Как найти коэффициент трения для разных видов трения?

Явление трения в жизни человека играет как положительную, так и отрицательную роль. С одной стороны, без его присутствия было бы невозможным движение, с другой же стороны, из-за трения происходят огромные потери энергии и рабочих материалов. В статье рассмотрим с точки зрения физики, что собой представляет трение, а также как найти коэффициент трения.

Явление трения

Трение — это контактное явление, которое возникает в зоне соприкосновения различных тел, и которое оказывает противодействие любому их взаимному движению.

В механике движения твердых тел выделяют три вида трения:

• действующее в покое;
• действующее во время скольжения поверхностей друг по другу;
• возникающее при качении тел.

Трение покоя возникает, когда мы прикладываем внешнюю касательную к поверхности силу к телу, чтобы сдвинуть его с места. Яркими примерами трения скольжения является скольжение лыж по снегу. Наконец, трение во время качения проявляет себя, когда колесо транспортного средства катится по дороге.

Формула для определения силы трения

В физике перечисленные виды трения описываются одной и той же формулой при расчете действующих сил. Эта формула имеет следующий вид:

F_t = µ * N.

Сила трения F_t равна произведению коэффицента трения µ на реакцию опоры N. При рассмотрении соответствующего вида трения меняется только значение коэффициента µ, который является величиной безразмерной.

В случае сил трения покоя и скольжения величина µ составляет порядка десятых долей единицы. Зависит µ от контактирующих материалов, от шероховатости их поверхности, и не зависит от площади контакта или скорости скольжения.

Для трения качения коэффициент µ (его принято обозначать C_R) зависит от характеристик упругости катящегося тела, от его твердости, от радиуса качения и некоторых других факторов. Для большинства материалов величина этого коэффициента для качения составляет сотые и тысячные доли от единицы.

Поскольку влияющих на величину µ факторов много, то определенной математической формулы для его расчета не существует. Отвечая на вопрос, как найти трения коэффициент, следует сказать, что его измеряют экспериментально.

Определение коэффициента µ

В этом пункте рассмотрим два способа практического определения величины µ на примере трения скольжения и покоя.

Первый способ, дающий ответ на вопрос, как найти коэффициент трения, заключается в помещении на горизонтальную плоскость бруска, к которому прикреплен динамометр. Брусок и плоскость изготовлены из исследуемой пары материалов, например, из стекла и дерева. Перемещая равномерно брусок, взявшись за динамометр, можно определить силу скольжения F_t. Зная массу m бруска, коэффициент µ рассчитывают так:

µ = F_t / (m * g).

Второй способ удобен для определения µ для трения покоя. Для этого необходимо поместить на горизонтальную плоскость брусок. Затем, следует медленно поднимать один конец плоскости, наклоняя ее на некоторый угол к горизонту. При определенном угле θ брусок начнет соскальзывать с поверхности. Измерив этот угол, коэффициент трения µ можно определить из равенства:

µ = tg(θ).

Измерение µ для трения качения предполагает использование более сложной установки, которая называется наклонным маятником. Расчет µ в этом случае выполняется при помощи исследования уравнений динамики движения.

Как найти коэффициент трения для разных видов трения?

Явление трения в жизни человека играет как положительную, так и отрицательную роль. С одной стороны, без его присутствия было бы невозможным движение, с другой же стороны, из-за трения происходят огромные потери энергии и рабочих материалов. В статье рассмотрим с точки зрения физики, что собой представляет трение, а также как найти коэффициент трения.

Явление трения

Трение — это контактное явление, которое возникает в зоне соприкосновения различных тел, и которое оказывает противодействие любому их взаимному движению.

В механике движения твердых тел выделяют три вида трения:

• действующее в покое;
• действующее во время скольжения поверхностей друг по другу;
• возникающее при качении тел.

Трение покоя возникает, когда мы прикладываем внешнюю касательную к поверхности силу к телу, чтобы сдвинуть его с места. Яркими примерами трения скольжения является скольжение лыж по снегу. Наконец, трение во время качения проявляет себя, когда колесо транспортного средства катится по дороге.

Формула для определения силы трения

В физике перечисленные виды трения описываются одной и той же формулой при расчете действующих сил. Эта формула имеет следующий вид:

F_t = µ * N.

Сила трения F_t равна произведению коэффицента трения µ на реакцию опоры N. При рассмотрении соответствующего вида трения меняется только значение коэффициента µ, который является величиной безразмерной.

В случае сил трения покоя и скольжения величина µ составляет порядка десятых долей единицы. Зависит µ от контактирующих материалов, от шероховатости их поверхности, и не зависит от площади контакта или скорости скольжения.

Для трения качения коэффициент µ (его принято обозначать C_R) зависит от характеристик упругости катящегося тела, от его твердости, от радиуса качения и некоторых других факторов. Для большинства материалов величина этого коэффициента для качения составляет сотые и тысячные доли от единицы.

Поскольку влияющих на величину µ факторов много, то определенной математической формулы для его расчета не существует. Отвечая на вопрос, как найти трения коэффициент, следует сказать, что его измеряют экспериментально.

Определение коэффициента µ

В этом пункте рассмотрим два способа практического определения величины µ на примере трения скольжения и покоя.

Первый способ, дающий ответ на вопрос, как найти коэффициент трения, заключается в помещении на горизонтальную плоскость бруска, к которому прикреплен динамометр. Брусок и плоскость изготовлены из исследуемой пары материалов, например, из стекла и дерева. Перемещая равномерно брусок, взявшись за динамометр, можно определить силу скольжения F_t. Зная массу m бруска, коэффициент µ рассчитывают так:

µ = F_t / (m * g).

Второй способ удобен для определения µ для трения покоя. Для этого необходимо поместить на горизонтальную плоскость брусок. Затем, следует медленно поднимать один конец плоскости, наклоняя ее на некоторый угол к горизонту. При определенном угле θ брусок начнет соскальзывать с поверхности. Измерив этот угол, коэффициент трения µ можно определить из равенства:

µ = tg(θ).

Измерение µ для трения качения предполагает использование более сложной установки, которая называется наклонным маятником. Расчет µ в этом случае выполняется при помощи исследования уравнений динамики движения.

Как определить коэффициент трения скольжения?

f=Fтрmax/Rn, где Fтрmax — модуль максимальной силы трения скольжения, Rn — нормальная реакция в момент начала скольжения одного тела по поверхности другого. Коэффициент трения зависит от материалов, из которых состоят взаимодействующие тела при их относительном перемещении, а также от степени шероховатости их поверхностей.

посмотреть в справочние или из формулы: Fтр = мю* N отсюда мю= Fтр\N

Коффициент трения определяется по формуле = сила трения делить на силу реакции опры. если тело находится на предельном уклоне, то просто высоту поделить на основание (перпендикулярный катет на горизонтальный)

Открой в интернете справочный материал и прочитай. Там ты узнаешь все подробно.

Если брусок тянут с помощью динамометра с постоянной скоростью, то динамометр показывает модуль силы трения скольжения (Fтр). Здесь сила упругости пружины динамометра уравновешивает силу трения скольжения. С другой стороны, сила трения скольжения зависит от силы нормальной реакции опоры (N), которая возникает в следствие действия веса тела. Чем вес больше, тем больше сила нормальной реакции. И чем больше сила нормальной реакции, тем больше сила трения. Между этими силами существует прямая пропорциональная зависимость, которую можно выразить формулой: Fтр = μN Здесь μ – это коэффициент 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 — безразмерная величина. Для разных пар поверхностей μ имеет разное значение. Так, например, деревянные предметы трутся друг о друга с коэффициентом от 0,2 до 0,5 (в зависимости от вида деревянных поверхностей). Это значит, что если сила нормальной реакции опоры 1 Н, то при движении сила трения скольжения может составить значение, лежащее в промежутке от 0,2 Н до 0,5 Н. Из формулы Fтр = μN следует, что зная силы трения и нормальной реакции, можно определить коэффициент трения для любых поверхностей: μ = Fтр/N Сила нормальной реакции опоры зависит от веса тела. Она равна ему по модулю, но противоположна по направлению. Вес тела (P) можно вычислить, зная массу тела. Таким образом, если не учитывать векторность величин, можно записать, что N = P = mg. Тогда коэффициент трения находится по формуле: μ = Fтр / (mg) Например, если известно, что сила трения тела массой 5 кг, движущегося по поверхности, равна 12 Н, то можно найти коэффициент трения: μ = 12 Н / (5 кг ∙ 9,8 Н/кг) = 12 Н / 49 Н ≈ 0,245.

Как найти коэффициент трения?

Трение — достаточно сложный процесс работы твердых тел в процессе относительного движения или во время движения тела в жидкой или газообразной форме. Как найти коэффициент силы трения? Он напрямую зависит от материала поверхностей трения, качества обработки и огромного количества остальных факторов. Очень часто в задачах по физике необходимо узнать, как найти коэффициент трения скольжения?. Постараемся ответить на этот вопрос.

• Если тело движется по горизонтальной части поверхности другого тела, то реакция опоры направлена перпендикулярно к данной плоскости скольжения. По закону Кулона F = kN, где N – это сила реакции опоры, а k – коэффициент трения. Преобразуем эту формулу в N = Fтяж = mg, так как реакция опоры направлена строго вертикально.
• Также коэффициент трения можно рассчитать по следующей формуле k = Fтр/N = Fтр/mg. Здесь нам должна быть известна сила трения скольжения. Её можно найти, если нам известно ускорение а. Немного преобразовав формулу, получим k = (F-ma)/N. Из этого следует, что коэффициент трения – величина безразмерная.
• Еще один способ нахождения коэффициента трения заключается в следующем. Если тело скользит по наклонной плоскости, к примеру, с блока, то угол наклона плоскости принимается равным φ. N – это сила реакции опоры, которая направлена перпендикулярно указанной плоскости. Уравнение движения тела, согласно закону Ньютона, записывается следующим образом: N = mg*cosφ, mg*sinφ-Fтр = mg*sinφ-kN = ma. Преобразовываем данное уравнение и получаем: g*sinφ-kg*cosφ = a. Теперь становится видно, что k = (g*sinφ-a)/(g*cosφ).
• Рассмотрев достаточно известный частный случай соскальзывания предмета по наклонной плоскости, в котором а=0 или, иными словами, тело движется прямолинейно и равномерно. В таком случае уравнение движения представляет собой g*sinφ-kg*cosφ = 0. Выражаем коэффициент k = tgφ. Отсюда видно, что для того, чтобы найти коэффициент скольжения, достаточно просто узнать тангенс угла наклона.

Теперь вы с легкость сможете рассказать всем, как найти коэффициент трения несколькими способами.

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ — это… Что такое КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ?



КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ, количественная характеристика силы, необходимой для скольжения или движения одного материала по поверхности другого. Если обозначить вес предмета как N, а коэффициент ТРЕНИЯ — m, то сила (F), необходимая для движения предмета по ровной поверхности без ускорения, равна F = mN. Коэффициент трения покоя определяет силу, необходимую для начала движения; коэффициент кинетического трения (трения движения) определяет (меньшую) силу, необходимую для поддержания движения.

Научно-технический энциклопедический словарь.

• КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
• КОЭФФИЦИЕНТ

Смотреть что такое «КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ» в других словарях:

• коэффициент трения — Отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. [ГОСТ 27674 88] Тематики трение, изнашивание и смазка EN coefficient of friction …   Справочник технического переводчика

• коэффициент трения — 3.1 коэффициент трения: Отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. Источник: СТ ЦКБА 057 2008: Арматура трубопроводная. Коэффициенты трения в узлах арматуры 3.1 коэффициент трения: Отношение силы трения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Коэффициент трения — Трение процесс взаимодействия твёрдых тел при их относительном движении (смещении) либо при движении твердого тела в жидкой или газообразной среде. По другому называется фрикционным взаимодействием (англ. friction). Изучением процессов трения… …   Википедия

• Коэффициент трения — Coefficient of friction Коэффициент трения. Безразмерное отношение силы трения (F) между двумя телами к нормальной силе (N) сжимающей эти тела: (или f = F/N). (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО… …   Словарь металлургических терминов

• коэффициент трения — trinties faktorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Trinties jėgos ir statmenai kūno judėjimo arba galimo judėjimo kryčiai veikiančios jėgos dalmuo. atitikmenys: angl. friction coefficient; friction factor; frictional… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• коэффициент трения — trinties faktorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. friction coefficient; friction factor; frictional factor vok. Reibungsfaktor, m; Reibungskoeffizient, m; Reibungszahl, f rus. коэффициент трения, m pranc. coefficient de friction, m;… …   Fizikos terminų žodynas

• коэффициент трения — [friction factor] отношение силы трения к силе нормального давления, например, при прокатке, волочении, прессовании и других видах обработки металлов; обозначется f и изменяется в достаточно широких пределах. Так, при прокатке f= 0,03 0,5. В… …   Энциклопедический словарь по металлургии

• коэффициент трения — coefficient of (static) friction Отношение предельной силы трения к нормальной реакции. Шифр IFToMM: 3.5.50 Раздел: ДИНАМИКА МЕХАНИЗМОВ …   Теория механизмов и машин

• коэффициент трения (металлургия) — коэффициент трения Безразмерное отношение силы трения (F) между двумя телами к нормальной силе (N) сжимающей эти тела: (или f = F/N). [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом EN foefficient of friction …   Справочник технического переводчика

• коэффициент трения потока — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN flow friction characteristics …   Справочник технического переводчика

Коэффициент сопротивления, формула и примеры

Коэффициент сопротивления дает возможность учитывать потери энергии при движении тела. Чаще всего рассматривают два типа движения: движение по поверхности и движение в веществе (жидкости или газе). Если рассматривают движение по опоре, то обычно говорят о коэффициенте трения. В том случае, если рассматривают движение тела в жидкости или газе, то имеют в виду коэффициент сопротивления формы.

Определение коэффициента сопротивления (трения) скольжения

Речь идет о коэффициенте трения скольжения, который зависит от совокупных свойств трущихся поверхностей и является безразмерной величиной. Коэффициент трения зависит от: качества обработки поверхностей, трущихся тел, присутствия на них грязи, скорости движения тел друг относительно друга и т.д. Коэффициент трения определяют эмпирически (опытным путем).

Определение коэффициент сопротивления (трения) качения

Данный коэффициент, имеет размерность длины. Основной его единицей в системе СИ будет метр.

Определение коэффициента сопротивления формы

Иногда, если рассматривают движение вытянутого тела, то считают:

   

где V — объем тела.

Рассматриваемый коэффициент сопротивления является безразмерной величиной. Он не учитывает эффектов на поверхности тел, поэтому формула (3) может стать не пригодна, если рассматривается вещество, которое имеет большую вязкость. Коэффициент сопротивления (C) является постоянной величиной пока число Рейнольдса (Re) является неизменным. В общем случае .

Если тело имеет острые ребра, то эмпирически получено, что для таких тел коэффициент сопротивления остается постоянным в широкой области чисел Рейнольдса. Так опытным путем получено, что для круглых пластинок поставленных поперек воздушного потока, при значения коэффициента сопротивления находятся в пределах от 1,1 до 1,12. При уменьшении числа Рейнольдса () закон сопротивления переходит в закон Стокса, который для круглых пластинок имеет вид:

   

Сопротивление шаров было исследовано для широкой области чисел Рейнольдса до Для получили:

   

При , .

В справочниках представлены коэффициенты сопротивления для круглых цилиндров, шаров и круглых пластинок в зависимости от числа Рейнольдса.

В авиационной технике задача о нахождении формы тела с минимальным сопротивлением имеет особое значение.

Примеры решения задач

Как найти силу трения?

Из известных нам видов сил трения (трение покоя, трение скольжения, трение качения) в данной задаче мы имеем дело с трением скольжения. При решении задач, в которых требуется найти силу трения скольжения и коэффициент трения в классической механике, обычно используют законы Ньютона (см.  разделы«Первый закон Ньютона», «Второй закон Ньютона«, «Третий закон Ньютона«) и уравнение связи между силой трения () и силой реакции опоры ():

   

Для решения задачи достаточно рассмотреть скольжение бруска по горизонтальному участку поверхности. В соответствии со вторым законом Ньютона в качестве уравнения движения мы имеем выражение:

   

За начало координат примем точку начала горизонтального участка пути рассматриваемого тела. Ось X направим по движению бруска, ось Y будет перпендикулярна оси X и совпадет по направлению с вектором силы реакции опоры. В таком случае уравнение (2) в проекциях на оси получит вид:

   

   

Для того чтобы найти силу трения воспользуемся формулой ускорения при равнопеременном движении (подробнее см. раздел «Формула ускорения»):

   

где учтено, что конечная скорость тела равна нулю.
Используя формулу для перемещения при равнопеременном движении (см. раздел «Формула пути») и выражение (5) для нашей задачи получаем:

   

Подставим выражение для ускорения (6) в формулу для силы трения (3), имеем:

   

Для того, чтобы найти коэффициент трения () используем уравнение связи (1) и формулы (3) и (4), получаем:

   

Ответ: . .