А.Н. Матвеев - Механика и теория относительности (1111874), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Такое трение называется сухим. Сила трения в случае, изображенном на рис. 121, дается формулой ~тр — — й'ту, причем Й' называется коэффициентом а1. Сухое трение Дна него аарангерно маминин тре- ниа номом Зависимость силы сухого трения от скорости. Нв оси ординат отложены силы против скорости' 334 Глава 12. ДИ4АМИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА 123. Зависимость силы жидкого трения от скорости, На оси ординат отложены силы против скорости Характернее особенность втото трение — исчезновение силы трение ори нулевой скорости Ление нив Явление застоя мозтет существенно исназить результаты измерения физичесник величин с помощью яриборое, если лри двиатвнии их стрелов е осях вращения имеется суков ятрвние.
яя и 1;; . 1! ЯЯ Я': чя!И а, Явление застоя трения. Он определяется экспериментально. Возникновение сухого трения обусловлено взаимодействием молекул, атомов и электронов, находящихся вблизи поверхности соприкосновения, т. е. в конечном счете электромагнитным взаимодействием. Жидкое трение. Если соприкасающиеся металлические поверхности хорошо смазать, то они начинают скользить уже при очень малых, практически равных нулю силах.
Это объясняется тем, что между собой трутся не твердые металлические поверхности, а тонкие жидкие масляные пленки, которые налипают при смазке на поверхности. Такие силы трения, у которых трение покоя отсутствует, называются силами жидкого трения. Например, металлический шарик движется в газе или жидкости при самых малых силах. Между поверхностью шарика и газом или жидкостью возникают силы трения, которые стремятся противодействовать движению. Однако при стремлении скорости к нулю эта сила трения стремится к нулю, т. е.
является силой жидкого трения. Зависимость силы жидкого трения от скорости изображена на рис. 123. При достаточно малой скорости эта сила прямо пропорциональна скорости: т, = — йч. Коэффициент пропорциональности Й зависит от свойств жидкости или газа, геометрических характеристик тела, свойств его поверхности. При движении твердых тел в жидкости нли газе наряду с силой трения, которая в каждой точке направлена по касательной к поверхности тела, на тело в противоположном его скорости направлении действуют также силы другой природы, которые называются с и л а и н с о п р от и в л е н и я. Они рассматриваются в механике сплошной среды.
При решении задач на движение они учитываются так же, как и силы жидкого трения, завися- 54. Движение лри наличии сухого трения щие от скорости. Сила сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости: ~ э'. Однако их роль существенна лишь при достаточно больших скоростях. При малых скоростях можно ограничиться учетом силы трения, пропорциональной первой степени скорости. Трение качения.
При качении сухого твердого колеса по твердой поверхности наряду с силой сухого трения возникает трение качения. Оно будет рассмотрено в з 56 вместе с другими вопросами качения. Работа сил трения. Работа силы трения покоя равна нулю, поскольку перемещение отсутствует. При скольжении твердых поверхностей сила трения направлена против перемещения. Ее работа отрицательна. Вследствие этого кинетическая энергия трущихся тел превращается во внутреннюю — трущиеся поверхности нагреваются.
Сила жидкого трения также производит отрицательную работу, при этом кинетическая энергия движущихся тел также превращается во внутреннюю н скорость тел уменьшается. Таким образом, для движения при наличии трения закон сохранения энергии не может быть сформулирован в виде постоянства суммы кинетической и потенциальной энергий. При наличии трения эта сумма убывает, происходит превращение энергии во внутреннюю энергию трущихся тел. Не следует думать, что трение преимущественно играет отрицательную роль для движения. Если бы не было трения, то необходимо было бы изменить весь уклад жизни. Можно сказать, что существующая техника базируется на наличии трения.
Если бы его не было, то не смогли бы двигаться автомобили, люди не могли бы ходить по ровной поверхности земли, невозможно было бы безопасно сидеть на стуле и т. д. 54. Движение при нвпичии сухого трения В динамике учет сухого трения сводится к учету действия силы трения, направленной против скорости, и в этом смысле каких- либо необычных особенностей не представляет. Однако наличие трения покоя приводит к возникновению двух интересных явлений— явлений застоя и заноса. Явление застоя. Представим себе тело, которое с трением движется в горизонтальной плоскости под действием сил, показанных па рис. 124.
В среднем положении тела равнодействующая сил, приложенных к телу со стороны пружин в горизонтальной плоскости, равна нулю. При отклонении положения тела от среднего возникает сила, стремящаяся вернуть его в это положение. Однако если зта сила меньше, чем максимальная сила трения покоя, она пе в состоянии сдвинуть тело. Поэтому равновесным является не только среднее положение тела в точке О, но и все другие положения в определенном интервале ЛВ отклонений от среднего, Хотя 336 Глава 12. ДЕЕВЫМ/КА ТВЕРДОГО ТЕЙА во всех этих положениях на тело со стороны пружины действует сила, тело остается в покое.
Если тело отклонить за пределы интервала АВ и отпустить, то под действием силы со стороны пружины оно придет в движение. В зависимости от величины первоначального отклонения тело совершит либо колебательное движение, либо просто движение в одном направлении, но через некоторое время остановится из-за потерь энергии на трение. Остановка может произойти в любом положении в пределах интервала АВ. Тело практически никогда не остановится в среднем положении.
Явление остановки и задержки тела в отклоненном от среднего положения, в котором действующая на него со стороны пружины сила не равна нулю, называется явлением застоя. Ясно, что если бы трение между телом и горизонтальной плоскостью было жидким, явление застоя не наблюдалось бы, поскольку в этом случае сколь угодно малая сила со стороны пружины вызвала бы движение тела. Поэтому равновесным положением тела, при котором оно может покоиться, является единственное положение — среднее, когда равнодействующая сил со стороны пружины равна нулю.
Явление застоя имеет важное значение во многих случаях. В измерительных приборах обычно происходит сравнение измеряемой величины или ее известного действия с масштабом величины или масштабным действием, а результат считывается с помощью указателя в виде стрелки. Если в оси вращения стрелки имеется сухое трение, то она никогда не будет указывать точно на то деление шкалы, которое соответствует равенству измеряемой и масштабной величин. Это приводит к некоторой ошибке измерения, которая тем больше, чем больше сухое трение. Поэтому в измерительных приборах желательно максимально уменьшить сухое трение и приблизить условия к условиям жидкого трения.
Явление заноса. Пусть на наклонной плоскости покоится тело (рис. $25). Это означает, что максимальная сила трения покоя больше, чем сила г' = тд яп а, стремящаяся вызвать соскальзывание с наклонной плоскости (сс — угол наклона плоскости к горизонту). Теперь приведем тело в движение со скоростью и поперек плоскости (рис. 125). Тело сразу же начнет соскальзывать с нее. Это вызвано тем, что, как только тело начнет двигаться в направлении скорости тзпоперек наклонно плоскости, сила трения между плоскостью и телом будет направлена противоположно скорости. Следовательно, не будет никакой силы, которая противодействовала бы силе г" = тд яп а, вызывающей соскальзывание.
Благодаря этому появляется скорость т~ в направлении соскальзывания. Полная скорость движения тела по наклонной плоскости равна т = тз + ч|. Сила трения $,р направлена против скорости. Против силы тд з1п а действует лишь составляющая сила трения ~,р з1п р (Фд р = п~ /гз). Если она равна силе тд з(п а, то дальнейшее увеличение скорости соскальзывания с наклонной плоскости прекратится и тело будет двигаться т25. Явление заноса Чему равна сила суяого трения, когда тело покоится, и как она направлена! Чему равна сила жидкого трения, когда скорость тала равна нулю! Квк сила суяого трения зависит от скорости! Как сила жидкого трения зависит от скорости! 34. Движение при наличии сухого тремя с постоянной скоростью ч, направленной под углом р к горизонту.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
