Исследовательская работа «Сила трение и её полезные свойства. Трении Виды сил трения От чего зависит сила трения? Трении в механизмах и машинах Интересные факты

Если вы вдруг захотите сдвинуть тяжелый предмет, то станет очевидно, что вам что-то препятствует. Мешать движению будет сила трения. С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. В прямом смысле этого слова. Точнее сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем, так как силы трения удерживают наши ноги на поверхности.

Трение - следствие многих причин, но основными являются две. Во-первых, поверхности тел неровны, и зазубрены одной поверхности цепляются за шероховатости другой. Это так называемое геометрическое трение. Во-вторых, трущиеся тела очень близко соприкасаются друг с другом, и на их движение оказывает влияние взаимодействие молекул (молекулярное трение).

Известно три вида трения: трение покоя, трение скольжения, и трение качения.

Сила трения 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.

Сила трения скольжения - сила, возникающая между соприкасающимися телами при их относительном движении.

Сила трения качения - называют сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.

Очевидно, что у любого явления есть плюсы и минусы. И глупо говорить о том, что трение не нужно, например, из-за того, что изнашиваются детали. Но, а как бы мы ходили?

Ниже постараюсь написать главные плюсы и минусы, хотя заранее знаю, что это трудно сделать.

1. Без силы трения, предметы выскальзывали бы из рук, а мы не смогли бы ходить по земле, только лишь скользили (смею предположить, как улитки).
2. Трение является главной, иногда, единственной силой, способной остановить движущееся тело.
3. Трение не дает нитям распрямиться, а ткани - рассыпаться на отдельные нити.
4. Получение огня примитивным путем.

1. Трение является фактором, отводящим часть энергии, сообщаемой системе (например, колебательной) в тепло, пока вся эта энергия не израсходуется. Например, при раскачивании качелей, те рано или поздно остановятся, если над ними не производить никаких действий.
2. Трение покоя является главным препятствием, чтобы сдвинуть тяжёлый предмет с места.
3. Трение является причиной снижения работоспособности деталей и узлов механизмов, ухудшения качества поверхностей и, как следствие, резкого снижения КПД, в отдельных случаях, выхода из строя деталей и узлов или даже всего механизма в целом.

Я осознаю, что это разделение сугубо бытовое. Любой плюс можно превратить в минус, а минус в плюс. Точно могу сказать, что без трения нам точно не обойтись. Мы можем говорить о том, что оно нам мешает, но не забывайте о том, сколько раз помогало. Мы просто об этом не задумываемся. А, наверное, бы стоило, хотя это философский вопрос.

Если вы считаете, что список неполный и вы хотели бы его дополнить, предлагайте свои предложения в комментариях.

Знаете ли вы, что еще гениальный Леонардо да Винчи в далеком 1500 году очень интересовался тем, от чего зависит сила трения и что она собой представляет? Странные опыты, которые он проводил, вызывали немалое удивление у его учеников, а чего еще можно было ожидать от людей, видящих, как талантливый ученый таскает по полу веревку, то размотанную во всю длину, то плотно свитую. Эти и другие подобные эксперименты позволили ему чуть позже (в 1519 году) сделать вывод: сила трения, которая появляется при контакте одного тела с поверхностью другого, напрямую зависит от нагрузки (силы прижатия), не зависит от площади взаимодействия и направлена в противоположную от движения сторону.

Открытие формулы

Прошло 180 лет, и модель Леонардо была заново открыта Г. Амонтоном, а в 1781 году Ш. О. Кулон в своих работах дал ей окончательную формулировку. Заслуга этих двух ученых в том, что они ввели такую физическую константу, как коэффициент трения, тем самым позволив вывести формулу, по которой можно вычислить, чему равна сила трения для конкретно взятой пары взаимодействующих материалов. До сих пор именно это выражение

F t = k t х Р, где

Р - сила прижатия (нагрузка), а k t - коэффициент трения, из года в год перекочевывает в различные учебники и пособия по физике, а сами коэффициенты давно уже подсчитаны и содержатся в стандартных инженерных справочниках. Казалось бы, наконец-то с этим явлением наступила полная ясность, однако не тут-то было.

Новые нюансы

В XIX веке ученые убедились в том, что формулировка, предложенная Амонтоном и Кулоном, не является универсальной и абсолютно правильной, а сила трения зависит не только от коэффициентов и прилагаемой нагрузки. Кроме этого, есть еще третий фактор - качество обработки поверхности. В зависимости от того, является она гладкой или шероховатой, сила трения будет принимать разное значение. В принципе, это вполне логично: сдвинуть скользящий предмет намного проще по сравнению со смещением объекта с неровной поверхностью. А в конце XIX века появились новые достижения в изучении вязкости, и стало понятно, как действует сила трения в жидкостях. И хотя смазку трущихся поверхностей использовали с самого начала зарождения техники, лишь в 1886 году благодаря О. Рейнольдсу появилась стройная теория, посвященная смазке.
Так, если ее достаточно, и непосредственно контакта между двумя предметами не происходит, сила трения зависит лишь от ее гидродинамики. А если смазочного вещества недостаточно, то включаются все три механизма: кулонова сила, сила вязкого сопротивления и сила, препятствующая страгиванию с места. Как вы думаете, поставила ли эта теория точку в изучении данного явления? Правильно, нет. На пороге ХХ века оказалось, что на малых скоростях при отсутствии смазки возникает штрибек-эффект. Его суть в том, что когда смазка отсутствует, сила сопротивления не снижается сразу с величины силы трогания до уровня кулоновой силы, а падает постепенно по мере роста скорости. В ХХ веке дальнейшие исследования в этой области принесли так много новой информации, что ее требовалось как-то систематизировать. В результате появилась целая наука - трибология, изучающая, как действует сила трения в природе. Только в США число ученых, работающих в данной сфере, перевалило за одну тысячу человек, а в мире ежегодно на эту тему публикуется свыше 700 статей. Любопытно, что же еще интересного удастся обнаружить ученым? Поживем - увидим!

Не идётся - только едется,

Потому что - гололедица,

Но зато отлично падается!

Почему ж никто не радуется?

Такой наивный детский стишок на первый взгляд - а как много содержит он, если взглянуть на него с физической точки зрения! Ведь именно в нём заключена система противоречивого отношения к пресловутой силе трения. Этот постоянный бой, где соперничают между собой два понятия - вред и польза силы трения, никогда не будет иметь победителя. Ведь то, что одному человеку удобно и выгодно, другому часто бывает совсем даже наоборот - плохо, как в этом стихотворении.

Помните рассказ Николая Носова про ледяную горку, которую строили ребята во дворе? А когда они все ушли обедать, вышел тот, который в строительстве не участвовал. Попытался он забраться на неё, да только ушибся, но забраться так и не смог. И догадался малыш посыпать лёд песком - стало очень удобно забираться на самый верх даже по льду! Так, усилив при помощи песка между скользким льдом и подошвой, мальчик понял, что польза трения позволяет преодолевать препятствия.

Но вот после обеда вышли ребятишки с ледянками, чтобы вволю накататься на своей горке. Ан не тут-то было: не едут санки по песку! Для них эта ситуация повернулась другой стороной, показав вред трения.

Подобные случаи мы наблюдаем зимой, когда мальчишки раскатывают ледяные дорожки и несутся с разбегу по ним, преодолевая расстояние за считанные минуты! А следом ковыляют пожилые люди, поскальзываются на припорошенных снежком накатах и падают, ломая руки и ноги. Вот вам опять наглядные примеры, где в одном и том же случае соседствуют и вред, и польза силы трения.

Именно для уменьшения силы трения лыжники смазывают свои лыжи специальными мазями, чтобы увеличить скорость при движении. Катки, на которых занимаются конькобежцы либо фигуристы, периодически поливают водой и очищают - тоже для уменьшения силы трения. А пешеходные дорожки, напротив, посыпают песком или золой, чтобы никто на них не падал. Некоторые изобретатели-рационализаторы придумали даже приклеивать к подошвам зимних ботинок и сапог кусочки наждачной бумаги как раз с целью увеличения силы трения.

То же самое происходит и с колёсами машин. Ведь не секрет, что с наступлением зимы, водители «обувают» своих железных коней в специальную «зимнюю резину». А иначе без полезной силы трении увеличивается происходит занос машины при поворотах, она юзит, и часто водитель плохо справляется с управлением. А чем кончаются аварии, каждый знает и сам.

Что-то мы всё про зиму, да про лёд, да про падения. А есть ли другие моменты в обыденной жизни, где наглядно можно увидеть, как соревнуются между собой вред и польза силы трения? Конечно, есть! Они повсюду. Даже в нашей с вами комнате.

Вот, например, огромный и тяжёлый шифоньер. Стоит себе, как вкопанный, и не двигается. А если бы вдруг исчезла сила трения, что тогда могло бы произойти? А поехала бы эта громадина от самого лёгкого толчка по комнате! И ещё неизвестно, смогли бы мы успеть увернуться от неё. Хорошая сила трения, полезная!

Но вот мама решила переставить мебель. И нужно передвинуть этот пресловутый шкафище к другой стене. Раз - два, взяли! Три - четыре, поднапряглись! Только всё оказывается бесполезно: чем тяжелее предмет, тем крепче держится за него сила трения. Ужасная, противная силища!

Опять соперничают они между собой - вред и польза силы трения. А не нужно никакого соперничества! Надо просто хорошо знать физические законы и уметь извлекать из этих знаний практическую пользу. Не нужна в данный Значит, следует её уменьшить: сделать соприкасающиеся поверхности более гладкими, скользкими. Кто-то для этого советует намазать пол мылом либо маслом, кто-то подкладывает под ножки тяжёлого предмета мокрую тряпку. И вот уже - раз - два - и готово! Сдвинули довольно легко этакую махину с места.

Сила трения постоянно сопутствует нам на протяжении всей жизни, так же, как Где-то она создаёт нам неудобство, а где-то без неё никак не обойтись. Но как бы то ни было, она существует, и наша задача - научиться пользоваться физическими законами так, чтобы жизнь наша становилась удобнее и комфортнее.

В окружающем нас мире существует множество физических явлений: гром и молния, дождь и град, электрический ток, трение… Именно трению и посвящён наш сегодняшний доклад. Почему возникает трение, на что влияет, от чего зависит сила трения? И, наконец, трение - это друг или враг?

Что такое сила трения?

Немного разбежавшись, можно лихо прокатиться по ледяной дорожке. Но попробуйте сделать это на обычном асфальте. Впрочем, и пробовать не стоит. Ничего не получится. Виновницей вашей неудачи станет очень большая сила трения. По этой же причине сложно сдвинуть с места массивный стол или, скажем, пианино.

В месте соприкосновения двух тел всегда возникает взаимодействие, которое препятствует движению одного тела по поверхности другого. Его и называют трением. А величину этого взаимодействия - силой трения.

Виды сил трения

Представим себе, что вам надо передвинуть тяжелый шкаф. Вашей силы явно не хватает. Увеличим «сдвигающую» силу. Одновременно увеличивается и сила трения покоя. И направлена она в сторону противоположную движения шкафа. Наконец, «сдвигающая» сила «побеждает» и шкаф трогается с места. Теперь в свои права вступает сила трения скольжения. Но она меньше силы трения покоя и дальше шкаф передвигать значительно легче.

Вам, конечно, приходилось наблюдать, как 2-3 человека откатывают в сторону тяжелый автомобиль с внезапно заглохшим двигателем. Люди, толкающие автомобиль, никакие не силачи, просто на колеса автомобиля действует сила трения качения. Этот вид трения возникает при перекатывании одного тела по поверхности другого. Может катиться шарик, круглый или гранёный карандаш, колеса железнодорожного состава и т. д. Этот вид трения гораздо меньше силы трения скольжения. Поэтому совсем легко передвигать тяжелую мебель, если она снабжена колёсиками.

Но, и в этом случае сила трения направлена против движения тела, следовательно, уменьшает скорость тела. Если бы не её «вредный характер», разогнавшись на велосипеде или роликах, можно было бы наслаждаться ездой бесконечно долго. По этой же причине автомобиль с выключенным двигателем ещё какое-то время будет двигаться по инерции, а затем остановится.

Итак, запоминаем, различают 3 вида сил трения:

• трение скольжения;
• трение качения;
• трение покоя.

Быстрота изменения скорости называется ускорением. Но, поскольку, сила трения замедляет движение, то это ускорение будет со знаком «минус». Правильно будет сказать, под действием трения тело движется с замедлением.

Какова природа трения

Если рассмотреть гладкую поверхность полированного стола или льда через лупу (увеличительное стекло), то вы увидите крохотные шероховатости, за которые и цепляется тело, скользящее или катящееся по его поверхности. Ведь подобные выступы есть и у тела, движущегося по этим поверхностям.

В точках соприкосновения молекулы настолько сближаются, что начинают притягиваться друг к другу. Но тело продолжает движение, атомы удаляются друг от друга, сцепки между ними рвутся. Это приводит в колебание освободившиеся от притяжения атомы. Примерно так, как колеблется освобожденная от растяжения пружина. Мы же воспринимаем эти колебания молекул как нагревание. Вот почему трение всегда сопровождается повышением температуры соприкасающихся поверхностей.

Значит, существуют две причины, вызывающие это явление:

• неровности на поверхности соприкасающихся тел;
• силы межмолекулярного притяжения.

От чего зависит сила трения

Вероятно, вам приходилось замечать, резкое торможение санок, если они съезжают на участок, посыпанный песком. И ещё одно интересное наблюдение, когда на санках находится один человек, они проделают, съехав с горки, один путь. А если двое друзей будут съезжать вместе, санки остановятся быстрее. Следовательно, сила трения:

• зависит от материала соприкасающихся поверхностей;
• кроме того, трение возрастает с увеличением веса тела;
• действует в сторону противоположную движению.

Замечательная наука физика еще и тем хороша, что многие зависимости можно выразить не только словами, но и в виде специальных знаков (формул). Для силы трения это выглядит так:

Fтр = kN где:

Fтр - сила трения.

k - коэффициент трения, который отражает зависимость силы трения от материала и чистоты его обработки. Скажем, если металл катится по металлу k=0,18, если вы мчитесь на коньках по льду k= 0,02 (коэффициент трения всегда меньше единицы);

N - это сила, действующая на опору. Если тело находится на горизонтальной поверхности, эта сила равна весу тела. Для наклонной плоскости она меньше веса и зависит от угла наклона. Чем круче горка, тем легче с нее скатиться и дольше можно проехать.

А, высчитав по этой формуле силу трения покоя шкафа, мы узнаем какую силу нужно приложить, чтобы сдвинуть его с места.

Работа силы трения

Если на тело действует сила, под действием которой тело перемещается, то всегда совершается работа. У работы силы трения свои особенности: ведь она не вызывает движение, а препятствует ему. Поэтому, совершаемая ею работа, всегда будет отрицательной, т.е. со знаком «минус», в какую бы сторону не двигалось тело.

Трение - это друг или враг

Силы трения сопровождают нас повсюду, принося ощутимый вред и… огромную пользу. Вообразим, что исчезло трение. Изумленный наблюдатель увидел бы: как рушатся горы, сами по себе выкорчевываются из земли деревья, ураганные ветры и морские волны бесконечно властвуют над землей. Все тела сползают куда-то вниз, транспорт разваливается на отдельные детали, поскольку болты без трения не выполняют свою роль, невидимый безобразник развязал бы все шнурки и узлы, мебель, не удерживаемая силами трения, сползла в самый низкий угол комнаты.

Попытаемся убежать, спастись от этого хаоса, но без трения не сможем сделать, ни шагу. Ведь именно трение помогает нам при ходьбе отталкиваться от земли. Теперь понятно, почему зимой скользкие дороги посыпают песком….

И в то же время иногда трение наносит значительный вред. Люди научились уменьшать и увеличивать трение, извлекая из него огромную пользу. Например, для перетаскивания тяжелых грузов придумали колеса, заменив трение скольжение - качением, которое, значительно меньше трения скольжения.

Потому, что катящемуся телу не приходится цеплять множество мелких неровностей поверхности, как при скольжении тел. Затем снабдили колёса шинами с глубоким рисунком (протекторами).

А вы заметили, что все шины резиновые и чёрные?

Оказывается, резина хорошо удерживает колеса на дороге, а уголь, добавляемый в резину, придает ей чёрный цвет, нужную жёсткость и прочность. Кроме того, позволяет при авариях на дороге, измерить тормозной путь. Ведь при торможении резина оставляет четкий чёрный след.

При необходимости уменьшить трение, используют смазочные масла и сухую графитовую смазку. Замечательным изобретением явилось создание разного вида шарикоподшипников. Их применяют в самых различных механизмах от велосипеда до новейшего самолёта.

Бывает ли трение в жидкостях

Когда тело в воде неподвижно, то трение о воду не происходит. Но стоит ему начать движение, возникает трение, т. е. вода оказывает сопротивление движению в ней любых тел.

Значит, и берег, создавая трение, «тормозит» воду. А, так как трение воды о берег уменьшает её скорость, то на средину реки заплывать не стоит, ведь там течение гораздо сильнее. Рыбы и морские животные имеют такую форму, чтобы трение их тел о воду было минимальным.

Такую же обтекаемость конструкторы придают и подводным лодкам.

Наше знакомство с другими природными явлениями будет продолжаться. До новых встреч, друзья!

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Наука

Европейские ученые предоставили современное объяснение происхождения трения скольжения между твердыми предметами. Несмотря на тот факт, что трение – это одно из основополагающих явлений современной прикладной физики, данный феномен не прекращают изучать уже на протяжении многих веков . Вплоть до наших дней считалось, что механическая износоустойчивость и наличие (или отсутствие) жидкой смазки являются одними из основных факторов, влияющих на трение, однако фундаментальные причины трения скольжения оставались неизвестными.

Доктор Лэйси Макконен, старший научный сотрудник Технического исследовательского центра в Финляндии, представил собственное объяснение происхождения трения скольжения между твердыми предметами. Его теория полностью подтверждает тот факт , что величина трения зависит также от так называемой поверхностной энергии рассматриваемых материалов. При этом трение оказывает значительный эффект на многие явления, с которыми мы сталкиваемся каждый раз (такие как, к примеру, поглощение энергии).

Новая термодинамическая модель, созданная Макконеном, является первой в своем роде, которая дает возможность определить количественные параметры коэффициента трения материалов с учетом поверхностной энергии материалов. Модель, фактически, показывает, что трение возникает при соприкосновении материалов на наноразмерном уровне , являясь следствием формирования новых связей на атомном уровне. Данная теория дополняет объяснение происхождения силы трения и наличия фрикционного нагрева при сухом трении. Ее также можно применить для более точного расчета коэффициентов трения комбинаций различных материалов.

Построенная модель также дает возможность более точно управлять процессами трения посредством выбора определенной поверхности материалов или посредством использования смазочных слоев, учитывая наличие поверхностной энергии между ними . Примечательно, что данная теория подтверждает мнения многих физиков о том, что во всем известных таблицах с представленными в них коэффициентами трения для различных материалов (особенно для однородных) присутствуют заметные неточности.