Силы трения. Характеристика сил трения

Силы трения

Характеристика сил трения.

    Силы трения – это силы, возникающие между соприкасающимися поверхностями телами или их частями (в плоскости касания) при перемещении в плоскости касания или же при попытке вызвать такое перемещение.

       Примеры:

       Сухое трения – трение поверхностей твердых тел. Если между поверхностями твердого тела существует слой жидкости, то говорят, что имеем жидкое трение. Под сухим трением понимают трение качения. Когда говорят о жидком трении, то его чаще всего можно свести к трению слоев жидкости.

       Существует внешнее и внутреннее трение. Внешнее трение возникает между различными телами. Частным случаем внешнего трения является сухое трение.

       Внутреннее трение – трение между различными частями одного и того же тела (например, трение слоев жидкости). К внутреннему трению можно свести и жидкое трение. Все силы трения зависят от скорости. Направление сил трения противоположно величине относительной скорости. Сама величина силы трения может зависеть от скорости. Значит, силы трения не консервативны. Все силы трения диссипативны (всегда приводят к уменьшению механической энергии системы, к превращению ее в другой вид энергии).

Cилы трения покоя и скольжения.

           Рассмотрим два тела, соприкасающихся поверхностями. На одно из тел подействуем внешней силой , направленной параллельно поверхности соприкосновения.

      Опыт показывает, что движение тел друг относительно друга начнется тогда, когда внешняя сила превысит некоторое значение . Если внешняя сила меньше, чем , тело покоится, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой. Эта сила носит название силы трения покоя.

      Сила трения покоя действует на неподвижное тело при попытке вызвать перемещение данного тела в плоскости соприкосновения. Она направлена по касательной к поверхности соприкосновения, равна по величине и противоположна по знаку составляющей внешней силы. Понятно, что сила трения покоя величина переменная. Она может принимать различные значения от 0 до некоторого максимального значения. Если внешняя сила больше максимального значения силы трения покоя, возникает скольжение. При скольжении по поверхности на тело также действует сила трения, направленная всегда противоположно скорости движения тела относительно поверхности.

Закон Кулона

     Сила терния скольжения не зависит от площади поверхности соприкасающихся тел и пропорциональна силе нормального давления одного тела на другое.

     Коэффициент пропорциональности m называется коэффициентом трения. Согласно закону Кулона:

     Если перемещение происходит в направлении перпендикулярном плоскости соприкосновения, то сила нормального давления N равна силе реакции со стороны поверхности.

     Сила трения приложена к центру масс тела. Существенное значение при возникновении сил трения имеют шероховатые поверхности соприкосновения. При попытке вызвать движение неровности цепляются друг за друга, возникает сила трения и когда сила, приложенная к телу, становится больше силы трения, то происходит разрушение неровностей. Но при движении они цепляются, т. е. возникает сила трения скольжения  - это вызывает износ поверхности.

Сила трения качения

     Колесо, которое катится по поверхности, в конце концов, остановится. Сила трения скольжения отсутствует (т. к. нет скольжения). Также нет и силы трения покоя. Значит сила, заставляющая колесо остановится и есть сила трения качения – горизонтальная составляющая силы реакции действующей со стороны поверхности на тело, находящееся на ней.

Движение самоходных аппаратов.

     Под самоходным аппаратом понимается устройство, которое способно перемещаться за счет качения колес под действием сил, действующих со стороны двигателя экипажа (например, паровоз или автомобиль).

     Движение возникает потому, что внешнее устройство создает момент сил, действующих на колесо. Если движение происходит без проскальзывания, то на колесо действует сила трения качения и сила трения покоя. В конечном итоге движение возникает за счет силы трения покоя, F_{тр. кач} <<F_{тр. п.}, поэтому ее часто не учитывают.

Запишем уравнение движения экипажа:

 - уравнение движения центра масс

Люди также интересуются этой лекцией: 19 Возникновение объединительных тенденций в Великой Польше.

 - для колеса                                                                         (*)

 следовательно,

  и с учетом выражения (*) получаем:  и окончательно:  - сила трения покоя зависящая от момента внешних сил. Но ведь это величина ограничена (см. график), и достигая максимального значения, начинается проскальзывание.

Преодоление сил трения

     Силы трения можно уменьшить, заменив сухое трение на жидкое, трение качения на трение покоя, подбором поверхности.