Шкода і користь сили тертя: тертя ковзання, спокою і кочення
Сила тертя зустрічається буквально на кожному кроці. Але чи знають люди, навіщо вона потрібна? У чому шкода і користь сили тертя? Спробуємо розібратися.
Передмова
На земні об'єкти діє кілька сил, які тісно взаємопов'язані між собою і впливають на життєдіяльність тел. Перш за все, це сила тяжіння, пружності (внутрішній опір тел у відповідь на зміщення їх молекул) і реакції опори. Але є ще вона дуже важлива фізична величина, яка називається силою тертя. Вона на відміну від сили тяжіння і пружності не залежить від розташування тіл. При її вивченні діють інші закони: коефіцієнт тертя ковзання і сила реакції опори. Наприклад, якщо знадобиться зрушити великоваговий шафа, то з першої ж хвилини стане зрозуміло, що зробити це непросто. Крім того, при виконанні даного завдання присутні певні перешкоди. Що ж перешкоджає зусиллям, докладеним до шафи? А заважає цьому не що інше, як сила тертя, принцип дії якої вивчають ще в школі. Курс фізики за 7 клас докладно розповідає про це явище.
неоднозначний питання
У чому полягає шкода і користь сили тертя будь-якого типу? Зрозуміло, наведені приклади дещо спрощені - в житті все трохи складніше. Однак незважаючи на те, що сила тертя має очевидні мінуси, створюють ряд складнощів у житті, ясно, що без неї проблем було б набагато більше. Тому у даній величини є свої недоліки і переваги.
негативні приклади
Серед прикладів шкоди цієї сили на одному з перших місць стоїть проблема переміщення великовагових вантажів, швидкого зношування улюблених речей, а також неможливості створити вічний двигун, оскільки через тертя будь-який рух рано чи пізно припиняється, вимагаючи стороннього втручання.
позитивні моменти
Серед прикладів корисності цієї сили то, що ми можемо спокійно ходити по землі, не поскальзиваясь на кожному кроці, наш одяг міцно сидить і вмить не приходить в непридатність, оскільки нитки тканини утримуються завдяки тертю. Крім того, люди використовують принцип дії цієї сили, посипаючи слизькі дороги, через що вдається уникнути безлічі аварій і травм.
Людство навчилося взаємодіяти з даної фізичної величиною, збільшуючи і зменшуючи її в залежності від поставлених цілей. Наша безпосереднє завдання - спробувати використовувати її максимально ефективно.
Що у нас під ногами?
З нею люди стикаються дуже часто. Користь тертя в тому, що ми б і кроку ступити не змогли, якби не було цієї фізичної величини. Саме вона утримує нашу взуття на тій поверхні, куди ми ступаємо. Кожен з нас ходив по дуже слизьким поверхням, наприклад, по льоду, і не з чуток знає, що це дуже важко. Чому так відбувається? Перш ніж розповісти про те, в чому шкода і користь сили тертя, визначимося з тим, що це таке.
суть поняття
Силою тертя називається взаємодія двох тіл, що виникає в місці їхнього зіткнення і перешкоджає їх руху відносно один одного. Розрізняють декілька видів тертя - спокою, ковзання і кочення.
Причини виникнення
Перша з причин полягає в незмінною шорсткості поверхонь. Саме цей показник впливає на те, який вид сили тертя матиме місце. Якщо мова йде про гладких поверхнях, наприклад, про покритою металом даху або про крижаних ділянках, то їх шорсткість майже не видно, однак це не означає, що її немає - вона присутня на мікроскопічному рівні. У цьому випадку буде діяти сила тертя ковзання. Але якщо говорити про шафу, що стоїть на килимі, то тут шорсткості двох об'єктів будуть значно перешкоджати взаємною руху. Другою причиною є електромагнітне молекулярне відштовхування, яке відбувається в місці контакту об'єктів.
тертя спокою
Що відбувається в разі, коли ми намагаємося зрушити з місця шафа, однак нам не вдається перемістити його ні на сантиметр. Що утримує предмет на одному місці? Це сила тертя спокою. Справа в тому, що докладені зусилля компенсуються силою сухого тертя, що виникає між шафою і підлогою.
Шкода і користь сили тертя спокою
Саме сила тертя спокою не дає самостійно розв'язатися шнуркам на наших черевиках, випасти цвяху, який ми тільки що вбили в стіну, утримує на місці шафа. Без неї було б неможливо пересуватися по земній поверхні ні людям, ні тваринам, ні автомобілів. Шкода тертя також присутній. Він буває в досить глобальних масштабах, наприклад, сила тертя спокою може привести до деформації обшивки кораблів.
наукове обгрунтування
Для того щоб пересунути шафу, необхідно прикласти до нього силу, яка перевершить тертя. Тобто до тих пір, поки що застосовуються зусилля менше показника сили тертя, меблі залишиться на місці. Крім зазначених факторів, є ще сила реакції опори, яка спрямована перпендикулярно площині. Вона залежить від матеріалу, з якого зроблена підлога (тут задіяна також сила пружності). Також існує коефіцієнт тертя, що залежить від того, з чого складаються обидві поверхні, які взаємодіють один з одним. Тому сила тертя, що діє на шафу, дорівнює коефіцієнту тертя, який множиться на силу реакції опори (поверхні).
тертя ковзання
Отже, щоб пересилити тертя, ми попросили кого-небудь нам допомогти зрушити шафа з місця. Що ми виявили? Що після того, як ми доклали силу, яка перевищила силу тертя спокою, шафа не тільки змістився, але і якийсь час продовжував рухатися в необхідну сторону, зрозуміло, з нашою допомогою. А витрачені зусилля були приблизно однакові протягом усього шляху. У цьому випадку нам перешкоджала сила тертя ковзання, спрямована в протилежний від прикладеного впливу сторону. Варто зауважити, що її опір набагато нижче, ніж у сили тертя спокою. Щоб знизити цей показник, при необхідності застосовуються різні мастильні матеріали.
Сила тертя кочення
Якщо ми згадаємо, що коли-небудь доведеться рухати шафа назад, то вирішимо оснастити його коліщатками. В цьому випадку виникає взаємодія буде називатися тертям кочення, оскільки предмет вже буде не ковзати, а котитися по поверхні. Котяться коліщатка будуть трохи вдавлюватися в килим, утворюючи горбик, який нам необхідно буде подолати. Цим і обумовлюється сила тертя кочення. Зрозуміло, якщо ми покотилися шафа не по килиму, а, наприклад, по паркету, то перемістити його буде ще легше, за рахунок того, що поверхня паркету твердіше поверхні килима. З тієї ж причини велосипедистам їхати по шосе куди простіше, ніж по пляжу з дрібним піском.
Наведіть приклади, коли тертя є корисним і коли воно є шкідливим?
Корисні: сила тертя гуми автомобільного колеса об асфальт, колеса поїзда про метал рейки, сила тертя прядив'яного каната об метал при швартуванні судна, сила зчеплення ниток один з одним і тканиною при пришиванні гудзиків, тертя підошви ботика про землю при ходьбі, сила тертя спокою, завдяки якій книги, ручки та ін. можуть лежати на похилій поверхні.
Шкідливі: тертя піщинок об метал всередині підшипника, тертя ковзання ковзанів об лід має бути якомога менше, тертя механізмів дверного замка зменшують шляхом графітової мастила.
Ось, якщо б не було тертя, то ти б з'їхав (а) зі стільця на підлогу, потім поплив би за статтю, ковзав б по стінах і т. Д. І так не тільки з тобою, а й з усіма навколишніми предметами. Т. к. Цього не відбувається, отже, це корисне тертя.
А ось, наприклад, в механізмах (автомобілі, верстати і т. Д. І т. П.) Тертя призводить до зносу - це шкідливо)))
Дослідним шляхом встановлено, що сила тертя залежить від сили тиску тіл один на одного (сили реакції опори), від матеріалів, що труться, від швидкості відносного руху. Так як ніяке тіло не є абсолютно рівним, сила тертя не залежить від площі зіткнення, і справжня площа дотику набагато менше спостерігається; крім того, збільшуючи площу, ми зменшуємо питомий тиск тіл один на одного.
Величина, що характеризує труться поверхні, називається коефіцієнтом тертя, і позначається найчастіше латинською буквою k або грецькою буквою \ mu. Вона залежить від природи і якості обробки поверхонь, що труться. Крім того, коефіцієнт тертя залежить від швидкості. Втім, найчастіше ця залежність виражена слабо, і якщо велика точність вимірювань не потрібно, то k можна вважати постійним. У першому наближенні величина сили тертя ковзання може бути розрахована за формулою:
k - коефіцієнт тертя ковзання,
N - сила нормальної реакції опори.