Изследователска работа „Силата на триене и нейните полезни свойства. Триене Видове сили на триене От какво зависи силата на триене? Триене в механизми и машини Интересни факти

Ако изведнъж искате да преместите тежък предмет, ще стане очевидно, че нещо ви блокира. Силата на триене ще пречи на движението. Срещаме търкания на всяка стъпка. В буквалния смисъл на думата. По-точно, не можем да направим крачка без триене, тъй като силите на триене държат краката ни на повърхността.

Триенето е следствие от много причини, но две са основните. Първо, повърхностите на телата са неравни и назъбените ръбове на една повърхност се придържат към грапавостта на друга. Това е така нареченото геометрично триене. Второ, триещите се тела са в много близък контакт едно с друго и тяхното движение се влияе от взаимодействието на молекулите (молекулно триене).

Има три вида триене: статично триене, плъзгащо триене и триене при търкаляне.

Статична сила на триене - сила, която възниква между две контактуващи тела и предотвратява възникването на относително движение. Тази сила трябва да бъде преодоляна, за да се задвижат две контактуващи тела едно спрямо друго.

Сила на триене при плъзгане - силата, която възниква между телата в контакт по време на тяхното относително движение.

Сила на триене при търкаляне - наричаме съпротивлението, което възниква, когато едно тяло се търкаля по повърхността на друго.

Очевидно всяко явление има плюсове и минуси. И е глупаво да се каже, че триенето не е необходимо, например, защото частите се износват. Но как щяхме да отидем?

По-долу ще се опитам да напиша основните плюсове и минуси, въпреки че знам предварително, че това е трудно да се направи.

Без триене предметите биха се изплъзвали от ръцете ни и ние не бихме могли да ходим по земята, а само щяхме да се плъзгаме (смея да кажа, като охлюви).
Триенето е основната, понякога единствената сила, която може да спре движещо се тяло.
Триенето предотвратява изправянето на нишките и разпадането на тъканта на отделни нишки.
Получаване на огън по примитивен начин.

Триенето е фактор, който прехвърля част от енергията, придадена на системата (например вибрация), в топлина, докато цялата тази енергия се изразходва. Например, когато една люлка се люлее, тя рано или късно ще спре, ако не се предприемат никакви действия.
Статичното триене е основната пречка за преместването на тежък предмет от мястото му.
Триенето причинява намаляване на производителността на частите и възлите на механизмите, влошаване на качеството на повърхностите и, като следствие, рязко намаляване на ефективността, в някои случаи повреда на части и възли или дори на целия механизъм като цяло.

Осъзнавам, че това разделение е чисто ежедневие. Всеки плюс може да се превърне в минус, а минусът в плюс. Със сигурност мога да кажа, че определено не можем без търкания. Можем да кажем, че ни пречи, но не забравяйте колко пъти е помагало. Просто не мислим за това. И вероятно би си струвало, въпреки че това е философски въпрос.

Ако смятате, че списъкът е непълен и искате да го допълните, моля, дайте вашите предложения в коментарите.

Знаете ли, че през 1500 г. гениалният Леонардо да Винчи се е интересувал от какво зависи и какво представлява силата на триене? Странните експерименти, които той проведе, предизвикаха голяма изненада сред учениците му, а какво друго можеше да се очаква от хората, които видят талантлив учен да влачи въже по пода, или размотано до цялата му дължина, или стегнато навито. Тези и други подобни експерименти му позволиха малко по-късно (през 1519 г.) да заключи: силата на триене, която се появява, когато едно тяло влезе в контакт с повърхността на друго, директно зависи от натоварването (сила на натиск), не зависи от зоната на взаимодействие и е насочена в обратна посока от страната на движение.

Отваряне на формулата

Изминаха 180 години и моделът на Леонардо беше преоткрит от Г. Амонтон, а през 1781 г. С. О. Кулон му даде окончателната формулировка в своите трудове. Заслугата на тези двама учени е, че те въведоха такава физическа константа като коефициента на триене, като по този начин направиха възможно извличането на формула, която може да се използва за изчисляване на какво е равна силата на триене за конкретна двойка взаимодействащи материали. Досега е този израз

F t = k t x P, където

P е силата на натиск (натоварване), а k t е коефициентът на триене, който мигрира от година на година към различни учебници и ръководства по физика, а самите коефициенти отдавна са изчислени и се съдържат в стандартните инженерни справочници. Изглежда, че този феномен най-накрая е станал напълно ясен, но това не беше така.

Нови нюанси

През 19 век учените се убеждават, че формулировката, предложена от Амонтон и Кулон, не е универсална и абсолютно правилна и силата на триене зависи не само от коефициентите и приложеното натоварване. Освен това има и трети фактор - качеството на повърхностната обработка. В зависимост от това дали е гладка или грапава, силата на триене ще приеме различна стойност. По принцип това е съвсем логично: преместването на плъзгащ се обект е много по-лесно в сравнение с преместването на обект с неравна повърхност. И в края на 19 век се появиха нови постижения в изследването на вискозитета и стана ясно как действа силата на триене в течности. И въпреки че смазването на триещите се повърхности се използва от самото начало на технологията, едва през 1886 г., благодарение на О. Рейнолдс, се появява последователна теория, посветена на смазването.
Така че, ако има достатъчно от него и няма пряк контакт между два обекта, силата на триене зависи само от неговата хидродинамика. И ако няма достатъчно смазка, тогава се активират и трите механизма: силата на Кулон, силата на вискозното съпротивление и силата, която не позволява да се отдалечи. Смятате ли, че тази теория е сложила край на изследването на този феномен? Точно така, не. На прага на двадесети век се оказа, че при ниски обороти и липса на смазване се получава ефект на ивици. Същността му е, че когато няма смазване, съпротивителната сила не намалява веднага от началната сила до нивото на кулоновата сила, а намалява постепенно с увеличаване на скоростта. През двадесети век по-нататъшните изследвания в тази област донесоха толкова много нова информация, че тя трябваше да бъде систематизирана по някакъв начин. В резултат на това се появи цяла наука - трибология, която изучава как действа силата на триене в природата. Само в САЩ броят на учените, работещи в тази област, е надхвърлил хиляда души, а по света се публикуват повече от 700 статии годишно по тази тема. Чудя се какви още интересни неща ще могат да открият учените? Изчакай и виж!

Не върви - просто върви,

Защото е ледено

Но пада страхотно!

Защо никой не е доволен?

На пръв поглед толкова наивна детска песен - но колко много съдържа, ако я погледнете от физическа гледна точка! В края на краищата именно в него се съдържа системата от противоречиви отношения към прословутата сила на триене. Тази постоянна битка, в която се съревновават две концепции – вреда и полза от триенето, никога няма да има победител. В края на краищата това, което е удобно и полезно за един човек, често е точно обратното за друг - лошо, както в това стихотворение.

Помните ли историята на Николай Носов за ледената пързалка, която момчетата построиха в двора? И когато всички тръгнаха да обядват, излезе този, който не участваше в строежа. Той се опита да се качи на него, но само се нарани, но не можа да се качи. И детето се досети да поръси пясък върху леда - стана много удобно да се изкачи до самия връх, дори и на лед! Така, използвайки пясък, за да подсили пространството между хлъзгавия лед и подметката, момчето осъзна, че ползите от триенето правят възможно преодоляването на препятствията.

Но след обяда децата излязоха с кубчета лед, за да се насладят на пързалката. Но това не е така: шейните не се движат по пясък! За тях тази ситуация се обърна в друга посока, показвайки вредата от триенето.

Виждаме подобни случаи през зимата, когато момчета разточват ледени пътеки и тичат по тях, изминавайки разстоянието за минути! А зад тях възрастни хора куцукат, подхлъзват се по напрашените от сняг склонове и падат, чупейки си ръцете и краката. Ето отново ясни примери, когато в един и същ случай съществуват едновременно вредата и ползата от силата на триене.

За да намалят триенето, скиорите смазват ските си със специални мехлеми, за да увеличат скоростта при движение. Пързалките, използвани от състезатели по скоростно или фигурно пързаляне, периодично се напояват и почистват, също за да се намали триенето. Напротив, пешеходните пътеки се посипват с пясък или пепел, така че никой да не падне върху тях. Някои изобретатели и новатори дори излязоха с идеята да залепят парчета шкурка върху подметките на зимни ботуши и ботуши, само за да увеличат силата на триене.

Същото се случва и с автомобилните колела. Не е тайна, че с настъпването на зимата шофьорите „обуват“ своите железни коне в специални „зимни гуми“. В противен случай, без полезна сила на триене, колата буксува при завиване, буксува и често водачът има лош контрол. И всеки сам знае как завършват катастрофите.

Всички говорим за зима, за лед и за падане. Има ли други моменти в ежедневието, в които можете ясно да видите как вредата и ползата от триенето се конкурират една с друга? Разбира се, че има! Те са навсякъде. Дори в нашата стая с теб.

Ето, например, огромен и тежък гардероб. Той стои вкоренен на място и не мърда. И ако силата на триене внезапно изчезне, какво може да се случи тогава? И това огромно нещо щеше да се движи из стаята с най-малкото натискане! И остава да видим дали щяхме да успеем да го избегнем навреме. Добра сила на триене, полезно!

Но майка ми реши да пренареди мебелите. И трябва да преместите този прословут килер на друга стена. Едно, две, вземи! Три-четири, стегни се! Само всичко се оказва безполезно: колкото по-тежък е предметът, толкова по-силна е силата на триене върху него. Ужасна, гадна сила!

Отново се състезават помежду си - вредата и ползата от триенето. Няма нужда от никакво състезание! Просто трябва да познавате добре физичните закони и да можете да извлечете практическа полза от това знание. В момента не е необходимо Това означава, че трябва да се намали: направете контактните повърхности по-гладки и хлъзгави. За да направите това, някои съветват да нанесете сапун или масло на пода, докато други поставят мокър парцал под краката на тежък предмет. И сега - един или два - и готово! Доста лесно преместиха този колос от мястото му.

Силата на триене ни съпътства постоянно през целия ни живот, както някъде ни създава неудобства, а някъде не можем без нея. Но както и да е, той съществува и нашата задача е да се научим да използваме физическите закони, така че животът ни да стане по-удобен и комфортен.

В света около нас има много физически явления: гръмотевици и светкавици, дъжд и градушка, електрически ток, триене... Нашият доклад днес е посветен на триенето. Защо възниква триенето, какво влияе, от какво зависи силата на триене? И накрая, приятел ли е триенето или враг?

Какво е сила на триене?

Като се изкачите малко, можете да се втурнете по ледената пътека. Но опитайте да го направите на обикновен асфалт. Въпреки това, не си струва да опитвате. Нищо няма да се получи. Виновникът за вашия провал ще бъде много голяма сила на триене. По същата причина е трудно да преместите масивна маса или, да речем, пиано.

В точката на контакт на две тела винаги възниква взаимодействие,което възпрепятства движението на едно тяло по повърхността на друго. Нарича се триене. И големината на това взаимодействие е силата на триене.

Видове сили на триене

Нека си представим, че трябва да преместите тежък шкаф. Силата ви явно не е достатъчна. Нека увеличим "срязващата" сила. В същото време силата на триене се увеличава мир.И е насочена в посока, обратна на движението на шкафа. Накрая "срязващата" сила "побеждава" и шкафът се отдалечава. Сега силата на триене влиза в сила приплъзване.Но тя е по-малка от силата на статично триене и преместването на шкафа по-нататък е много по-лесно.

Вие, разбира се, ви се е налагало да гледате как 2-3 души търкалят тежка кола с внезапно загаснал двигател. Хората, които бутат колата, не са силни хора, силата на триене просто действа върху колелата на колата валцуване.Този тип триене възниква, когато едно тяло се търкаля по повърхността на друго. Топка, кръгъл или фасетиран молив, колела на влак и т.н. могат да се търкалят. Този вид триене е много по-малък от силата на триене при плъзгане. Поради това е много лесно да преместите тежки мебели, ако са оборудвани с колела.

Но в този случай силата на триене е насочена срещу движението на тялото, следователно намалява скоростта на тялото. Ако не беше неговата „вредна природа“, след като сте ускорили на велосипед или ролкови кънки, можете да се насладите на пътуването за неопределено време. По същата причина автомобил с изключен двигател ще се движи известно време по инерция и след това ще спре.

И така, не забравяйте, че има 3 вида сили на триене:

триене при плъзгане;
триене при търкаляне;
статично триене.

Скоростта, с която се променя скоростта, се нарича ускорение. Но тъй като силата на триене забавя движението, това ускорение ще има знак минус. Би било правилно да се каже Под въздействието на триенето тялото се движи със забавяне.

Каква е природата на триенето

Ако разгледате гладката повърхност на полирана маса или лед през лупа, ще видите малки грапавини, към които се придържа тялото, което се плъзга или търкаля по повърхността му. В крайна сметка тялото, движещо се по тези повърхности, също има подобни издатини.

В точките на контакт молекулите се приближават толкова много, че започват да се привличат. Но тялото продължава да се движи, атомите се отдалечават един от друг, връзките между тях се късат. Това кара освободените от привличане атоми да вибрират. Приблизително по начина, по който осцилира освободена от напрежение пружина. Ние възприемаме тези вибрации на молекулите като нагряване. Ето защо триенето винаги е придружено от повишаване на температурата на контактните повърхности.

Това означава, че има две причини, причиняващи това явление:

неравности по повърхността на контактуващите тела;
сили на междумолекулно привличане.

От какво зависи силата на триене?

Вероятно сте забелязали внезапното спиране на шейната, когато се плъзне върху пясъчна зона. И още едно интересно наблюдение: когато има един човек на шейната, той ще тръгне в една посока надолу по хълма. И ако двама приятели се плъзгат заедно, шейната ще спре по-бързо. Следователно силата на триене е:

зависи от материала на контактните повърхности;
в допълнение, триенето се увеличава с увеличаване на телесното тегло;
действа в посока, обратна на движението.

Чудесната наука физика също е добра, защото много зависимости могат да бъдат изразени не само с думи, но и под формата на специални знаци (формули). За силата на триене изглежда така:

Ftr = kN Където:

Ftr - сила на триене.

к - коефициент на триене, който отразява зависимостта на силата на триене от материала и чистотата на неговата обработка. Да речем, ако металът се търкаля върху метал k=0,18, ако се пързаляте на лед k=0,02 (коефициентът на триене винаги е по-малък от единица);

н е силата, действаща върху опората. Ако тялото е върху хоризонтална повърхност, тази сила е равна на теглото на тялото. За наклонена равнина е по-малко тегло и зависи от ъгъла на наклона. Колкото по-стръмна е пързалката, толкова по-лесно е да се плъзнете надолу и толкова по-дълго можете да карате.

И като изчислим силата на статично триене на шкафа, използвайки тази формула, ще разберем каква сила трябва да се приложи, за да се премести от мястото му.

Работа на силата на триене

Ако върху едно тяло действа сила, под въздействието на която тялото се движи, то винаги се извършва работа. Работата на силата на триене има свои собствени характеристики: в крайна сметка тя не предизвиква движение, а го предотвратява. Следователно работата, която върши, е винаги ще бъде отрицателен, т.е. със знак минус,без значение в каква посока се движи тялото.

Приятел или враг ли е триенето?

Силите на триене ни съпътстват навсякъде, носейки осезаема вреда и... огромна полза. Нека си представим, че триенето е изчезнало. Изумен наблюдател би видял как планините се срутват, дърветата сами се изтръгват от земята, ураганните ветрове и морските вълни безкрайно доминират над земята. Всички тела се плъзгат някъде надолу, транспортът се разпада на отделни части, тъй като болтовете не изпълняват ролята си без триене, невидимо чудовище би развързало всички връзки и възли, мебелите, които не се държат от сили на триене, са се плъзна в най-долния ъгъл на стаята.

Нека се опитаме да избягаме, да избягаме от този хаос, но без триене Няма да можем да направим нито една крачка.В края на краищата именно триенето ни помага да се оттласнем от земята при ходене. Сега е ясно защо хлъзгавите пътища са покрити с пясък през зимата...

И в същото време понякога триенето причинява значителна вреда. Хората са се научили да намаляват и увеличават триенето, извличайки огромни ползи от това. Например, колелата са изобретени, за да теглят тежки товари, заменяйки триенето при плъзгане с търкаляне, което е значително по-малко от триенето при плъзгане.

Тъй като търкалящото се тяло не трябва да хваща много малки повърхностни неравности, както когато телата се плъзгат. Тогава колелата бяха оборудвани с гуми с дълбока шарка (протектори).

Забелязали ли сте, че всички гуми са гумени и черни?

Оказва се, че гумата държи колелата добре на пътя, а въглищата, добавени към гумата, й придават черен цвят и необходимата твърдост и здравина. Освен това, в случай на инциденти на пътя, ви позволява да измервате спирачния път. В крайна сметка при спиране гумите оставят ясна черна следа.

Ако е необходимо, намалете триенето, използвайте смазочни масла и суха графитна смазка. Забележително изобретение е създаването на различни видове сачмени лагери. Те се използват в голямо разнообразие от механизми, от велосипеди до най-новите самолети.

Има ли триене в течности?

Когато тялото е неподвижно във вода, не се получава триене с водата. Но веднага щом започне да се движи, възниква триене, т.е. Водата се съпротивлява на движението на всякакви тела в нея.

Това означава, че брегът, създавайки триене, "забавя" водата. И тъй като триенето на водата в брега намалява нейната скорост, не трябва да плувате в средата на реката, защото там течението е много по-силно. Рибите и морските животни са оформени по такъв начин, че триенето на телата им във водата да е минимално.

Дизайнерите придават същата рационализация на подводниците.

Запознаването ни с други природни феномени ще продължи. До нови срещи, приятели!

Ако това съобщение е било полезно за вас, ще се радвам да ви видя

Науката

Европейски учени дадоха съвременно обяснение за произхода на триенето при плъзгане между твърдите тела. Въпреки факта, че триенето е един от фундаменталните феномени на съвременната приложна физика, Този феномен не спира да се изучава в продължение на много векове.. До днес се смяташе, че устойчивостта на механично износване и наличието (или липсата) на течно смазване са сред основните фактори, влияещи върху триенето, но основните причини за триенето при плъзгане остават неизвестни.

Д-р Лейси Маконен, старши изследовател в Центъра за технически изследвания във Финландия, представи собственото си обяснение за произхода на триенето при плъзгане между твърди обекти. Неговата теория напълно потвърждава фактаче големината на триенето зависи и от така наречената повърхностна енергия на въпросните материали. Освен това триенето оказва значително влияние върху много явления, с които се сблъскваме всеки път (като например поглъщането на енергия).

Новият термодинамичен модел на Makkonen е първият по рода си, който количествено определя коефициента на триене на материалите, като взема предвид повърхностната енергия на материалите. Моделът всъщност показва това триенето възниква, когато материалите влязат в контакт на ниво наномащаб, като следствие от образуването на нови връзки на атомно ниво. Тази теория допълва обяснението за произхода на силата на триене и наличието на фрикционно нагряване при сухо триене. Може да се използва и за по-точно изчисляване на коефициентите на триене на комбинации от различни материали.

Конструираният модел също така дава възможност за по-точно управление на процесите на триене чрез избор на специфична повърхност от материали или чрез използване на смазочни слоеве, отчитайки наличието на повърхностна енергия между тях. Трябва да се отбележи, че тази теория потвърждава мнението на много физици, че в известните таблици с коефициенти на триене, представени в тях за различни материали (особено за хомогенни), има забележими неточности.