Роль сил трения кратко. Сила трения. Сила трения скольжения

МБОУ Грузиновская СОШ

Исследовательская работа

Трение и его значение в жизни человека

Выполнил: учащийся 7 класса

Тришечкин Дмитрий

Руководитель:

Учитель физики

Петрова Татьяна Ивановна

Грузинов, Морозовский район

Ростовской области

20142015 год

Содержание

Введение………………………………………………………………………………….. 3 - 4

Виды силы трения……………………………………………………………… 4 - 6 Использование трения человеком ………………………………………… 6 - 11

Практическая часть……………………………………………………………… 11 - 29

Зависимость силы трения скольжения от нагрузки ……………………………… 12 - 15 Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей:………………………………………………. 15 -18

Зависимость силы трения скольжения от качества обработанной поверхности……………………………………………….. 18 - 19

Зависимость силы трения качения от материала из которого изготовлены трущиеся тела……………. 19 - 21

Вычисление коэффициента трения скольжения для следующих материалов:

дерево по дереву, дерево по металлу, дерево по пластику…………………………………………………………… 21 - 22

Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения……………………………………………. 23 - 25

Определение коэффициента трения скольжения школьной обуви о различные поверхности.………………………………………………… 25 - 29

……………………………………………………………

Заключение…………………………………………………………………… 29

Список литературы…………………………………………………………… 30

Приложение. 30

Введение

Наша жизнь связана с движением в различных средах: по суше, воздуху и воде . Простейшим видом этого движения является механическое движение. В реке течет вода, по которой плывет лодка, по небу бегают облака, а среди них летают птицы и самолеты, по дорогам мчатся машины, а по рельсам поезда. Но во всех этих проявлениях движения есть общая черта – при всех таких движениях тела соприкасаются либо с другими телами, либо с окружающей средой. Такое соприкосновение не может не оказывать влияния на движение. Например, когда санки катятся по снегу, то они останавливаются под действием силы трения, даже если на дороге нет никаких неровностей и преград. Точно так же останавливаются и мяч, и бильярдный шар, и бочка, и детский шар. Благодаря трению фигуристы танцуют на льду, выполняя сложные пируэты, благодаря ему же люди ходят по земле и не падают, стоят в квартирах шкафы и серванты, наполненные домашней утварью, текут реки, ездят машины, не выпадают из стен забитые гвозди.

Трение присутствует во множестве окружающих нас явлений, играя при этом как полезную, так и вредную роль. Как разгоняется автомобиль, и какая сила замедляет его при торможении? Почему автомобиль «заносит» на скользкой дороге? Что служит причиной быстрого износа деталей? Почему автомобиль, разогнавшись до больших скоростей, не может резко остановиться? Как удерживаются растения в почве? Почему живую рыбу трудно в руке удержать? Чем объяснить высокий процент травматизма и дорожно-транспортных происшествий во время гололедицы в зимний период?

Ответы на эти и многие другие вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения.

Поэтому возникает проблема: от чего зависит величина силы трения?

Недостаточность знаний по этому вопросу и желание определить особенности силы трения обусловили выбор темы исследования «Трение и его значение в жизни человека».

Объектом исследования является сила трения.

В качестве предмета исследования выступают факторы, влияющие на величину силы трения.

Целью исследования является изучение влияния силы давления, рода соприкасающихся поверхностей, площади соприкасающихся поверхностей, качества обработки поверхностей на величину силы трения скольжения; сравнение силы трения скольжения и силы трения качения; расчет коэффициента трения скольжения подошв школьной обуви о различные поверхности.

Для достижения этой цели решались следующие задачи :

подбор литературы по проблеме;

изучение, анализ, обобщение литературы по проблеме;

изучение влияния силы давления, рода и площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения скольжения;

анализ полученных результатов.

Гипотеза исследования: сила трения скольжения зависит от силы давления, рода соприкасающихся поверхностей и площади соприкасающихся поверхностей.

В ходе работы использовались следующие методы исследования:

Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы).

Эмпирические (наблюдения, беседы, измерения).

Интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).

Новизной работы является постановка простейших опытов, позволяющих изучить влияние силы давления, рода и площади соприкасающихся поверхностей, качества обработки поверхностей на величину силы трения скольжения. В повседневной жизни мы каждый день сталкиваемся с тем, что об истинной природе практически ничего не знаем. Сила трения – одно из самых распространенных явлений на Земле, без нее не обходится ни одно движение. И, конечно, сила трения играет важную роль в нашей жизни.

Виды силы трения

Трение - взаимодействие, препятствующее относительному движению тел, возникающее при соприкосновении одного тела с другим.

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

*Трение скольжения - сила, возникающая при поступательном перемещении одного из взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения;

Из-за чего постепенно останавливаются санки, скатившиеся с горы? Из-за трения скольжения. Почему замедляет свое движение шайба, скользящая по льду? Вследствие трения скольжения, направленного всегда в сторону, противоположную направлению движения тела. Сила трения скольжения рассчитывается по формуле:

по известному коэффициенту трения скольжения и силе давления на поверхность.

Причины возникновения силы трения:

Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Даже те поверхности, которые выглядят гладкими, на самом деле всегда имеют микроскопические неровности (выступы, впадины). При скольжении одного тела по поверхности другого эти неровности зацепляются друг за друга и тем самым мешают движению;

2) межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел. Между молекулами вещества на очень малых расстояниях возникает притяжение. Молекулярное притяжение проявляется и в тех случаях, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо отполированы.

*Трение качения - c ила, возникающая при качении одного из двух взаимодействующих тел относительно другого и противодействующий вращению движущегося тела.

Если тело не скользит по поверхности другого тела, а, подобно колесу или цилиндру, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения.

Катящееся колесо несколько вдавливается в полотно дороги, и потому перед ним всё время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолевать. Именно тем, что катящемуся колесу постоянно приходится наезжать на появляющийся впереди бугорок, и обусловлено трение качения.
При отсутствии относительного движения двух контактирующих тел и наличии сил, стремящихся осуществить такое движение, в ряде ситуаций возникает

*Трение покоя - сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного движения.

Положим брусок на наклонную доску, при не слишком большом угле наклона доски. Брусок может остаться на месте. Что будет удерживать его от соскальзывания вниз? Трение покоя.

Прижмем свою руку к лежащей на столе тетради и передвинем ее. Тетрадь будет двигаться относительно стола, но покоиться по отношению нашей ладони. С помощью чего мы заставили эту тетрадь двигаться? С помощью трения покоя тетради о руку. Трение покоя перемещает грузы, находящиеся на движущейся ленте транспортера, препятствует развязыванию шнурков, удерживает гвозди, вбитые в доску, и т. д.

Использование трения человеком

Впервые человек сознательно применил трение при получении огня. Для добывания огня люди брали острую деревянную палочку, упирали ее в деревянный брусок и быстро-быстро вращали. При этом благодаря трению выделялось тепло, и сухой мох, положенный в лунку вспыхивал. Многие современнее способы получения огня также связаны с трением.

Трение даёт нам возможность ходить, сидеть, работать без опасения, что книги и тетради упадут со стола, что стол будет скользить, пока не упрётся в угол, а ручка выскользнет из пальцев. Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, где их поставили. Маленькое трение на льду может быть успешно использовано технически. Свидетельство этому так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами брёвен.

Появление колеса также связано с существованием силы трения. Сначала тяжелые грузы просто волочили по земле, но потом люди заметили, что гладкие предметы передвигать легче, чем шероховатые, поэтому грузы стали класть на пару гладких бревен. Появились сани. Вскоре люди заметили, что сани везти легче, если под них подложить круглые бревна-катки. Но перевозить с помощью катков было очень неудобно, ведь их нужно было постоянно перекладывать вперед. Чтобы катки не выкатывались их стали прикреплять к самим саням. Так катки начали превращаться в колеса, а сани – в повозки: телеги, тачанки, кареты, т.е. в колесные экипажи.

Трение – не только тормоз для движения. Это и ещё и главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с которой человек столкнулся также на самой заре цивилизации. Так, ножки тяжелых предметов, например, кроватей, роялей и т. п., снабжают роликами. В технике для уменьшения трения в машинах широко пользуются подшипниками качения, иначе называемыми шариковыми и роликовыми подшипниками. Трение поршней, скользящих по стенкам цилиндров двигателей, уменьшается со временем. Причина этого в том, что при нагревании чугунных стенок цилиндра, углерод, содержащийся во всяком чугуне, выделяется на их поверхности в виде тонкой пленки графита – чёрного блестящего вещества, из которого делают карандашные грифели. Этот графит и играет роль смазки. Его частицы легко скользят друг по другу, понижая трение скольжения.

Но используется человеком и искусственная смазка, например, для еще большего уменьшения трения лыж о снег их поверхность смазывают особой мазью. Трение сухого снега о слой смазки меньше, чем о деревянные лыжи

Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, её посыпают песком, очищают ото льда.

Трение служит искусству. Так, без трения смычка о струны была бы невозможна игра на скрипке или виолончели.

Трение служит спорту. Без трения невозможны были бы известные нам виды спорта:

В результате трения истираются трущиеся поверхности, поэтому трение широко используется в процессах заточки инструментов, шлифовки и полировки поверхностей металлов, стекла, алмазов, дерева и других материалов.

В жизни человека, природе и технике трение имеет большое значение. В одних случаях трение может быть полезным и его стараются увеличить, в других случаях трение может быть вредным и тогда его стремятся уменьшить.

Практическая часть.

Исследуем факторы, от которых зависит сила трения:

Зависимость силы трения скольжения от силы, прижимающей данное тело к поверхности другого тела, т.е. от силы нормального давления;

Зависимость силы трения скольжения от площади соприкасающихся тел;

Зависимость силы трения скольжения от материала, из которого изготовлены тела;

Зависимость силы трения скольжения от качества обработки трущихся поверхностей.

Сравнение модулей сил трения скольжения и трения качения

Эксперимент №1 Зависимость силы трения скольжения от нагрузки

Определяю цену деления шкалы лабораторного динамометра, и измеряю вес деревянного бруска с крючком.

С помощью динамометра измеряю силу трения скольжения бруска по деревянной поверхности линейки.

На брусок помещаю сначала один, затем два, затем три груза массой по 100 г (весом по 1 Н) и каждый раз определяю величину силы трения скольжения с помощью динамометра при равномерном перемещении бруска с грузами по деревянной поверхности линейки.

Количество брусков

Вес ,Н

Сила трения скольжения, Н

1,7

0,5

2.7

0,8

3,7

1.2

Вывод: Из экспериментов видно, что, чем больше сила давления, тем сила трения скольжения больше.

Строю диаграмму зависимости силы трения скольжения от нагрузки

Сила трения скольжения, Н

Эксперимент №2 Зависимость силы трения скольжения от площади соприкосновения трущихся поверхностей.

Н а деревянную линейку помещаю деревянный брусок большой гранью. На него помещаю три груза весом по 1 Н.

При помощи динамометра брусок с грузом перемещаю равномерно по поверхности линейки.

Измеряю динамометром силу трения скольжения бруска по поверхности линейки.

На деревянную линейку помещаю деревянный брусок с тремя грузами средней по величине гранью, затем самой малой гранью и снова с помощью динамометра измеряю силу трения скольжения.

Измерения представлены в таблице:

Площадь грани бруска, см 2

Сила трения скольжения, Н

168

1,2

1,1

1,2

Вывод: Из эксперимента видно, что сила трения скольжения не изменяется с увеличением площади соприкасающихся поверхностей. Значит, она не зависит от площади поверхности.

Строю диаграмму зависимости силы трения скольжения от площади соприкасающихся поверхностей.

Сила трения скольжения, Н

Площадь грани, см 2

Эксперимент №3 Зависимость силы трения скольжения от качества обработанной поверхности: дерево по дереву (различные способы обработки поверхности)

По отшлифованной деревянной поверхности линейки я равномерно перемещаю деревянный брусок с тремя грузами.

Отшлифованная деревянная поверхность заменялась сначала гладкой деревянной поверхностью, затем шероховатой деревянной поверхностью и каждый раз измерялась сила трения скольжения при равномерном перемещении по ним деревянного бруска с тремя грузами. Измерения представлены в таблице:

шероховатая

гладкая

отшлифованная

1, 6 Н

0, 8 Н

0, 3 Н

Вывод: Сила трения скольжения больше там, где шероховатость поверхности больше.

Строю диаграмму зависимости силы трения скольжения от качества обработанной поверхности

Сила трения скольжения, Н

Качество поверхности

Эксперимент №4 Зависимость силы трения скольжения от материала, из которого изготовлены трущиеся тела.

По деревянной поверхности линейки равномерно я перемещал деревянный брусок с тремя грузами.

С помощью динамометра измеряю силу трения скольжения, возникающую между деревянной поверхностью линейки и деревянной поверхностью бруска.

Деревянная поверхность заменялась сначала металлической поверхностью, затем картонной поверхностью листа и каждый раз измерялась сила трения скольжения при равномерном перемещении по ним деревянного бруска с тремя грузами. Измерения представлены в таблице:

Сила трения скольжения при движении деревянного бруска по поверхности

Деревянная поверхность

Металлическая поверхность

Картонная поверхность

1,2 Н

1,5 Н

1 Н

Вывод: Сила трения скольжения меняется при движении бруска по поверхностям из различного материала. Значит, величина силы трения скольжения зависит от рода взаимодействующих поверхностей.

Вычисление коэффициента трения скольжения.

При исследовании силы трения скольжения от материалов трущихся поверхностей использовали деревянный брусок, на котором помещали от 1 до 3 грузов по 100г и разные контактные поверхности. Использовали формулу:

Сила трения

Рассчитываю коэффициенты трения скольжения для следующих материалов:

Трущиеся материалы

Сила давления, Н

Сила трения c кольжения,Н

Дерево по дереву

1,7

0.5

0.29

0,3

2,7

0.8

0.3

3,7

1.2

0.32

Дерево по металлу

1.7

0.7

0.41

0, 4 2

2.7

1.2

0.44

3.7

1.5

0.4

Дерево по пластику

1.7

0.4

0.235

0, 24

2.7

0.7

0.259

3.7

0.9

0.243

Составлю диаграмму сравнения коэффициентов трения скольжения для различных материалов

Коэффициент трения скольжения

Материал

Вывод:

Проанализировав полученные значения коэффициента трения скольжения (μ), можно сделать вывод, что μ характеризует поверхность. Таким образом, чем больше значение μ, тем больше сила трения скольжения.

Эксперимент №5. Сравним силу трения скольжения и силу трения качения.

В эксперименте заменяю деревянный брусок катком такой же массы. Перемещаю грузы по деревянной поверхности. С помощью динамометра измеряю силу трения скольжения и силу трения качения. Измерения представлены в таблице.

Предмет

Сила трения, Н

Брусок

0,3

Каток

0,1

Вывод: При движении бруска по деревянной поверхности сила трения скольжения больше, чем при движении катка такой же массы.

Сводная таблица.

Сила трения

зависит

Не зависит

От силы давления на поверхность

От площади поверхности

От рода трущихся поверхностей

От качества обработанной поверхности

Сила трения скольжения больше силы трения качения

Знания, полученные при изучении силы трения, я применю для расчета коэффициента трения скольжения подошв школьной обуви о различные поверхности.

В школе я могу носить обувь с подошвой из резины, микрофибры, полиуретана. В кабинетах пол покрыт линолеумом, в спортзале - крашеный деревянный, в вестибюле – напольная плитка.

Определение коэффициента трения скольжения подошв школьной обуви о различные поверхности

Ход эксперимента:

1.Измеряю силу тяжести, действующую на ботинок с резиновой подошвой.

2.Кладу ботинок на поверхность из линолеума и протяну его с постоянной скоростью при помощи динамометра. Измеряю силу трения скольжения.

3.Для более точных вычислений, проделаю опыт несколько раз и вычислю среднее значение коэффициента трения скольжения резиновой подошвы о линолеум.

Материал подошвы обуви

Покрытие пола

Сила тяжести, Н

Сила трения скольжения, Н

Коэффициент трения скольжения

Среднее значение коэффициента трения скольжения

резина

линолеум

2 , 3

0,8

0,35

0,36

2 , 3

0,8

0,36

2 , 3

0,8

0,36

резина

плитка

2 , 3

0,6

0,27

2 , 3

0,6

0,28

2 , 3

0,6

0,27

резина

дерево

2 , 3

0,45

2 , 3

1,1

0,46

2 , 3

0,44

Аналогично провожу эксперимент с обувью, где материалом подошвы является полиуретан и микрофибра.

Материал подошвы обуви

Покрытие пола

Сила тяжести, Н

Сила трения скольжения, Н

Коэффициент трения скольжения

Среднее значение коэффициента трения скольжения

полиуретан

линолеум

2,5

1,2

0,46

0,45

2,5

1,1

0,45

2,5

1,1

0,45

полиуретан

плитка

2,5

0,7

0,28

2,5

0,8

0,29

2,5

0,7

0,28

полиуретан

дерево

2,5

1,1

0,45

0,4 6

2,5

1,2

0,47

2,5

1,1

0,4 6

Материал подошвы обуви

Покрытие пола

Сила тяжести, Н

Сила трения скольжения, Н

Коэффициент трения скольжения

Среднее значение коэффициента трения скольжения

микрофибра

линолеум

2,2

0,8

0,38

2,2

0,8

0,38

2,2

0,8

0,37

микрофибра

плитка

2,2

0,8

0,36

0,35

2,2

0,7

0,34

2,2

0,8

0,36

микрофибра

дерево

2,2

1,2

0,56

0,55

2,2

1,2

0,56

2,2

1,1

0,54

Составлю сравнительные диаграммы зависимости среднего значения коэффициента трения подошвы школьной обуви о пол.

Коэффициент трения скольжения (полиуретан)

Материал

Коэффициент трения скольжения (микрофибра)

Коэффициент трения скольжения (резина)

Материал

Таким образом, проведя опыт, я делаю вывод, что наибольший коэффициент трения скольжения у подошвы сделанной из микрофибры, затем из полиуретана, а наименьший коэффициент у резиновой подошвы. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодных условий, в которых вы будете носить данную обувь. Итак, сменную обувь для школы следует покупать с подошвой из микрофибры, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям, и это поможет избежать падений и травм. Также полиуретан обладает хорошей устойчивостью к различным температурам и прочностью.

Кроме этого, замена линолеумной поверхности на напольную плитку уменьшила трение незначительно для всех видов подошв. Я предполагаю, что это связано с новизной плитки и через некоторое время трение подошв обуви о напольную плиточную поверхность увеличится.

Заключение

Работая над проектом, я пришел к выводу, что сила трения играет огромную роль в жизни не только человека (в быту, технике), но и в природе.

Мы можем писать на бумаге, вещи, стоящие на столе, не улетают от малейшего сквозняка, одежда, может висеть на стуле или плечиках в шкафу, я могу водить компьютерной мышкой по коврику, мы с трудом двигаем шкаф, т.к. есть сила трения, но если случайно разлить подсолнечное масло на кухне, любой входящий будет скользить, т.к. уменьшится сила трения.

Мы можем ходить по земле, белки прыгают по веткам деревьев, ленивец висит на ветке, птичка может присесть на провод, вода точит камень, образование планет и комет, идет дождь и вода стекает в низину, огромные валуны лежат на краях скал и не падают вниз - их держит сила трения.

Автомобиль может тормозить; на севере люди передвигаются на санках и лыжах - так быстрее, т.к. меньше сила трения; мы можем ездить на велосипеде; любые смазанные детали работают лучше; в шарикоподшипниках возникает сила трения качения; для безопасной езды зимой применяют колеса с шипами или даже с цепями; существуют механизмы для передачи или преобразования движения с помощью трения, т.н. фрикционные механизмы.

Я выяснил, что человек издавна использует знания о явлении трения, полученные опытным путем. Начиная с XV - XVI веков, знания об этом явлении становятся научными: ставятся опыты по определению зависимостей силы трения от многих факторов, выясняются закономерности.

Теперь я точно знаю, от чего зависит сила трения, а что не влияет на нее. Если говорить более конкретно, то сила трения зависит: от нагрузки или массы тела; от рода соприкасающихся поверхностей; от размера неровностей или шероховатостей поверхностей. А вот от площади соприкосновения она не зависит. Сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

Теперь я могу объяснить все наблюдаемые в практике закономерности связанные с возникновением силы трения.

Я провел серию экспериментов, проделал примерно такие же опыты, как и ученые, и получил примерно такие же результаты. Получилось, что экспериментально я подтвердил все утверждения, высказанные ими.

Но, наверное, самое главное – я понял, как здорово добывать знания самому, а потом делиться ими с другими.

Список использованной литературы.

1. Элементарный учебник физики:Учебное пособие. В 3-хт. /Под ред.Г.С.Ландсберга. Т.1 Механика.Молекулярная физика.М.:Наука, 1985.

2. Иванов А.С., Проказа А.Т. Мир механики и техники: Кн.для учащихся. – М.: Просвещение, 1993.

3. Бытько Н.Д. Физика, ч.1 и 2. Механика. Молекулярная физика и теплота.М.: Высшая школа, 1972.

4. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика Ч.1 Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира/Глав. Ред. В.А.Володин. – М.:Аванта+,\

Приложение

Не бегать по помытым полам и другим скользким поверхностям, потому что, чем больше гладкость поверхности, тем меньше сила трения, значит, можно поскользнуться и упасть, при этом нанеся себя различные увечья.

При передвижении какого-либо тяжелого предмета желательно на пути движения располагать округлые предметы, например, бревна, т.к. сила трения качения меньше силы трения скольжения.

При «буксовании» же машины силу трения, наоборот, надо увеличивать, поэтому стоит подсыпать камни и гравий.

Для увеличения долговечности разных вещей можно использовать

Еще в школьные годы, в седьмом или восьмом классе, каждый человек знакомится с новым понятием динамической физики, - трением. Однако многие, повзрослев, забывают, и каким образом действует эта сила. Давайте попробуем разобраться в этой теме.

Определение понятия

Трение - это явление, которое заключает в себе следующий смысл: когда два тела соприкасаются друг с другом, на месте их контакта образуется особое взаимодействие, препятствующее телам продолжать движение относительно друг друга. Ясно, что можно подсчитать значение взаимодействия этих тел. как раз таки и характеризует данное взаимодействие количественно. Если трение происходит между твердыми телами (например, взаимодействие книги с книжной полкой или яблока со столом), то такое взаимодействие называется сухим трением.

Следует понимать, что трение - это сила, имеющая электромагнитную природу. Это означает, что причиной возникновения данной силы является взаимодействие между частицами, из которых состоит то или иное тело.

Каким бывает трение?

Благодаря разнообразию существующих в нашем мире предметов можно определить, что каждый из них имеет свою структуру и обладает индивидуальными свойствами. Это означает, что и взаимодействие между различными предметами будет отличаться. Для правильного понимания сути и грамотного решения многих задач в физике принято условно разделять три вида трения. Итак, разберем каждый по отдельности:

Первое трение - это трение покоя, которое возникает при отсутствии относительного перемещения двух тел. Мы можем наблюдать его примеры повсюду, ведь сила, возникающая при этом трении, удерживает предметы в равновесии. Например, товары на движущейся ленте транспортера, вбитый в стену гвоздь или человек, стоящий на полу.
Трение скольжения - это условно второе трение. Значение скольжения определяется таким образом: когда к телу, находящемуся в равновесии, прикладывают силу, которая больше, чем сила трения покоя, начинает действовать сила трения скольжения, и тело сдвигается с места.
И наконец, трение качения , объясняющее взаимодействие двух тел, одно из которых перекатывается по поверхности другого. Разница в и скольжения объясняется тем, что при любом движении площади тела смещаются по длине поверхности соприкосновения, и вместо разорванных межмолекулярных связей образуются новые. А в случае когда колесо катится без проскальзывания, молекулярные связи при подъеме участков колеса разрываются гораздо быстрее, чем при скольжении. Получается, что сила трения качения меньше силы скольжения.

Где и как можно использовать трение?

Трение - это незаменимое явление, без которого мы бы не смогли делать элементарные вещи: ходить, сидеть или же просто держать предметы в руках. Поэтому не стоит недооценивать значение трения. Как говорил французский физик Гильом: "Не будь трения, наша Земля была бы без единой шероховатости, она была бы подобна жидкой капле".

Пожалуй, лучший пример, который наиболее точно характеризует трение, - это работа колеса. Еще в древности было замечено, что силы трения качения гораздо меньше сил трения скольжения. Именно неоспоримая польза трения качения послужила причиной того, что люди стали подкладывать бревна или катки для перемещения тяжелых и габаритных грузов. С течением времени люди совершенствовали знания об удивительных свойствах трения качения, наблюдали за движением предметов под воздействием сил трения и, наконец, изобрели колесо! В современном мире невозможно представить жизни без этих незаменимых деталей, ведь колеса - это вторые "двигатели" любого транспорта!

Как вычислить значение силы трения?

Как и любая другая обладает целочисленными значениями. Для того чтобы точно определить, сколько силы потребуется для перемещения или других видов работ, необходимо подсчитать силу трения покоя. Этим обычно занимаются инженеры, когда, например, строят заводы или же изобретают новые устройства. Однако даже обычные школьники сталкиваются с определенными задачами, где требуется вычислить силу трения. Итак, чтобы подсчитать его значение, нужно просто воспользоваться несложной формулой: F трения = K * N, где k - это коэффициент трения. Значение всех коэффициентов зависит всегда от поверхности предмета, по которому движется или с которым взаимодействует тело. "N" в нашей формуле означает силу на тело. Она зависит в первую очередь от массы тела, которое соприкасается с поверхностью опоры.

Вычисляем значение силы в задаче

Допустим, тело массой m = 3 кг находится на горизонтальной доске. между деревянной доской и телом равен 0,3. Как же найти значение силы трения? Очень просто, всего-то нужно подставить наши значения в формулу. Только нужно учесть, что N в данном случае равен весу тела (по 3-му закону Ньютона). Итак, искомая сила равна (m * g) * k = (3 кг * 10 м/с 2) * 0,3 = 9 H.

Пробовали ли вы ездить на автомобиле в гололед? Удовольствие не из приятных. Так же, впрочем, как и быть пешеходом в такую же пору года. Когда дорога покрыта коркой льда, мы говорим: плохое сцепление. Что это означает?

Это означает, что трение между колесами и дорогой очень маленькое. И если это полезно в случае перемещения грузов волоком, например, на санках, то очень вредно в ситуации, когда необходимо резко затормозить или сменить направление движения. Роль силы трения в жизни человека огромна, этого нельзя отрицать. И наша задача сводится к тому, чтобы максимально эффективно использовать силу трения в быту и в технике для облегчения жизни.

Роль силы трения в быту

Роль силы трения в быту сводится к тому, что мы можем ходить и ездить, что предметы не выскальзывают у нас из рук, что полки и картины висят на стенах, а не падают, даже одежду мы носим благодаря трению, которое удерживает волокна в составе нитей, а нити в структуре тканей. Но трение может играть и отрицательную роль. Именно из-за него нагреваются и изнашиваются движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить. Существует несколько способов уменьшения трения. Один из них - это введение смазки между трущимися поверхностями. Смазка уменьшает соприкосновение тел, и трутся не тела, а слои жидкости. А трение в жидкости намного меньше, чем сухое трение.

Сила трения в технике

Еще одним способом уменьшить трение является применение шариковых и роликовых подшипников. Внутреннее кольцо подшипника одевается на вал какого-либо механизма, а наружное кольцо закрепляют в корпусе машины или станка. И когда вал начинает вращаться, то он не скользит, а катится на шариках или роликах между кольцами подшипника. А мы знаем, что сила трения качения значительно меньше трения скольжения. Поэтому вращающиеся части изнашиваются гораздо медленнее. Применяют также воздушную подушку, уменьшение площади соприкасающихся тел, а также шлифовку. Например, чтобы уменьшить силу трения между льдом и коньками, коньки точат, делая поверхность соприкосновения меньше, а лед шлифуют, делая его максимально гладким. Так же уменьшают трение при резке чего-либо в быту и на производстве, затачивая ножи как можно острее. Роль силы трения в технике не всегда отрицательна, как могло показаться. Ведь, например, когда мы заменяем силу трения скольжения трением качения, чтобы уменьшить взаимодействие трущихся поверхностей, то следует помнить, что если бы трение отсутствовало совсем, то колеса или шарики в подшипниках просто-напросто прокручивались бы, не приводя тело в движение.

Роль силы трения в природе

Стоит упомянуть и о роли силы трения в природе. Пример - это шероховатые лапки насекомых для улучшения сцепления с поверхностью, или, наоборот, это гладкие тела рыб, покрытые слизью для уменьшения трения о воду. В природе животные и растения давно научились приспосабливаться и использовать силу трения себе во благо. То же необходимо делать и человеку, дабы обеспечить себе комфортное существование на планете Земля.

В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, т.к. стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.

У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, а это значит, что сила трения тоже возрастает. Поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.

Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах.

Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.

Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость.

Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.

Ученым недавно стало известно, как устроена кожа дельфинов, и почему они меняют свою кожу каждые 2 часа. Кожа дельфина обладает особым демпфирующим действием, позволяющим гасить турбулентность. Эта гипотеза высказана в 1957 г. немецким инженером Крамером и в настоящее вpeмя подтверждена экспериментально. Передняя часть тела дельфина обтекается ламинарно, а позади спинного плавника пограничный слой становится турбулентным.

Таким образом, «мягкость» или «волнистость» кожи дельфинов помогают им значительно уменьшать трение при скольжении в воде, а потеря частиц кожи по всему телу создает в процессе движения водовороты воды, которые сглаживают трение с потоком вокруг дельфина. Применение аналогичных технологий скольжения при строительстве судов, позволит повысить скорость движения кораблей.

У животных и человека образующие сустав кости не касаются друг друга; они покрыты суставным хрящом, который выполняет роль буфера между костными поверхностями.

А по краям хряща прикрепляется синовиальная оболочка, в которой имеется жидкость, уменьшающая трение между суставными поверхностями. Проблема трения и изнашивания в суставах решена природой на таком уровне, о котором инженеры - трибологи мoгут пока только мечтать. Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. В результате безотказная работа в течение всей жизни!

Дело в том, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости! Кроме того, тончайший слой этого необычного вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. Поэтому трение, возникающее при скольжении в этой специфической среде, имеет весьма мало общего со знакомым жидким трением. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.

Интересно решается в живой природе инженерная задача равномерного прокачивания жидкостей по трубам.

В момент «рабочeго хода» сердца артерии упрyго расширяются, накапливая энергию. Зато в промежутках между сокращениями сердечных мышц скопленная в артериях энергия проталкивает кровь дальше в более мелкие сосуды, обеспечивая не только постоянство скорости движения, но и меньший расход энергии. Упрyгость сосудов возникает блaгодаря присутствию в артериальных стенках особого вещества эластина. Снижению потерь на трение способствует также особый, напоминающий ламинарный, режим течения крови в сосудах

Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.

Действие органов хватания (хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности

и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона) тоже тесно связано с трением.

Ведь предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы.

Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.

Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой».

При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.
При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила.

У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя.

Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

Водяной жук - вертячка изумительно быстро носится на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка - лучший пловец среди водных жуков.

Оказывается, быстроте передвижения он во многом обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.

Все движения соприкасающихся тел друг относительно друга всегда происходят с трением: ось колеса испытывает трение в подшипнике, а его обод - трение о рельс; дверь открывается со скрипом, свидетельствующим о трении в петлях; шарик, катящийся по горизонтальному столу, останавливается под действием сил трения качения. Когда мы изучаем движение какого-нибудь тела и исключаем из рассмотрения трение, то мы, упрощая задачу, одновременно в той или иной степени искажаем действительное положение вещей. Во всех опытах, которые мы приводили для иллюстрации законов движения, мы предполагали, что трение отсутствует. В действительности же силы трения всегда влияют в большей или меньшей степени на характер движения.

Роль трения не всегда ограничивается торможением движений тел. Во многих случаях движение, например ходьба, становится возможным только благодаря действию сил трения, в частности трения покоя. При ходьбе мы ставим ноги на землю таким образом, что они должны были бы скользить назад, если бы силы трения покоя не существовало (действительно, когда мы пытаемся идти по гладкому льду, то ноги скользят назад). Так как сила трения покоя действует в направлении, противоположном тому, в котором должно было бы возникнуть скольжение, то возникает сила трения покоя, направленная вперед. Она и сообщает телу человека ускорение вперед.

Примерно так же обстоит дело и во всех самодвижущихся экипажах (велосипед, автомобиль, электровоз). Двигатель экипажа вызывает вращение ведущих колес. Если бы сила трения покоя отсутствовала, то экипаж оставался бы на месте и колеса начали бы буксовать, так что точки колеса, прикасающиеся в данный момент к земле или рельсам, проскальзывали бы назад. Возникающая сила трения покоя, действующая на колеса со стороны земли, направлена вперед и сообщает экипажу ускорение либо, уравновешивая другие силы, действующие на экипаж, поддерживает его равномерное движение. Если эта сила трения недостаточна (например, на льду), то экипаж не движется, а колеса буксуют. Наоборот, если у движущегося экипажа, колеса которого вращаются, замедлить вращение колес, не замедляя скорости самого экипажа, то в отсутствие сил трения колеса начали бы скользить по земле вперед; значит, в действительности возникает сила трения, направленная назад. На этом основано действие тормозов.

Если к электровозу прицеплен состав, то, как только электровоз двинется вперед, сцепка растянется и возникнет сила упругости сцепки, которая будет действовать на состав: это и есть сила тяги. Если увеличить силу, действующую со стороны двигателя на колеса, то увеличится и сила трения покоя, а значит, и сила тяги. Наибольшая сила тяги равна наибольшей силе трения покоя ведущих колес. При дальнейшем увеличении сил со стороны двигателя колеса начнут проскальзывать и тяга может даже уменьшиться.

Не менее важную роль играют силы трения покоя и в несамодвижущихся экипажах. Рассмотрим подробнее движение лошади, тянущей сани (рис. 72). Лошадь ставит ноги и напрягает мускулы таким образом, что в отсутствие сил трения покоя ноги скользили бы назад. При этом возникают силы трения покоя , направленные вперед. На сани же, которые лошадь тянет вперед через постромки с силой,со стороны земли действует сила трения скольжения , направленная назад. Чтобы лошадь и сани получили ускорение, необходимо, чтобы сила трения копыт лошади о поверхность дороги, была больше, чем сила трения, действующая на сани. Однако, как бы ни был велик коэффициент трения подков о землю, сила трения покоя не может быть больше той силы, которая должна была вызвать скольжение копыт (§ 64), т. е. силы мускулов лошади. Поэтому даже тогда, когда ноги лошади не скользят, все же она иногда не может сдвинуть с места тяжелые сани. При движении (когда началось скольжение) сила трения несколько уменьшается; поэтому часто достаточно только помочь лошади сдвинуть сани с места, чтобы потом она могла их везти.