saveliev1 (797913), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Это обусловлено тем, что н случае неподвижной опоры силы Р и 6 совпадают по величине и по направлению (обе опи равны >пд). Однако следует помнить, что этп силы приложены к разным телам: Р приложена к самому телу, 6 приложена к подвесу или опоре, огранпчпвшощим свободное движение тела в поле сил земного тяготения. Кроме того, сила Р всегда равна >пн, независимо от того, движется тело или покоится, сила же веса С зависит от ускорения, с которым движутся опора н тело, причем она может быть как больше, так н меньше п>н, в частности, в состоянии невесомости она обращается в нуль.
Соотношение (18.3) между массой и весом тела дает способ сравнения масс тел путем взвешивания — отношение весов тел, определенных в одинаковых условиях (обычио прп чг = О) в одной и той же точке земной поверхности, равно отношению масс этих тел: 6,: 6». 6,: ... =т,.'п>~. 'т,.' Как будет показано в % 47, ускорение свободного падения д и сила тяжести Р зависят от широты местности. Кроме того, Р и а зависят также от высоты над уровнем моря — с удалением от центра Земли они умепыпаются. ф 19. Силы трения Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относктельно друга.
Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости илп газа) носит название внутрепного трения. Силу трения, возникающую при движении твердого тела относительно жидкой или газообразной среды, следует отнести к категории сил внутреннего трения, поскольку в этом случае слои среды, непосредственно соприкасающиеся с телом, вовлекаются им в движение с тон же скоростью, какую имеет тело, и па движение чела оказывает влияние трение между этими и впешнпмн по отношению к ним слоями среды. Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой пли газообразной средой, а также между слоями такой среды называется в изким (пли жидким). Применительно к сухому трению различают трение скольжения и трение к а ч си и я.
Силы трсиия направлены по касательной к трущимся поверхностям (или слоям), причем так, что они противодействуют относительному смещению этих поверхностей (слоев). Если, например, два слоя жидкости скользят друг по другу; двигаясь с различной скоростью, то сила, приложенная к более быстро движущемуся слою, направлена в сторону, противопологкную движению, а сила, действующая на слой, движущийся медленнее, направлена в сторону движения слоя. Сухое трение. В случае сухого трения сила трения возникает не только при скодыкении одной поверхности по другой, ио также и при попытках вызвять такое в и.
В. с»»»»»»», т. ! 65 скольжение. В последнем случае она называется силой трения покоя. Рассмотрим два соприкасающихся тела 1 и 2, из которых последнее закреплено неподвижно (рнс. 45). Тело ! прижимается к телу 2 силой $„, направленной по нормали к поверхности соприкосновения тел. Она называется силой нормального давления и может быть обусловлена весом тела или другими при- чинами. Попытаемся перемет, стить тело 1, подействовав на него внешней силой $.
При I этом обнаружится, что для каждо(т коикретнон пары теп й г и каждого значения силы нор- Р мального давления имеется определенное минимальное Рнс. 46. значение 1е силы $, пРи кото- ром тело 1 удается сдвинуть с места. При значениях внешней силы, заключенных в пРеделах О <1<~о, тело остаетсЯ в покое. По втоРомУ закону Ньютона зто возможно г в том случае. если сила т уравновешивается равной ей по + "а величине н противоположно направленной силой, которая и есть сила трения покоя га (тр (см. рис. 45).
Она автоматически ') принимает значение, равное величине внеш- +ге ней сн.иы 1 (при условии, что последняя не превосходит 1е). Легко видеть, что 1е представ- -га ляет собой наибольшее значение силы трения покоя. Отметим, что в соответствии с третьим законом Ньютона на тело 2 также действует сила трения покоя г,р (на рис.
45 показана пунктиром), равная по величине силе (,р, но имеюшая противоположное ей на- правление. ') Это происходит подобно тому, как пружина под действием растягивающей силы «автоматические приобретает такое удлинение, прн котором упругая сила точно уравновешивает внешнюю силу. 66 Если внешняя сила $ превзойдет по величине 1е, тело начинает скользить, причем его ускорение определяется результирующей двух сил: внешней $ и силы трения скольжения ттр, величина которой в той или иной мере зависит от скорости скольжения. Характер атой зависимости определяется природой и состоянием трущихся поверхностей.
Чаще всего встречающийся вид записи. мости силы трения от скорости показан на рис. 46 (по осям отложены проекции силы трения и скорости на направление, вдоль которого происходит скольжение; обе зти проекции имеют, очевидно, противоположные знаки). График охватывает как случай покоя, так и случай скольжения. Сила-трения покоя, как уже отмечалось, может иметь значения в пределах от нуля до )а, что отражено на графике вертикальным отрезком.
Сила трения сколыкения с увеличениел1 скорости вначале несколько убывает, причем так, что при стремлении и к нулю ее величина стремится к )е. При дальнейшем увеличении скорости она начинает возрастать. В случаях, когда состояние и природа поверхностей не изменяются '), сила трения скольжения оказывается практически не зависящей от скорости и равной максимальному значению силы трения покоя 1е (рис.
46,б). Законы сухого трения сводятся к следующему: максимальная сила трения покоя, а также сила трения скольжения не зависят от величины поверхности соприкосновения трущихся тел и оказываются приблизительно пропорциональными величине силы нормального давления 1„, прижимающей трущиеся поверхности друг к дру~у: ),в =Ц„. (19.1) Независимость силы трения от величины поверхности соприкосновения наглядно обнаруживается на следующем примере. Если тело имеет форму прямоугольного параллелепипеда (форму кирпича) и прижимается к другому телу только под действием веса, то величина максимальной силы трения (или силы трения скольжения, взятой при одной и той же скорости) не зависит от ') Изменевне поверхностей может происходить за счет сгла.
живания шероховатостей при скольжении, окисления поверхностей нз.за нагрева и т. и, йе 67 того, какой гранью это тело трется о другую поверхность. Безразмерный коэффициент пропорциональности й в уравнении (!9.1) называют коэффициентом трении (соответственно покоя илн скольжения). Он зависит от природы и состояния трущихся поверхностей.
в частности от нх шероховатости. В случае скольжения коэффициент трения является функцией скорости. Чтобы дать представ.пение о величине коэффициента трения, приведем значения коэффициента трения покоя для некоторых материалов. Таблица Материал 095 — 0,25 0,6 0.66 0,6 Металл по металлу (беа епааии) . Металл по лереау . Дерево по лереау . К«жа по неталлу Силы трения играют очень большую роль в природе.
В нашей повседневной жизни трение нередко оказывается полезным. Вспомним огромные затрудненна, которые испытывают пешеходы и транспорт во время го. лоледицы, когда трение между покрытием дороги н подошвами пешеходов или колесамн транспорта значительно уменынается. Не будь сил трения, мебель пришлось бы прикреплять к полу, как на судне во время качки, ибо она при малейшей исгоризонтальности пола сползала бы в направлении покатости.
Читатель может сам привести аналогичные примеры. Во многих случаях роль трения крайне отрицательна и приходится принимать меры к тому, чтобы по возможности его ослабить. Так обстоит, например, дело с трением в подшипниках или с трением между втулкой колеса и осью. Наиболее радикальным способом уменьшения сил трения является замена трения скольжения трением качения, которос возникает, например, между цилии. дрнческим нли шарообразным телом, катягцимся. по плоской нли нзогнуяой поверхности. Трение качении поде 68 чиияется формально тем же законам, что и трение скольжения, но коэффициент трения в этом случае оказывается значителыю меньшим.
Вязкое трение и сопротивление среды. В отличие от сухого вязкое троице характерно тем, что сила вязкого трения обращается в нуль одновременно со скоростью. Поэтому, как бы нн была мала внешняя сила, она может сообнцнть относительную скорость слоям вязкой среды. Законы, которым подчиняются силы трения между слоя'ми среды, будут рассмотрены в главе, посвященной механикс жидкостей. В этом нара| рафе мы ограничимся рассмотрением сил трения между твердым телом и вязкой (жндкой нли газообразной) средой.
Следует иметь в виду, что, помимо собственно снл трения, нри движении тел в жидкой или газообразной среде нозникают так называемые силы сопротивлениц среды, которые могут быть гораздо значительнее, чем силы трения. Не нх)ея возможности рассматринать подробно причины возникновения этих сил, мы ограничимся изложением закономерностей, которым подчи- ни няются силы трения и сонро. тнвлення среды совместно, причем условно будем называть суммарнПо силу силой трения.
Вкратце эти закономерности Р О сводятся к следукнцему. Величина силы трения занисит от формы н размеров тела, состояния его поверхности, скорости но отношению к среде и от свойства среды, называемого вязкостью. Типичная зависимость силы трения от скорости тела но отношению к среде показана графически на рис. 47. Прн сравнительно небольших скоростях сила трения растет линейно со скоростью: )т» = йР (19.2) где знак «--» означает, что сила трения направлена а Сторону, лротивоположную скорости. При ббльших скоростях линейный закон нереходнт в квадратичный, т.
с. сила трения начинает расти 69 пропорционально квадрату скорости: т ~»г й»п ((9.3) Величина коэффициентов й~ и й» (их можно назвать коэффициентами трения) в сильной степени зависит от формы.и размеров тела, состояния его поверхности и от вязких свойств среды. Например, для глицерина они оказываются гораздо ббльшими, чем для воды. Значе. ние скорости, при которой закон (!9.2) переходит в ()9.3), оказывается зависящим от тех же причин. 9 20. Силы, действующие при криволинейном движении Как было показано в 5 9, ускорение при криволинейном движении можно представить в виде суммы двух составляющих — нормального тч„и тангенцнального тч, ускорений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
