Типы трения

Трение - это сила между двумя поверхностями, которые скользят или пытаются скользить друг по другу. Например, когда вы пытаетесь толкнуть книгу по полу, трение затрудняет это. Трение всегда действует в направлении, противоположном направлению, в котором движется объект или пытается двигаться. Трение всегда замедляет движущийся объект.

Величина трения зависит от материалов, из которых изготовлены две поверхности. Чем шероховатее поверхность, тем больше трение. Трение также производит тепло. Если вы быстро потрете руки, вы почувствуете, что они нагреваются.

Преимущества трения

• Трение отвечает за многие типы движения
• Это помогает нам ходить по земле
• Тормоза в машине используют трение, чтобы остановить машину
• Астероиды сгорают в атмосфере, не достигнув Земли из-за трения.
• Когда мы потираем руки, это помогает выделять тепло.

Недостатки трения

• Трение производит ненужное тепло, что приводит к потере энергии.
• Сила трения действует в противоположном направлении движения, поэтому трение замедляет движение движущихся объектов.
• Лесные пожары возникают из-за трения между ветвями деревьев.
• Много денег идет на предотвращение трения и обычного износа, вызываемого им, с использованием таких методов, как смазка и смазка.

Типы трения

В основном существует четыре типа трения:

1. Статическое трение
2. Скользящее трение
3. Трение качения
4. Трение жидкости

Статическое трение

Он действует на предметы, когда они лежат на поверхности. Например, если вы путешествуете по лесу, между вашей обувью и тропой возникает статическое трение каждый раз, когда вы ставите ногу. Без этого статического трения ваши ноги выскользнут из-под вас, что затрудняет ходьбу. Собственно, именно это и происходит, если вы пытаетесь ходить по льду. Это потому, что лед очень скользкий и имеет очень небольшое трение.

Скользящее трение

Это трение, которое действует на предметы, когда они скользят по поверхности. Трение скольжения слабее, чем трение покоя. Вот почему легче сдвинуть предмет мебели по полу после того, как вы начали его двигаться, чем заставить его двигаться в первую очередь. Например, существует трение скольжения между тормозными колодками и ободами велосипеда каждый раз, когда вы используете тормоза велосипеда. Это трение замедляет катящиеся колеса, поэтому вы можете остановиться.

Трение качения

Это трение, которое действует на предметы, когда они катятся по поверхности. Оно намного слабее трения скольжения или трения покоя. Это объясняет, почему в большинстве видов наземного транспорта используются колеса, включая велосипеды, автомобили, четырехколесные велосипеды, роликовые коньки, скутеры и скейтборды. Например: шариковые подшипники в этом колесе уменьшают трение между внутренним и внешним цилиндрами при их вращении.

Трение жидкости

Трение жидкости - это трение, которое действует на объекты, движущиеся в жидкости. Жидкость - это вещество, которое может течь и принимать форму своего сосуда. Жидкости включают жидкости и газы. Если вы когда-либо пытались протолкнуть открытую ладонь в воде в ванне или бассейне, значит, вы испытывали жидкостное трение. Другим примером может быть пловец, прорезающий края воды, где вода оказывает сопротивление жидкости пловцу.

Коэффициент трения

Коэффициент трения µ - это величина трения, существующего между двумя поверхностями. Низкое значение коэффициента трения указывает на то, что сила, необходимая для скольжения, меньше, чем сила, необходимая при высоком коэффициенте трения. Значение коэффициента трения определяется выражением

Where,

F is the frictional force and,

N is the normal force.

Вывод для коэффициента трения

Снижение перпендикулярной силы

Когда объект помещается на наклон, сила, перпендикулярная между поверхностями, уменьшается в соответствии с углом наклона. Сила, необходимая для преодоления трения (F _r ), равна коэффициенту трения (μ), умноженному на косинус угла наклона (cos θ ), умноженному на вес объекта (W). Существуют математические таблицы, в которых приведены значения косинусов для разных углов.

F _r = μ Вт Cos θ

Гравитация способствует скольжению

Обратите внимание, что когда объект находится на уклоне, сила тяжести способствует тому, что объект соскальзывает по пандусу или уклону. Назовем эту силу (F _g ), и она равна весу объекта (W), умноженному на синус угла (sin θ ).

F _g = W sin θ

Тангенс угла определяет коэффициент

Если вы установите пандус под достаточно крутым углом, F _g станет больше F _r, и объект будет скользить по склону. Угол, под которым он только начинает скользить, определяется из уравнения:

μ W cos θ = W sin θ

Разделив обе части уравнения на W и cos θ , мы получим уравнение для статического коэффициента трения

μ = тангенс θ

где tan θ - тангенс угла θ, равный .

Например: если вы положили книгу на пандус и изменили угол пандуса до тех пор, пока книга не начала скользить, а затем измерили угол пандуса, вы могли бы определить коэффициент трения между книгой и пандусом. Если угол был 30 градусов, то тангенс 30 градусов равен примерно 0,58. В данном случае это будет статический коэффициент трения. Даже если вы увеличите вес книги, она все равно будет скользить под углом 30 градусов.

Примеры задач о коэффициенте трения.

Вопрос 1: На гладкую поверхность кладут предмет массой 10 кг. Статическое трение между этими двумя поверхностями равно 15 Н. Найти коэффициент статического трения?

Решение:

Given

m = 10 kg

F = 30 N

We know that,

Normal force, N = mg

So, N = 10× 9.81 = 98.1 N

The formula for coefficient of static friction is,

μ = F/N

μ = 30/98.1

μ = 0.305

Вопрос 2: Нормальная сила и сила трения объекта составляют 50 Н и 80 Н соответственно. Найти коэффициент трения?

Решение:

Given

N = 50 N

F = 80 N

The formula for coefficient of friction is

μ = F/N

μ = 80/50

μ = 1.6 N

Вопрос 3: Частица массой 5 кг находится в предельном равновесии на шероховатой плоскости, наклоненной под углом 30 градусов к горизонтали. Найдите коэффициент трения между частицей и плоскостью.

Решение:

Resolving up the plane:

Resolving perpendicular to the plane:

In limiting equilibrium, so  

Вопрос 4: Ящик весом 5 кг на горизонтальном столе толкается горизонтальной силой 15 Н, как показано справа. Если коэффициент трения равен 0,4, будет ли коробка двигаться?

Решение:

The sketch shows the forces acting on the box. Note that the weight of a box of mass 5 kg is 5g where  

Since the vertical forces are in equilibrium,  

Hence, the maximum possible friction is  

The pushing force, 15 N, is less than this and so cannot overcome the friction.

The box will not move.