Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении. Коэффициент трения μ – величина безразмерная.

Трение качения проявляется в том случае, когда тело катится по опоре, и оно значительно меньше трения скольжения. Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения.

Также можно классифицировать трение по его области. И чем больше сила нормальной реакции, тем больше сила трения. Он показывает, как именно сила трения скольжения зависит от силы нормальной реакции (или, можно сказать, от веса тела), какую долю от нее составляет.

Коэффициент трения, формула

Так, например, деревянные предметы трутся друг о друга с коэффициентом от 0,2 до 0,5 (в зависимости от вида деревянных поверхностей). Сила нормальной реакции опоры зависит от веса тела. Она равна ему по модулю, но противоположна по направлению.

Смотреть что такое «Сила трения скольжения» в других словарях:

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ, количественная характеристика силы, необходимой для скольжения или движения одного материала по поверхности другого. Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения (Fтр)max.

Обычно коэффициент трения меньше единицы. При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения. Силы трения возникают и при качении тела. Однако силы трения качения обычно достаточно малы. При решении простых задач этими силами пренебрегают.

Учет формы направляющих. Приведенный коэффициент трения

Существование силы трения объясняется взаимодействием неровностей на поверхностях тел. Она существует всегда, так как абсолютно гладких тел не бывает. Сила трения покоя – минимальная сила, которую нужно приложить для того, чтобы тело начало движение.

Сила реакции опоры направлена перпендикулярно линии движения, а вес тела направлен перпендикулярно горизонту. Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазка), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким».

Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то «k» можно считать постоянным. Граничное, когда в области контакта могут содержатся слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и т. д.) - наиболее распространённый случай при трении скольжения.

Формула силы тяги

В последнем случае взаимодействия между телами носят названия сил трения. В реальных движениях всегда возникают силы трения большей или меньшей величины. Тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения.

Любопытно совмещение трех разновидностей номинативных значений в слове трение. Термин механики трение был использован для характеристики общественных отношений. Подшипник скольжения - опора пли направляющая Механизма или машины (См. Машина), в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей.

На силу трения в поступательной паре влияет также форма направляющих. Как видно, в этом случае в значительной мере можно влиять на величину силы трения изменением угла между плоскостями направляющих (здесь β – половина угла клина).

Ответы на вопросы по естественно-научным дисциплинам и математике

При применении малых (близких к нулю) углов сила трения увеличивается до очень больших величин (при стремлении угла клина к нулю сила трения стремится к бесконечности). Единица измерения силы – Н (ньютон). Источником силы тяги являются внешние воздействия. В случае автомобиля – это сила трения колес о дорожное покрытие, в случае корабля – сила водной струи, отбрасываемой винтом.

Примеры решения задач по теме «Сила тяги»

Величина этой силы слабо зависит от величины скорости, поэтому при решении задач ее считают постоянной по величине. Решение. На брусок действуют три силы: тяжести mg, реакции опоры N и сила трения Fтр(рис. Последнее соотношение позволяет на практике определить значение коэффициента трения.

Мы нашли функциональную зависимость величины силы тяги от угла α . Очевидно, F будет наименьшей при наибольшем значении знаменателя. Задача 98-15. Тело А поставлено на негладкую пластину ВС, которую можно поворачивать вокруг шарнира В. Коэффициент трения / между телом А и пластиной ВС известен.

В углубление доски 4 вставляется сменная пластина 6 (на рисунке заштрихована). Мы уже неоднократно с той или иной стороны сталкивались в наших обсуждениях с силами трения (см. здесь >>>, здесь >>> и здесь >>>.) Рассмотрим еще несколько «ляпов», связанных с силами трения. Коэффициент μ зависит от материалов трущихся тел и от состояния соприкасающихся поверхностей.

Как известно, сила трения действует вдоль поверхности соприкасающихся тел и направлена в сторону противоположную относительному движению тела (возможному движению в случае трения покоя). Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Сила трения покоя в момент начала скольжения. Сила трения качения зависит от радиуса катящегося предмета. Относительно силы трения заранее известно только то, что она направлена вдоль наклонной плоскости.

И действует на тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

Негативными последствиями трения скольжения в механизмах является не только уменьшение КПД , но и износ механизмов.

1. Общие положения

Основной причиной трения скольжения является то, что поверхности тел, которые соприкасаются есть шероховатыми ; вследствие этого при перемещении одного тела по поверхности другого нужна сила для преодоления сопротивления микроскопических неровностей этих поверхностей. Кроме шероховатости поверхностей на явления трения определенное влияние оказывают и силы межмолекулярного взаимодействия между двумя телами.

где - Безразмерная величина, которая называется коэффициентом трения покоя или статическим коэффициентом трения.

Сила трения при движении меньше силы трения покоя и коэффициент трения движения (динамический коэффициент трения) меньше, чем статический коэффициент трения:

2. Угол трения

Часто во время инженерных расчетов не делают различия между статическим и динамическим коэффициентами трения и их значения определяют для соответствующих материалов по таблицам тангенсов угла φ 0, образованного реакцией R шероховатой поверхности с нормалью N к поверхности, так как μ = tg φ.

Угол φ 0 называется углом трения.

3. Конус трения

Рассмотрим тело, находящееся в состоянии предельного равновесия на шероховатой поверхности. В зависимости от действия заданных сил направление предельной реакции F 0 может изменяться. Геометрическое место всех возможных направлений реакции F 0 в граничных условиях образует конусную поверхность - конус трения. Приведем все активные силы, действующие на тело, в одну равнодействующей R, которая образует угол α с нормалью к поверхности. Такая сила делает двойное действие - ее нормальная составляющая определяет реакцию поверхности N и, как следствие, предельную силу трения , Касательная составляющая силы R пытается эту силу преодолеть. При увеличении силы R будут пропорционально расти обе составляющие. Так состояние покоя или движения тела не зависит от модуля силы R и определяется только углом ее приложения α.

При равновесии тела , И для того, чтобы тело начало двигаться, необходимо и достаточно, чтобы равнодействующая активных сил R находилась вне конусом трения.

См.. также

Примечания

1. ДСТУ 2823-94 Износостойкость изделий трения, изнашивания и смазки. Термины и определения.

Источники

• Сивухин Д. В. Общий курс физики - М.: Наука, 1979. - Т. I. Механика. - С. 101-102. - 520 с.
• Киндрачук М. В., Лабунець В. Ф., Пашечко М. И., Корбут Е.В. трибологии: учебник / МОН. - Киев: НАУ-печать, 2009. - 392 с. ISBN 978-966-598-609-6
• Теория механизмов и машин / А. С. Кореняко; Под ред. М. К. Афанасьева. - К.: Вища шк. Главное изд-во, 1987. - 206 с.

Сила трения – величина, с которой взаимодействуют две поверхности при движении. Она зависит от характеристики тел, направления движения. Благодаря трению скорость тела уменьшается, и вскоре оно останавливается.

Сила трения — направленная величина, независящая от площади опоры и предмета, так как при движении и увеличении площади повышается сила реакции опоры. Эта величина участвует в расчете силы трения. В итоге Fтр=N*m. Здесь N — реакция опоры, а m — коэффициент, который является постоянной величиной, если нет необходимости в очень точных расчетах. При помощи этой формулы можно вычислить силу трения скольжения, которую обязательно стоит учитывать при решении задач, связанных с движением. Если тело вращается на поверхности, то в формулу необходимо включить силу качения. Тогда трение можно найти по формуле Fтркач = f*N/r. Согласно формуле, при вращении тела имеет значение его радиус. Величина f – коэффициент, который можно найти, зная, из какого материала изготовлено тело и поверхность. Это коэффициент, который находится по таблице.

Существуют три силы трения:

• покоя;
• скольжения;
• качения.

Трение покоя не позволяет двигаться предмету, к движению которого не прикладывается усилие. Соответственно гвозди, забитые в деревянную поверхность, не выпадают. Самое интересное, что человек ходит благодаря трению покоя, которое направлено в сторону движения, это является исключением из правил. В идеале при взаимодействии двух абсолютно гладких поверхностей не должно возникать силы трения. На самом деле невозможно, чтобы предмет находился в состоянии покоя или движения без сопротивления поверхностей.

Во время движения в жидкости возникает вязкое сопротивление. В отличие от воздушной среды, тело в жидкости не может находиться в состоянии покоя. Оно под воздействием воды начинает движение, соответственно в жидкости не существует трения покоя. Во время перемещения в воде сопротивление движению возникает благодаря разной скорости потоков, окружающих тело. Чтобы снизить сопротивление при перемещении в жидкостях, телу придают обтекаемую форму. В природе для преодоления сопротивления в воде на теле рыб имеется смазка, снижающая трение при движении. Помните, при движении одного тела в жидкостях возникает разное значение сопротивления.

Чтобы снизить сопротивление перемещению предметов в воздухе, телам придают обтекаемую форму. Именно поэтому самолеты изготавливают из гладкой стали с округлым корпусом, зауженным спереди.

На трение в жидкости влияет ее температура. Для того чтобы автомобиль во время мороза нормально ездил, его необходимо предварительно разогреть. В результате этого вязкость масла уменьшается, что снижает сопротивление и уменьшает износ деталей. Во время перемещения в жидкости сопротивление может увеличиваться из-за возникновения турбулентных потоков. В таком случае направление движения становится хаотичным. Тогда формула приобретает вид: F=v2*k. Здесь v – скорость, а k – коэффициент, зависящий от свойств тела и жидкости.

Зная физические свойства тел и сопутствующие силы, воздействующие на предмет, вам легко удастся рассчитать силу трения.

Сопротивление, возникающее при стремлении сдвинуть одно тело по поверхности другого, называется трением скольжения . Возникновение трения обусловлено, прежде всего, шероховатостью соприкасающихся тел. Изучение всех факторов, влияющих на трение, представляет собой весьма сложную физико-механическую проблему, рассмотрение которой выходит за рамки курса теоретической механики.

7.1. Законы трения скольжения

В инженерных расчетах обычно исходят из установленных опытным путем закономерностей, называемых законами трения скольжения.
При стремлении сдвинуть одно тело по поверхности другого в плоскости соприкосновения тел возникает сила трения , которая может принимать любые значения отличные от нуля до величины предельной силы трения .
Предельная сила трения численно равна произведению статического коэффициента трения на нормальное давление или нормальную реакцию .
Значение предельной силы трения в достаточно широких пределах не зависит от площади соприкосновения при трении поверхностей.
Следует отметить, что величине сила трения будет равна лишь тогда, когда действующая на тело сдвигающая сила достигнет такого значения, что при малейшем ее увеличении тело начнет двигаться (скользить). Равновесие, имеющее место, когда сила трения равна , будем называть предельным равновесием .

7.2. Реакция шероховатой поверхности. Угол трения. Конус трения

Рассмотрим тело весом , лежащее на горизонтальной шероховатой плоскости. Пусть к телу приложена горизонтальная сила , под действием которой тело находится в покое. В этом случае сила должна уравновешиваться другой силой, равной по величине и направленной в противоположную сторону - силой трения скольжения (рис. 7.1).

Рис. 7.1

Следовательно, полная реакция шероховатой поверхности слагается из двух составляющих: нормальной реакции и перпендикулярной ей силы трения . При увеличении силы трения от нуля до полная реакция шероховатой поверхности изменится от до , а угол от нуля до . Наибольший угол , который полная реакция шероховатой поверхности образует с нормалью, называется углом трения (рис.7.2а).
Если вектор полной реакции шероховатой поверхности поворачивать вокруг нормали, то он опишет поверхность конуса (рис.7.2б), называемого конусом трения . Построив конус трения, можно определить равновесие тела. Для равновесия тела, лежащего на шероховатой поверхности, необходимо и достаточно, чтобы действующая на тело сила проходила внутри конуса трения (или по его образующей через вершину конуса) .

Рис. 7.2

Если к телу, лежащему на шероховатой поверхности, приложить силу , образующую угол α с нормалью (рис. 7.3), то тело сдвинется только в том случае, когда сдвигающее усилие будет больше предельной величины трения .

Рис. 7.3

Поскольку и , то . Условием сдвига является неравенство или , т.к. , то . Следовательно, никакой силой, образующей с нормалью угол , невозможно сдвинуть тело . Это условие объясняет известное в инженерной практике явление заклинивания и самоторможение тел.

7.3. Методические указания по исследованию условий равновесия тел при наличии трения

Исследование равновесия тел с учетом трения сводится к рассмотрению предельных положений равновесия.
1. Выделяем тело (систему тел), равновесие которого следует рассмотреть.
2. Расставляем все активные силы, действующие на твердое тело (систему тел).
3. Изображаем систему координат.
4. Освобождаем тело от связей, заменяя их действие силами реакций. Реакцию шероховатой поверхности представляетм в виде нормальной реакции и силы трения .
5. Составляем уравнения равновесия для выделенного тела (системы тел).
6. Решая полученную систему уравнений, определяем искомые величины.

Пример . Однородная лестница АВ весом Р опирается своим нижним концом на горизонтальный шероховатый пол, а верхним концом - на шероховатую вертикальную стену. Коэффициент трения лестницы о пол и стену одинаков и равен . Определить реакции пола NA и стены NB , а так же наибольший угол α, составляемый между стеной и лестницей в положении равновесия (рис. 7.4).

Рис. 7.4

Решение . Исследование равновесия тел с учетом сил трения сводится к рассмотрению предельных положений равновесия.
Так, при исследовании равновесия лестницы АВ , опирающейся на негладкие пол и стену, следует считать угол наклона α предельным, при его увеличении равновесие лестницы нарушится.
Покажем на схеме действующие на лестницу силы и составим уравнения равновесия сил (рис. 7.4):

где
Из уравнения (1):
Из уравнения (2):

Из уравнения (3):

Ответ : для того, чтобы лестница была в равновесии необходимо, чтобы угол наклона к стене не превышал угол .

7.4. Равновесие твердого тела при наличии трения качения

Если рассматриваемое тело имеет форму катка и под действием приложенных активных сил может катиться по поверхности другого тела, то из-за деформации поверхностей этих тел в месте соприкосновения могут возникнуть силы реакции, препятствующие не только скольжению, но и качению. Примерами таких катков являются различные колеса, как, например, у электровозов, вагонов, автомашин, шарики и ролики в шариковых и роликовых подшипниках и т.п.
Пусть цилиндрический каток находится на горизонтальной плоскости под действием активных сил. Соприкосновение катка с плоскостью из-за деформации фактически происходит не вдоль одной образующей, как в случае абсолютно твердых тел, а по некоторой площадке. Если активные силы приложены симметрично относительно среднего сечения катка, то есть вызывают одинаковые деформации вдоль всей его образующей, то можно изучать только одно среднее сечение катка. Этот случай рассмотрен ниже.
Между катком и плоскостью, на которой он покоится, возникают силы трения, если приложить к оси катка силу (рис. 7.5), стремящуюся его двигать по плоскости.

Рис. 7.5

Рассмотрим случай, когда сила параллельна горизонтальной плоскости. Из опыта известно, что при изменении модуля силы от нуля до некоторого предельного значения каток остается в покое, т.е. силы, действующие на каток, уравновешиваются. Кроме активных сил (веса и силы ), к катку, равновесие которого рассматривается, приложена реакция плоскости. Из условия равновесия трех непараллельных сил следует, что реакция плоскости должна проходить через центр катка О , так как две другие силы приложены к этой точке.
Следовательно, точка приложения реакции С должна быть смещена на некоторое расстояние δ от вертикали, проходящей через центр колеса, иначе реакция не будет иметь горизонтальной составляющей, необходимой для удовлетворения условий равновесия. Разложим реакцию плоскости на две составляющие: нормальную составляющую и касательную реакцию , являющуюся силой трения (рис. 7.6).

Рис. 7.6

В предельном положении равновесия катка к нему будут приложены две взаимно уравновешивающиеся пары: одна пара сил с моментом (где r - радиус катка) и вторая пара сил , удерживающая каток в равновесии.
Момент пары, называемой моментом трения качения , определяется формулой:

Из (1) следует, что для того, чтобы имело место чистое качение (без скольжения), необходимо, чтобы сила трения качения была меньше максимальной силы трения скольжения:

где f - коэффициент трения скольжения.
Таким образом, чистое качение (без скольжения) будет, если .
Трение качения возникает из-за деформации катка и плоскости, вследствие чего соприкосновение между катком и плоскостью происходит по некоторой поверхности, смещенной от нижней точки катка в сторону возможного движения.
Если сила не направлена по горизонтали, то ее следует разложить на две составляющие, направленные по горизонтали и вертикали. Вертикальную составляющую следует сложить с силой , и мы снова приходим к схеме действия сил, изображенных на рис. 7.6.
Установлены следующие приближенные законы для наибольшего момента пары сил, препятствующей качению:
1. Наибольший момент пары сил, препятствующий качению, в довольно широких пределах не зависит от радиуса катка.
1. Предельное значение момента пропорционально нормальному давлению и равной ему нормальной реакции : .
Коэффициент пропорциональности δ называют коэффициентом трения качения при покое или коэффициентом трения второго рода . Коэффициент δ имеет размерность длины.
3. Коэффициент трения качения δ зависит от материала катка, плоскости и физического состояния их поверхностей. Коэффициент трения при качении в первом приближении можно считать не зависящим от угловой скорости качения катка и его скорости скольжения по плоскости. Для случая качения вагонного колеса по стальному рельсу коэффициент трения качения δ=0.5мм.
Законы трения качения, как и законы трения скольжения, справедливы для не очень больших нормальных давлений и не слишком легко деформирующихся материалов катка и плоскости.
Эти законы позволяют не рассматривать деформации катка и плоскости, считая их абсолютно твердыми телами, касающимися в одной точке. В этой точке соприкосновения кроме нормальной реакции и силы трения надо приложить еще и пару сил, препятствующую качению.
Для того, чтобы каток не скользил, необходимо выполнение условия

Для того чтобы каток не катился, должно выполняться условие

Что такое коэффициент трения в физике и с чем он связан? Как вычисляют эту величину? Чему численно равен коэффициент трения? На эти и некоторые другие вопросы, которые затрагивает основная тема, мы дадим ответы в ходе статьи. Конечно же, разберем и конкретные примеры, где мы сталкиваемся с явлением, в котором фигурирует коэффициент трения.

Что такое трение?

Трение - один из видов взаимодействий, происходящих между материальными телами. Возникает процесс трения между двумя телами при их соприкосновении той или иной площадью поверхности. Как и многие прочие виды взаимодействия, трение существует исключительно с оглядкой на третий закон Ньютона. Как это получается на практике? Возьмем два абсолютно любых тела. Пускай это будут два деревянных бруска средних размеров.

Начнем проводить их друг мимо друга, осуществляя соприкосновении по площадям. Вы заметите, что перемещать их относительно друг друга станет заметно сложнее, чем просто перемещать их в воздухе. Здесь как раз свою роль начинает играть коэффициент трения. В данном случае мы абсолютно спокойно можем говорить о том, что сила трения может быть описана третьим законом Ньютона: она, приложенная к первому телу, будет равна численно (по модулю, как любят говорить в физике) такой же силе трения, приложенной ко второму телу. Но не будем забывать, что в третьем законе Ньютона есть минус, говорящий о том, что силы хоть и равны между собой по модулю, но направлены в разные стороны. Таким образом, сила трения - векторная.

Природа силы трения

Сила трения скольжения

Раньше было сказано о том, что если внешняя сила превосходит определенное максимальное значение, допустимое для соответствующей системы, то тела, входящие в такую систему, придут в движение относительно друг друга. Будет ли двигаться одно тело или два, или больше - все это неважно. Важно то, что в этом случае возникает сила трения скольжения. Если говорить о ее направлении, то направлена она в сторону, которая противоположна направлению скольжения (или движения). Зависит она от того, какую относительную скорость имеют тела. Но это если вдаваться в разного рода физические нюансы.

Необходимо заметить, что в большинстве случаев принято считать силу трения скольжения независимой от скорости одного тела относительно другого. Она также никак не связана с максимальным значением силы трения покоя. Огромное количество физических задач решаются именно при помощи применения аналогичной модели поведения, что позволяет существенно облегчить процесс решения.

Что такое коэффициент трения скольжения?

Это есть не что иное, как коэффициент пропорциональности, который присутствует в формуле, описывающей процесс приложения силы трения к тому или иному телу. Коэффициент - это безразмерная величина. Иными словами, он выражается исключительно числами. Он не измеряется в килограммах, метрах или еще чем-то. Практически во всех случаях коэффициент трения численно меньше единицы.

От чего он зависит?

Зависит коэффициент трения скольжения от двух факторов: от того, из какого материала изготовлены тела, которые претерпевают соприкосновение, а также от того, как обработана их поверхность. Она может быть рельефной, гладкой, а также на нее может быть нанесено какое-то специальное вещество, которое будет или снижать, или повышать трение.

Как направлена сила трения?

Она направлена в сторону, которая противоположна направлению движения двух или более соприкасающихся тел. Вектор направления прикладывается по касательной линии.

Если контакт происходит между твердым телом и жидкостью

В том случае, если происходит соприкосновение твердого тела с жидкостью (или некоторым объемом газа), мы можем говорить о возникновении силы так называемого вязкого трения. Она, конечно же, численно будет значительно меньше, чем сила сухого трения. Но направление ее (вектор действия) сохраняется тем же. В случае вязкого трения о покое говорить не приходится.

Связана соответствующая сила со скоростью тела. Если скорость маленькая, то сила будет пропорциональна скорости. Если высокая, то она будет пропорциональна уже квадрату скорости. Коэффициент пропорциональности будет неразрывно связан с тем, какую форму имеют тела, между которыми происходит соприкосновение.

Другие случаи возникновения силы трения

Имеет место данный процесс и при качении какого-либо тела. Но обычно им в задачах пренебрегают, так как сила трения качения весьма и весьма мала. Это, на самом деле, упрощает процесс решения соответствующих задач, хотя при этом сохраняется достаточная степень точности итогового ответа.

Внутреннее трение

Этот процесс также называется в физике альтернативным словом “вязкость”. На самом деле он представляет собой ответвление явлений переноса. Свойственен этот процесс текучим телам. Причем речь идет не только о жидкостях, но и о газообразных веществах. Свойство вязкости заключается в оказании сопротивления при переносе одной части вещества относительно другой. При этом логично совершается работа, необходимая на перемещение частиц. Но она рассеивается в окружающем пространстве в виде тепла.

Закон, определяющий силу вязкого трения, был предложен еще Исааком Ньютоном. Произошло это в 1687 году. Закон и по сегодняшний день носит имя великого ученого. Но все это было только в теории, а экспериментальное подтверждение удалось получить только в начале 19-го века. Соответствующие опыты ставились Кулоном, Хагеном и Пуазейлем.

Итак, сила вязкого трения, которая оказывает на жидкость воздействие, пропорциональна относительной скорости слоев, а также площади. В то же время она обратно пропорциональна тому расстоянию, на котором располагаются слои относительно друг друга. Коэффициент внутреннего трения - это коэффициент пропорциональности, который в данном случае определяется сортом газа или жидкого вещества.

Аналогичным образом будет определяться и другой коэффициент, который имеет место в ситуациях с относительным движением двух течений. Это, соответственно, коэффициент гидравлического трения.