekraften P (N = - P).

Jo større kraft N er, desto dypere er hakkenes grep og desto vanskeligere er det å bryte dem. Erfaring viser at modulen til den glidende friksjonskraften er proporsjonal med kraften til normalt trykk:

Den dimensjonsløse koeffisienten μ kalles glidefriksjonskoeffisienten. Det avhenger av materialene til kontaktflatene og graden av sliping. For eksempel, når du kjører på ski, avhenger friksjonskoeffisienten av kvaliteten på smøremiddelet (moderne dyre smøremidler), overflaten av skisporet (mykt, løst, komprimert, isete), den spesielle tilstanden til snøen, avhengig av luftens temperatur og fuktighet osv. Et stort antall variable faktorer bestemmes av at koeffisienten ikke er konstant. Hvis friksjonskoeffisienten ligger i området 0,045 - 0,055, anses glidningen som god.

Tabellen viser verdiene for glidfriksjonskoeffisienten for ulike kontaktlegemer.

Glidende friksjonskoeffisienter for ulike tilfeller

Rollen til friksjonskraft er positiv i mange tilfeller. Det er takket være denne kraften at bevegelse av mennesker, dyr og bakketransport er mulig. Så når han går, skyver en person som spenner musklene i støttebenet fra bakken og prøver å flytte sålen tilbake. Dette forhindres av den statiske friksjonskraften rettet i motsatt retning - fremover (fig. 11).

Mer enn 300 år siden. Spørsmålet er ikke det vanskeligste, men å forstå det vil kreve litt oppmerksomhet og tålmodighet.

En spesiell del av mekanikk er viet til studiet av friksjonskraft - den såkalte mekanikken for friksjonsinteraksjon (eller tribologi).

Friksjonskraft er kraften som kropper i kontakt med og beveger seg i forhold til hverandre samhandler med hverandre. Det er friksjonskraften som hindrer fri bevegelse av kontaktlegemer.

Typer av friksjon og friksjonskrefter

Hvor kommer den statiske friksjonskraften fra?

Hvis vi undersøker overflaten av gulvet og skapbenene gjennom et mikroskop, vil vi finne flere mikroskopiske tuberkler av ufattelige former.

Når kroppene hviler på hverandre, går tuberklene i kontakt med hverandre, og det er grunnen til at kroppene forblir i en immobilisert tilstand.

Slag på en av kroppene eller på begge legemer samtidig for å flytte dem i forhold til hverandre vil føre til deformasjon av tuberklene, noe som vil forårsake elektromagnetisk frastøting av molekyler, som ligger til grunn for den statiske friksjonskraften.

Hvis fysisk anstrengelse påføres jevnt, vil den statiske friksjonskraften inntil et visst kritisk øyeblikk være lik kraften som vi prøver å flytte skapet fra sin plass med.

Glidende friksjonskraft

I det øyeblikket skapet beveger seg fra sin plass, vil den statiske friksjonskraften nå sin maksimale verdi.

I dette øyeblikket skjer ødeleggelsen av tuberklene, og som et resultat begynner skapet å lysbilde.

Foto 1. Hjul og andre enheter brukes for å redusere glidefriksjonen

En ny type friksjonskraft oppstår - glidende friksjonskraft. Denne kraften oppstår fra samspillet mellom overflater som glir over hverandre.

Denne kraften manifesteres i øyeblikket av fysisk bevegelse (glidning) av skapbenene langs gulvet eller når skøyten til en hockeyspiller eller kunstløper glir langs overflaten.

Hvis vi oversetter det som skjer til "tuberkler", når vi sklir, bryter bindingene mellom molekyler konsentrert i forskjellige tuberkler.

Når objekter er stasjonære - det vil si når den statiske friksjonskraften virker - oppstår ikke slike diskontinuiteter.

"Tuberkelmodellen" er betinget. Den ble oppfunnet for å presentere komplekse ting i et enkelt språk.

De samme prosessene kan forklares i dypere vitenskapelige termer, hvis forståelse vil kreve spesiell opplæring fra leseren.

De enkleste fysiske lovene knyttet til friksjonskraft

Svaret på spørsmålet om hva friksjonskraft er kan oppnås ikke bare ved å studere teoretiske prinsipper, men også ved å løse praktiske problemer.

For å løse problemer knyttet til å beregne verdiene til friksjonskraften, trenger du noen vitenskapelige fakta som karakteriserer friksjonskraften.

For eksempel er vektoren til den glidende friksjonskraften som påføres et legeme fra glideoverflaten alltid rettet i motsatt retning fra retningen til objektets hastighetsvektor.

Hvis hastighetsretningen endres, vil retningen til glidefriksjonskraften også endres. Friksjonskraftens avhengighet av hastighet er et viktig særtrekk som ligger i denne kraften (som for eksempel ikke eksisterer i tyngdekraften eller elastisitetskraften).

Den enkleste modellen for tørr friksjon er preget av følgende lover:

. Glidfriksjonskraften er lik maksimalverdien av den statiske friksjonskraften.

. Friksjonskoeffisienten avhenger verken av området til samvirkende overflater eller av bevegelseshastigheten til gjenstander som samvirker i forhold til hverandre.

. Det er et direkte proporsjonalt forhold mellom støttereaksjonskraften og den absolutte verdien av glidefriksjonskraften, beregnet ved formelen: f = µN.

Proporsjonalitetskoeffisienten µ kalles friksjonskoeffisient.

Fysikere har beregnet friksjonskoeffisienter for titusenvis av materialpar.

For eksempel, statisk friksjonskoeffisient for paret "gummi - tørr asfalt" er 0,95, og glidende friksjonskoeffisient for samme par varierer fra 0,5 til 0,8.

Ved å endre egenskapene til gjenstander som samvirker, kan du påvirke størrelsen på friksjonskraften som oppstår under deres samhandling.

For eksempel, forbedring av den ytre formen til racerbiler eller slitebanemønsteret til dekkene som brukes, gjør det mulig å øke hastigheten ved å redusere den glidende friksjonskraften.

Friksjon oppstår når kropper kommer i direkte kontakt, forhindrer deres relative bevegelse, og er alltid rettet langs kontaktflaten.

Friksjonskrefter er av elektromagnetisk karakter, akkurat som elastiske krefter. Friksjonen mellom overflatene til to faste stoffer kalles tørrfriksjon. Friksjonen mellom et fast stoff og et flytende eller gassformet medium kalles viskøs friksjon.

Skille statisk friksjon, glidende friksjon Og rullende friksjon.

Statisk friksjon- oppstår ikke bare når en overflate glir over en annen, men også når du prøver å forårsake denne glidningen. Statisk friksjon hindrer belastninger på det bevegelige transportbåndet fra å skli, holder spiker drevet inn i brettet osv.

Kraften til statisk friksjon er en kraft som forhindrer forekomsten av bevegelse av en kropp i forhold til en annen, alltid rettet mot en kraft påført fra utsiden parallelt med kontaktflaten, og har en tendens til å flytte objektet fra sin plass.

Jo større kraft som har en tendens til å flytte kroppen fra sin plass, jo større er den statiske friksjonskraften. For alle to kontaktorganer har den imidlertid en viss maksimalverdi (F tr.p.) maks, mer enn det det ikke kan være, og som ikke er avhengig av kontaktområdet til overflatene:

(F tr.p.) maks = μ p N,

Hvor μ p- statisk friksjonskoeffisient, N- bakkereaksjonskraft.

Den maksimale statiske friksjonskraften avhenger av materialene til kroppene og kvaliteten på behandlingen av kontaktflatene.

Glidende friksjon. Hvis vi påfører kroppen en kraft som overstiger den maksimale kraften for statisk friksjon, vil kroppen bevege seg og begynne å bevege seg. Hvilefriksjon vil bli erstattet av glidefriksjon.

Glidfriksjonskraften er også proporsjonal med den normale trykkkraften og støttereaksjonskraften:

F tr = μN.

Rullende friksjon. Hvis en kropp ikke glir på overflaten av en annen kropp, men som et hjul ruller, kalles friksjonen som oppstår ved kontaktpunktet rullende friksjon. Når et hjul ruller langs veibanen, presses det hele tiden inn i det, så det er alltid en støt foran det som må overvinnes. Det er dette som forårsaker rullefriksjon. Jo hardere vei, jo lavere rullefriksjon.

Den rullende friksjonskraften er også proporsjonal med reaksjonskraften til støtten:

F tr.kach = μ kach N,

Hvor μ kvalitet- rullefriksjonskoeffisient.

Fordi det μ kvalitet<< μ , under de samme belastningene, er rullefriksjonskraften mye mindre enn glidfriksjonskraften.

Årsakene til friksjon er ruheten til overflatene til kontaktlegemer og intermolekylær tiltrekning ved kontaktpunktene til gnidelegemer. I det første tilfellet har overflater som virker glatte faktisk mikroskopiske uregelmessigheter som, når de glir, fanger hverandre og forstyrrer bevegelsen. I det andre tilfellet manifesterer tiltrekning seg selv med godt polerte overflater.

Et fast legeme som beveger seg i en væske eller gass påvirkes av middels motstandskraft, rettet mot kroppens hastighet i forhold til omgivelsene og hemmer bevegelse.

Motstandskraften til et medium vises bare under bevegelsen til en kropp i dette mediet. Det er ingenting som den statiske friksjonskraften her. Tvert imot er gjenstander i vann mye lettere å flytte enn på en hard overflate.