Cel: Utrwalenie zdobytej wiedzy na temat tarcia i rodzajów tarcia.

Postęp:

1. Zapoznaj się z częścią teoretyczną
2. Wypełnij tabelę 1.
3. Rozwiąż zadanie zgodnie z opcją z tabeli 2.
4. Odpowiedz na pytania bezpieczeństwa.

Tabela 1

Tabela 2

Siła tarcia jest siłą występującą między powierzchniami stykających się ciał. Jeśli nie ma smarowania między powierzchniami, tarcie nazywa się suchym. Siła tarcia suchego jest wprost proporcjonalna do siły dociskającej powierzchnie do siebie i skierowana jest w kierunku przeciwnym do możliwego ruchu. Współczynnik proporcjonalności nazywany jest współczynnikiem tarcia. Siła nacisku jest prostopadła do powierzchni. Nazywa się to normalną reakcją podporową.

Prawa tarcia w cieczach i gazach różnią się od praw tarcia suchego. Tarcie w cieczy i gazie zależy od prędkości ruchu: przy małych prędkościach jest proporcjonalne do kwadratu, a przy dużych prędkościach jest proporcjonalne do sześcianu prędkości.

Formuły rozwiązań:

Gdzie „k” to współczynnik tarcia, „N” to normalna reakcja podpory.

Drugie prawo Newtona i równania ruchu w postaci wektorowej. F=ma

Zgodnie z trzecim prawem Newtona N = - mg

wyrażenie na szybkość

Równania ruchu dla ruchu kinematycznego jednostajnie przyspieszonego

; 0 - V = a t gdzie 0 to prędkość końcowa, V to prędkość początkowa

Algorytm rozwiązywania typowego problemu:

1. Krótko zapisz stan problemu.

2. Stan przedstawiamy graficznie w dowolnym układzie odniesienia, wskazując siły działające na ciało (punkt), w tym normalną reakcję podpory i siłę tarcia, prędkość i przyspieszenie ciała.

3. Poprawiamy i wyznaczamy układ odniesienia na rysunku, wprowadzając początek czasu i określając osie współrzędnych sił i przyspieszenia. Lepiej jest skierować jedną z osi wzdłuż normalnej reakcji podpory i rozpocząć odliczanie czasu w momencie, gdy ciało (punkt) znajdzie się na współrzędnej zero.

4. Zapisujemy w postaci wektorowej drugie prawo Newtona i równania ruchu. Równania ruchu i prędkości są zależnościami przemieszczenia (toru) i prędkości od czasu.

5. Piszemy w tych samych równaniach w postaci skalarnej: w rzutach na osie współrzędnych. Zapisujemy wyrażenie na siłę tarcia.

6. Rozwiązujemy równania w postaci ogólnej.

7. Zastąp wartości w rozwiązaniu ogólnym, oblicz.

8. Zapisz odpowiedź.

Część teoretyczna
Tarcie to opór ciał stykających się z ruchem względem siebie. Tarcie towarzyszy każdemu ruchowi mechanicznemu, a okoliczność ta ma zasadnicze znaczenie dla współczesnego postępu technicznego.
Siła tarcia to siła oporu ruchu stykających się ze sobą ciał.Tarcie tłumaczy się dwoma przyczynami: chropowatością trących się powierzchni ciał i oddziaływaniem molekularnym między nimi. Jeśli wyjdziemy poza granice mechaniki, to należy powiedzieć, że siły tarcia są pochodzenia elektromagnetycznego, podobnie jak siły sprężystości. Każda z powyższych dwóch przyczyn tarcia w różne okazje objawia się na różne sposoby. Na przykład, jeśli stykające się powierzchnie stałych ciał trących mają znaczne nieregularności, to główny składnik siły tarcia, który tu powstaje, będzie wynikał właśnie z tej okoliczności, tj. nierówność, chropowatość powierzchni ocierających się ciał.Ciała poruszające się względem siebie z tarciem muszą stykać się z powierzchniami lub poruszać się jedno w otoczeniu drugiego. Ruch ciał względem siebie może nie powstać z powodu tarcia, jeśli siła napędowa jest mniejsza niż maksymalna siła tarcia statycznego. Jeżeli stykające się powierzchnie trących się ciał stałych są doskonale wypolerowane i gładkie, to główny składnik siły tarcia, który w tym przypadku powstaje, będzie określony przez adhezję molekularną między trącymi się powierzchniami ciał.

Rozważmy bardziej szczegółowo proces powstawania sił tarcia ślizgowego i spoczynkowego na styku dwóch stykających się ciał. Jeśli spojrzysz na powierzchnie ciał pod mikroskopem, zobaczysz mikronierówności, które przedstawimy w powiększeniu (ryc. 1, a). Rozważmy interakcję stykających się ciał na przykładzie jednej pary nieregularności ( grzbiet i koryto) (ryc. 3, b). W przypadku, gdy nie ma siły próbującej wywołać ruch, charakter oddziaływania na obu zboczach mikronierówności jest podobny. Przy takim charakterze interakcji wszystkie poziome składowe siły oddziaływania równoważą się, a wszystkie pionowe sumują się i tworzą siłę N (reakcja podporowa) (ryc. 2, a).

Inny obraz wzajemnego oddziaływania ciał uzyskuje się, gdy na jedno z ciał zaczyna działać siła. W takim przypadku punkty kontaktowe będą znajdować się głównie na „zboczach” pozostawionych na rysunku. Pierwsze ciało będzie wywierać presję na drugie. Intensywność tego nacisku charakteryzuje siła R”. Drugie ciało, zgodnie z trzecim prawem Newtona, będzie oddziaływać na pierwsze ciało. Intensywność tego działania charakteryzuje siła R (reakcja podporowa). Siła R

można rozłożyć na składowe: siłę N skierowaną prostopadle do powierzchni styku ciał oraz siłę Fsc skierowaną przeciwko działaniu siły F (ryc. 2, b).

Po rozważeniu interakcji ciał należy zwrócić uwagę na dwie kwestie.
1) W oddziaływaniu dwóch ciał, zgodnie z trzecim prawem Newtona, powstają dwie siły R i R”; dla wygody uwzględnienia ich przy rozwiązywaniu zadań rozkładamy siłę R na składowe N i Fsc (Ftr w przypadku ruchu).
2) Siły N i F Tp mają ten sam charakter (oddziaływanie elektromagnetyczne); nie mogło być inaczej, skoro są to składowe tej samej siły R.
We współczesnej technice zastąpienie tarcia ślizgowego tarciem tocznym ma ogromne znaczenie w celu ograniczenia szkodliwego działania sił tarcia. Siła tarcia tocznego jest definiowana jako siła potrzebna do równomiernego prostoliniowego toczenia się ciała po płaszczyźnie poziomej. Z doświadczenia wynika, że ​​siłę tarcia tocznego oblicza się ze wzoru:

gdzie F jest siłą tarcia tocznego; k jest współczynnikiem tarcia tocznego; P to siła nacisku toczącego się ciała na podporę, a R to promień toczącego się ciała.

Z praktyki jest oczywiste, ze wzoru wynika, że ​​im większy promień toczącego się korpusu, tym mniejszą przeszkodę stanowią dla niego nierówności powierzchni podparcia.
Należy zauważyć, że współczynnik tarcia tocznego, w przeciwieństwie do współczynnika tarcia ślizgowego, jest wartością nazwaną i wyrażaną w jednostkach długości - metrach.
Tarcie ślizgowe jest zastępowane tarciem tocznym, w koniecznych i możliwych przypadkach poprzez zastąpienie łożysk ślizgowych łożyskami tocznymi.

Istnieje tarcie zewnętrzne i wewnętrzne (inaczej zwane lepkością). Ten rodzaj tarcia nazywany jest zewnętrznym, w którym w punktach styku ciał stałych powstają siły, które utrudniają wzajemny ruch ciał i są skierowane stycznie do ich powierzchni.

Tarcie wewnętrzne (lepkość) jest rodzajem tarcia, polegającym na tym, że z wzajemnym przemieszczeniem. Warstwy cieczy lub gazu między nimi występują siły styczne, które uniemożliwiają taki ruch.

Tarcie zewnętrzne dzieli się na tarcie spoczynkowe (tarcie statyczne) i tarcie kinematyczne. Tarcie spoczynkowe powstaje między nieruchomymi ciałami stałymi, gdy którekolwiek z nich próbuje się poruszyć. Tarcie kinematyczne istnieje między wzajemnie stykającymi się poruszającymi się ciałami sztywnymi. Z kolei tarcie kinematyczne dzieli się na tarcie ślizgowe i tarcie toczne.

Siły tarcia odgrywają ważną rolę w życiu człowieka. W niektórych przypadkach ich używa, aw innych walczy z nimi. Siły tarcia mają charakter elektromagnetyczny.
Rodzaje sił tarcia.
Siły tarcia mają charakter elektromagnetyczny, tj. siły tarcia opierają się na siłach elektrycznych oddziaływania cząsteczek. Zależą one od prędkości ruchu ciał względem siebie.
Istnieją 2 rodzaje tarcia: suche i płynne.
1. Tarcie cieczy to siła, która powstaje, gdy ciało stałe porusza się w cieczy lub gazie lub gdy jedna warstwa cieczy (gazu) porusza się względem drugiej i spowalnia ten ruch.

W cieczach i gazach nie występuje siła tarcia statycznego.
Przy niskich prędkościach w cieczy (gazie):
Ftr= k1v,
gdzie k1 jest współczynnikiem oporu powietrza, zależnym od kształtu, wymiarów ciała i światła w ośrodku. Zdeterminowany przez doświadczenie.

Przy dużych prędkościach:
Ftr= k2v,
gdzie k2 jest współczynnikiem oporu powietrza.
2. Tarcie suche jest siłą wynikającą z bezpośredniego kontaktu ciał i jest zawsze kierowana wzdłuż powierzchni styku ciał elektromagnetycznych właśnie poprzez zerwanie wiązań molekularnych.
Tarcie spoczynku.
Rozważmy interakcję pręta z powierzchnią stołu.Powierzchnia stykających się ciał nie jest absolutnie równa.Największa siła przyciągania występuje między atomami substancji, które znajdują się w minimalnej odległości od siebie, to znaczy na mikroskopijne wypukłości. Całkowita siła przyciągania atomów stykających się ciał jest tak duża, że ​​nawet pod działaniem siły zewnętrznej przyłożonej do pręta równolegle do powierzchni jego kontaktu ze stołem, pręt pozostaje w spoczynku. Oznacza to, że siła działająca na pręt jest równa wartości bezwzględnej sile zewnętrznej, ale skierowana przeciwnie. Siła ta jest siłą tarcia statycznego.Kiedy przyłożona siła osiągnie maksymalną wartość krytyczną wystarczającą do zerwania wiązań między występami, sztanga zaczyna się ślizgać po stole. Maksymalna siła tarcia statycznego nie zależy od powierzchni styku.Zgodnie z trzecim prawem Newtona siła nacisku normalnego jest równa wartości bezwzględnej sile reakcji podpory N.
Maksymalna siła tarcia statycznego jest proporcjonalna do siły ciśnienia normalnego:

gdzie μ jest współczynnikiem tarcia statycznego.

Współczynnik tarcia statycznego zależy od rodzaju obróbki powierzchni oraz od kombinacji materiałów, z których składają się ciała stykające się. Wysokiej jakości obróbka gładkich powierzchni styku prowadzi do wzrostu liczby przyciąganych atomów, a tym samym do wzrostu współczynnika tarcia statycznego.

Maksymalna wartość siły tarcia statycznego jest proporcjonalna do modułu siły Fd nacisku wywieranego przez ciało na podporę.
Wartość współczynnika tarcia statycznego można określić w następujący sposób. Niech ciało (płaskownik) leży na pochyłej płaszczyźnie AB (ryc. 3). Działają na nią trzy siły: grawitacja F, siła tarcia statycznego Fp i siła reakcji podpory N. Składową normalną Fp grawitacji jest siła nacisku Fd wywierana przez ciało na podporze, tj.
FН=Fд. Składowa styczna Ft grawitacji jest siłą, która ma tendencję do przesuwania ciała w dół pochyłej płaszczyzny.
Przy małych kątach nachylenia a siła Ft jest równoważona przez siłę tarcia statycznego Fp, a ciało spoczywa na płaszczyźnie nachylonej (siła reakcji podpory N zgodnie z trzecim prawem Newtona jest równa co do wartości i skierowana przeciwnie do siły Fd, czyli równoważy to).
Będziemy zwiększać kąt nachylenia a, aż ciało zacznie się zsuwać po pochyłej płaszczyźnie. W tym momencie
Fт=FпmaxZ rys. 3 pokazuje, że Ft=Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
dostajemy
fн=sin/cos=tg.
Po zmierzeniu kąta, pod którym zaczyna się poślizg ciała, można obliczyć wartość współczynnika tarcia statycznego fp według wzoru.

Ryż. 3. Tarcie spoczynkowe.
tarcie ślizgowe

Tarcie ślizgowe występuje, gdy względny ruch stykających się ciał.
Siła tarcia ślizgowego jest zawsze skierowana w kierunku przeciwnym do względnej prędkości stykających się ciał.
Kiedy jedno ciało zaczyna ślizgać się po powierzchni innego ciała, wiązania między atomami (cząsteczkami) początkowo nieruchomych ciał zostają zerwane, a tarcie maleje. Wraz z dalszym względnym ruchem ciał między atomami nieustannie tworzą się nowe wiązania. W tym przypadku siła tarcia ślizgowego pozostaje stała, nieco mniejsza niż siła tarcia statycznego. Podobnie jak maksymalna siła tarcia statycznego, siła tarcia ślizgowego jest proporcjonalna do normalnej siły nacisku, a zatem do siły reakcji podpory:
, gdzie jest współczynnikiem tarcia ślizgowego (), w zależności od właściwości stykających się powierzchni.

Ryż. 3. Tarcie ślizgowe

Pytania kontrolne

1. Co to jest tarcie zewnętrzne i wewnętrzne?
2. Jakim rodzajem tarcia jest tarcie statyczne?
3. co to jest tarcie suche i płynne?
4. Jaka jest maksymalna siła tarcia statycznego?
5. Jak określić wartość współczynnika tarcia statycznego?

Tarcie występuje, gdy ciała stykają się bezpośrednio, uniemożliwiając ich ruch względny, i jest zawsze skierowane wzdłuż powierzchni styku.

Siły tarcia mają charakter elektromagnetyczny, podobnie jak siły sprężystości. Tarcie między powierzchniami dwóch ciał stałych nazywa się tarciem suchym. Tarcie między ciałem stałym a ośrodkiem ciekłym lub gazowym nazywa się tarciem lepkim.

Wyróżnić tarcie statyczne, tarcie ślizgowe I tarcie toczne.

Tarcie spoczynku- występuje nie tylko wtedy, gdy jedna powierzchnia ślizga się po drugiej, ale także wtedy, gdy próbuje się to ślizganie spowodować. Tarcie statyczne zapobiega ześlizgiwaniu się ładunków na poruszającym się przenośniku taśmowym, gwoździom wbitym w płytę itp.

Siła tarcia statycznego to siła, która uniemożliwia wystąpienie ruchu jednego ciała względem drugiego, zawsze skierowana przeciwko sile przyłożonej z zewnątrz równolegle do powierzchni styku, dążącej do przesunięcia przedmiotu z jego miejsca.

Im większa siła działająca na ciało, tym większa siła tarcia statycznego. Jednak dla dowolnych dwóch stykających się ciał ma pewną wartość maksymalną (F tr.p.) maks, więcej niż nie może być i które nie zależy od obszaru kontaktu powierzchni:

(F tr.p.) max = μ p N,

Gdzie μ str- współczynnik tarcia statycznego, N- wsparcie siły reakcji.

Maksymalna siła tarcia statycznego zależy od materiałów korpusów oraz jakości obróbki stykających się powierzchni.

Tarcie ślizgowe. Jeśli przyłożymy do ciała siłę, która przekracza maksymalną siłę tarcia statycznego, ciało zacznie się poruszać i zacznie się poruszać. Tarcie w spoczynku zostanie zastąpione tarciem ślizgowym.

Siła tarcia ślizgowego jest również proporcjonalna do normalnej siły nacisku i siły reakcji podpory:

F tr \u003d μN.

tarcie toczne. Jeśli ciało nie ślizga się po powierzchni innego ciała, ale toczy się jak koło, wówczas tarcie występujące w punkcie styku nazywa się tarciem tocznym. Kiedy koło toczy się po korycie drogi, jest stale do niego wciskane, więc zawsze jest przed nim wybój, który należy pokonać. To właśnie powoduje tarcie toczne. Tarcie toczne jest tym mniejsze, im trudniejsza jest droga.

Siła tarcia tocznego jest również proporcjonalna do siły reakcji podpory:

F tr.qual = μ qual N,

Gdzie jakość μ- współczynnik tarcia tocznego.

Ponieważ jakość μ<< μ przy tym samym obciążeniu siła tarcia tocznego jest znacznie mniejsza niż siła tarcia ślizgowego.

Przyczynami siły tarcia są chropowatość powierzchni stykających się ciał oraz przyciąganie międzycząsteczkowe w punktach styku trących się ciał. W pierwszym przypadku pozornie gładkie powierzchnie mają w rzeczywistości mikroskopijne nierówności, które podczas przesuwania zaczepiają się o siebie i przeszkadzają w ruchu. W drugim przypadku przyciąganie przejawia się nawet przy dobrze wypolerowanych powierzchniach.

Na ciało stałe poruszające się w cieczy lub gazie ma wpływ średnia siła oporu, skierowane przeciwko prędkości ciała względem otoczenia i spowalniające ruch.

Siła oporu ośrodka pojawia się tylko podczas ruchu ciała w tym ośrodku. Nie ma tu nic takiego jak siła tarcia statycznego. Wręcz przeciwnie, przedmioty w wodzie są znacznie łatwiejsze do przenoszenia niż na twardej powierzchni.

Tarcie to zjawisko, z którym spotykamy się na co dzień w życiu codziennym. Nie można określić, czy tarcie jest szkodliwe, czy korzystne. Postawienie choćby kroku po śliskim lodzie wydaje się trudnym zadaniem, a chodzenie po nierównej nawierzchni asfaltowej to przyjemność. Części samochodowe bez smarowania zużywają się znacznie szybciej.

Badanie tarcia, znajomość jego podstawowych właściwości pozwala osobie z niego korzystać.

Siła tarcia w fizyce

Siła wynikająca z ruchu lub próby poruszenia jednego ciała po powierzchni drugiego, skierowana przeciwnie do kierunku ruchu, przyłożona do poruszających się ciał, nazywana jest siłą tarcia. Moduł siły tarcia, którego wzór zależy od wielu parametrów, zmienia się w zależności od rodzaju oporu.

Wyróżnia się następujące rodzaje tarcia:

poślizg;

walcowanie.

Każda próba przesunięcia ciężkiego przedmiotu (szafki, kamienia) z miejsca prowadzi do napięć, a jednocześnie nie zawsze udaje się wprawić przedmiot w ruch. Zakłóca odpoczynek.

Stan spoczynku

Obliczone tarcie statyczne nie pozwala na jego dokładne określenie. Na mocy działania trzeciego prawa dynamiki Newtona wielkość statycznej siły oporu zależy od przyłożonej siły.

Wraz ze wzrostem siły rośnie również siła tarcia.

0 < F тр.покоя < F max

Nie pozwala na wypadnięcie gwoździ wbitych w drzewo; guziki obszyte nitką mocno trzymają się na miejscu. Co ciekawe, to właśnie opór spoczynku pozwala człowiekowi chodzić. Co więcej, jest ona skierowana w kierunku ruchu człowieka, co jest sprzeczne z ogólnym stanem rzeczy.

zjawisko poślizgu

Wraz ze wzrostem siły zewnętrznej poruszającej ciało, do wartości największej siły tarcia statycznego, zaczyna ono się poruszać. Siła tarcia ślizgowego jest uwzględniana w procesie przesuwania jednego ciała po powierzchni drugiego. Jego wartość zależy od właściwości oddziałujących powierzchni i siły pionowego oddziaływania na powierzchnię.

Wzór na obliczenie siły tarcia ślizgowego: F=μР, gdzie μ jest współczynnikiem proporcjonalności (tarcia ślizgowego), Р jest pionową (normalną) siłą nacisku.

Jedną z sił sterujących ruchem jest siła tarcia ślizgowego, której wzór zapisuje się za pomocą siły reakcji podpory. Ze względu na spełnienie trzeciego prawa Newtona siły nacisku normalnego i reakcja podpory są takie same pod względem wielkości i przeciwne w kierunku: P \u003d N.

Przed znalezieniem siły tarcia, której wzór przyjmuje inną postać (F=μ N), wyznaczana jest siła reakcji.

Współczynnik oporu ślizgowego wprowadza się eksperymentalnie dla dwóch powierzchni trących i zależy od jakości ich obróbki oraz materiału.

Tabela. Wartość współczynnika oporu dla różnych powierzchni

Największą siłę tarcia statycznego, której wzór napisano powyżej, można wyznaczyć w taki sam sposób, jak siłę tarcia ślizgowego.

Staje się to ważne przy rozwiązywaniu problemów w celu określenia siły oporu jazdy. Na przykład książka poruszana ręką naciskaną od góry ślizga się pod działaniem spoczynkowej siły oporu, która powstaje między ręką a książką. Wielkość oporu zależy od wartości pionowej siły nacisku na książkę.

zjawisko toczenia

Przejście naszych przodków od włóki do rydwanów jest uważane za rewolucyjne. Wynalezienie koła to największy wynalazek ludzkości. które występuje, gdy koło porusza się po powierzchni, jest znacznie mniejsze od oporu poślizgu.

Zjawisko to związane jest z siłami normalnego nacisku koła na nawierzchnię, ma charakter odróżniający je od poślizgu. Z powodu niewielkiego odkształcenia ściernicy, w środku uformowanego obszaru i wzdłuż jego krawędzi powstają różne siły nacisku. Ta różnica sił determinuje występowanie oporów toczenia.

Wzór na obliczenie siły tarcia tocznego przyjmuje się zazwyczaj podobnie jak w przypadku procesu ślizgowego. Różnica jest widoczna tylko w wartościach współczynnika oporu powietrza.

Natura oporu

Gdy zmienia się chropowatość powierzchni trących, zmienia się również wartość siły tarcia. Przy dużym powiększeniu dwie stykające się powierzchnie wyglądają jak wypukłości z ostrymi wierzchołkami. Po nałożeniu to wystające części ciała stykają się ze sobą. Całkowity obszar kontaktu jest znikomy. Podczas poruszania się lub próby poruszenia ciał „szczyty” tworzą opór. Wielkość siły tarcia nie zależy od powierzchni powierzchni styku.

Wydaje się, że dwie idealnie gładkie powierzchnie nie powinny napotkać żadnego oporu. W praktyce siła tarcia w tym przypadku jest maksymalna. Tę rozbieżność tłumaczy natura pochodzenia sił. Są to siły elektromagnetyczne działające pomiędzy atomami oddziałujących ze sobą ciał.

Procesy mechaniczne, którym w naturze nie towarzyszy tarcie, są niemożliwe, ponieważ nie ma sposobu, aby „wyłączyć” oddziaływanie elektryczne naładowanych ciał. Niezależność sił oporu od wzajemnego położenia ciał pozwala nazwać je niepotencjalnymi.

Co ciekawe, siła tarcia, której wzór zmienia się w zależności od prędkości oddziałujących ze sobą ciał, jest proporcjonalna do kwadratu odpowiadającej jej prędkości. Siła ta odnosi się do siły oporu lepkości w płynie.

Ruch w cieczy i gazie

Ruchowi ciała stałego w cieczy lub gazie, cieczy w pobliżu stałej powierzchni towarzyszy lepki opór. Jego występowanie jest związane z oddziaływaniem warstw płynu unoszonych przez ciało stałe w procesie ruchu. Różne prędkości warstw są źródłem tarcia lepkiego. Osobliwością tego zjawiska jest brak płynnego tarcia statycznego. Niezależnie od wielkości wpływu zewnętrznego, ciało zaczyna się poruszać w płynie.

W zależności od prędkości ruchu siła oporu jest określona przez prędkość ruchu, kształt poruszającego się ciała i lepkość płynu. Ruchowi wody i oleju tego samego ciała towarzyszy opór różnej wielkości.

Dla małych prędkości: F = kv, gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności zależnym od wymiarów liniowych ciała i właściwości ośrodka, v jest prędkością ciała.

Temperatura płynu wpływa również na tarcie w nim. Podczas mroźnej pogody samochód jest rozgrzewany, dzięki czemu olej się nagrzewa (zmniejsza się jego lepkość) i pomaga ograniczyć niszczenie stykających się części silnika.

Zwiększenie szybkości poruszania się

Znaczny wzrost prędkości ciała może spowodować pojawienie się przepływów turbulentnych, podczas gdy opór gwałtownie wzrasta. Liczy się to, że kwadrat prędkości ruchu, gęstości ośrodka i siły tarcia przybiera inną postać:

F \u003d kv 2, gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności zależnym od kształtu ciała i właściwości ośrodka, v jest prędkością ciała.

Jeśli nadwoziu zostanie nadany opływowy kształt, turbulencje można zmniejszyć. Kształt ciała delfinów i wielorybów jest doskonałym przykładem praw natury, które wpływają na szybkość zwierząt.

podejście energetyczne

Pracy ruchu ciała przeszkadza opór środowiska. Korzystając z zasady zachowania energii, mówimy, że zmiana energii mechanicznej jest równa pracy sił tarcia.

Pracę siły oblicza się ze wzoru: A = Fscosα, gdzie F to siła, z jaką ciało porusza się o odległość s, α to kąt między kierunkami działania siły i przemieszczenia.

Oczywiście siła oporu jest przeciwna do ruchu ciała, stąd cosα = -1. Praca siły tarcia, której wzór to A tr \u003d - Fs, jest wartością ujemną. W tym przypadku zamienia się w wewnętrzny (odkształcenie, ogrzewanie).

Tarcie- jeden z rodzajów interakcji ciał. Występuje, gdy stykają się dwa ciała. Tarcie, podobnie jak wszystkie inne rodzaje interakcji, podlega Trzecie prawo Newtona: jeśli siła tarcia działa na jedno z ciał, to siła o tym samym module, ale skierowana w przeciwnym kierunku, działa również na drugie ciało. Siły tarcia, np siły sprężyste, Posiadać elektromagnetyczny Natura. Powstają w wyniku interakcji między atomami i cząsteczkami sąsiadujących ze sobą ciał.

Siły tarcia suchego nazywane siłami, które powstają, gdy dwa ciała stałe wchodzą w kontakt przy braku między nimi warstwy cieczy lub gazu. Zawsze są skierowane do tangens do sąsiednich powierzchni.

Nazywa się tarcie suche, które występuje, gdy ciała znajdują się we względnym spoczynku tarcie statyczne. Siła tarcia statycznego jest zawsze równa wielkości sile zewnętrznej i jest skierowana w przeciwnym kierunku (ryc. 1.1.6).

Siła tarcia statycznego nie może przekroczyć określonej wartości maksymalnej (F tr) max . Jeśli siła zewnętrzna jest większa niż (F tr) max , występuje poślizg względny. Siła tarcia w tym przypadku nazywa się siła tarcia ślizgowego. Jest on zawsze skierowany w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu i, mówiąc ogólnie, zależy od względnej prędkości ciał. Jednak w wielu przypadkach w przybliżeniu siłę tarcia ślizgowego można uznać za niezależną od wielkości względnej prędkości ciał i równą maksymalnej sile tarcia statycznego. Ten suchy model siły tarcia służy do rozwiązywania wielu prostych problemów fizycznych (rys. 1.1.7).

Doświadczenie pokazuje, że siła tarcia ślizgowego jest proporcjonalna do siły normalnego nacisku ciała na podporę, a co za tym idzie, do siły reakcji podpory

Nazywa się współczynnik proporcjonalności μ współczynnik tarcia ślizgowego.

Współczynnik tarcia μ jest wielkością bezwymiarową. Zwykle współczynnik tarcia jest mniejszy od jedności. Zależy to od materiałów stykających się ciał i jakości obróbki powierzchni. Podczas poślizgu siła tarcia jest kierowana stycznie do stykających się powierzchni w kierunku przeciwnym do prędkości względnej (rys. 1.1.8).

Gdy ciało sztywne porusza się w cieczy lub gazie, siła tarcia lepkiego. Siła tarcia lepkiego jest znacznie mniejsza niż siła tarcia suchego. Jest również skierowany w kierunku przeciwnym do prędkości względnej ciała. Przy tarciu lepkim nie występuje tarcie statyczne.

Siła tarcia lepkiego silnie zależy od prędkości ciała. Przy wystarczająco niskich prędkościach F tr ~ υ, przy dużych prędkościach F tr ~ υ 2 . W tym przypadku współczynniki proporcjonalności w tych stosunkach zależą od kształtu ciała.

Siły tarcia powstają również, gdy ciało się toczy. Jednak od siły tarcia tocznego zwykle dość mały. Przy rozwiązywaniu prostych problemów siły te są pomijane.

Siła tarcia występuje w miejscu styku dwóch ciał i zapobiega wzajemnemu ruchowi tych ciał względem siebie. Jest on zawsze skierowany przeciwnie do ruchu ciał lub kierunku przyłożenia siły zewnętrznej. Jeśli ciała są nieruchome. W wyniku tarcia energia mechaniczna zamienia się w energię cieplną.

Tarcie dzieli się na tarcie spoczynkowe i tarcie ruchu. Tarcie ruchu dzieli się z kolei na tarcie toczne i tarcie ślizgowe. Tarcie występuje, gdy stykające się ciała próbują się poruszać względem siebie.

Formuła 1 - Siła tarcia.

N - Siła reakcji wsparcia.

Mu - Współczynnik tarcia.

Tarcie spoczynkowe, jak sama nazwa wskazuje, występuje, gdy na ciała przykładana jest siła strony trzeciej, dążąca do przemieszczenia ich względem siebie. Ale ruchu jeszcze nie ma. Nie ma ruchu właśnie dlatego, że zapobiega mu siła tarcia spoczynkowego. W momencie, gdy siła zewnętrzna przekroczy siłę tarcia statycznego, pojawi się siła tarcia ślizgowego.

Przyczyną siły tarcia są nierówności na powierzchni stykających się ciał. Nawet jeśli powierzchnie wyglądają na gładkie, w rzeczywistości przy dużym powiększeniu są szorstkie. A więc to właśnie te nieregularności na powierzchni dwóch ciał przylegają do siebie.

Rysunek 1 — Powierzchnie kontaktowe.

Wydawać by się mogło, że jeśli powierzchnie są wypolerowane na lustrzany połysk, to tarcie między nimi powinno, jeśli nie całkowicie zniknąć, to z pewnością spaść do wartości minimalnej. Jednak w praktyce okazuje się, że nie jest to takie proste. W przypadku bardzo gładkich powierzchni pojawia się kolejny czynnik zwiększający tarcie. To jest przyciąganie międzycząsteczkowe. Przy bardzo dokładnej obróbce materiału cząsteczki substancji dwóch ciał są tak blisko siebie, że istnieją tak silne siły przyciągania, że ​​uniemożliwiają one ruch ciał względem siebie.

Oczywiście na wielkość siły tarcia ma również wpływ siła, która dociska ciała do siebie. Im wyższy, tym większa siła tarcia. Jeśli toczysz się zimą, puste sanki na śniegu wychodzą dość łatwo. Jeśli dziecko siedzi na sankach, trudniej będzie je przeciągnąć. Cóż, jeśli siedzi w nich dorosły, dwa razy się zastanowisz, czy w ogóle warto je ciągnąć. We wszystkich tych przypadkach jakość nawierzchni torów saneczkowych oraz nawierzchni śnieżnej pozostaje niezmieniona. Ale siła grawitacji jest inna, co prowadzi do wzrostu siły tarcia.

Oprócz tarcia ślizgowego istnieje również siła tarcia tocznego. I znowu istota zjawiska ukryta jest w nazwie. Oznacza to, że jest to tarcie, które występuje podczas toczenia jednego przedmiotu po powierzchni drugiego. Tarcie toczne jest wielokrotnie mniejsze niż tarcie ślizgowe.

Wyobraź sobie metalową kulkę toczącą się po powierzchni stołu. Ze względu na deformację stołu, jak i samej piłki, miejscem styku między nimi nie jest punkt, ale pewna powierzchnia. W rezultacie punkt przyłożenia reakcji podporowej jest przesunięty nieco do przodu od środka równowagi. A reakcja wsparcia trochę się cofnęła. W rezultacie normalna część reakcji podpory jest kompensowana siłą grawitacji, a składową styczną jest siła tarcia tocznego.