В проекции на ось Y (данная ось параллельна силе реакции опоры) из уравнения (1.1) получим:

В проекции на ось X имеем:

Так как можно принять, что:

то получаем:

Ответ. $\mu=\operatorname{tg}(\alpha)$

Читать дальше: Формула силы тяжести.

Как найти коэффициент трения если известно ускорение. Как определить коэффициент трения скольжения? Единицы измерения силы трения

Определение

Силой трения называют силу, которая возникает при относительном перемещении (или попытке перемещения) тел и является результатом сопротивления движению окружающей среды или других тел.

Силы трения возникают тогда, когда соприкасающиеся тела (или их части) перемещаются относительно друг друга. При этом трение, которое появляется при относительном перемещении соприкасающихся тел, называют внешним. Трение, возникающее между частями одного сплошного тела (газ, жидкость) названо внутренним.

Сила трения – это вектор, который имеет направление вдоль касательной к трущимся поверхностям (слоям). При этом эта сила направлена в сторону противодействия относительному смещению этих поверхностей (слоев). Так, если два слоя жидкости перемещаются друг по другу, при этом движутся с различными скоростями, то сила, которая приложена к слою, перемещающемуся с большей скоростью, имеет направление в сторону, которая противоположна движению. Сила же, которая воздействует на слой, который движется с меньшей скоростью, направлена по движению.

Виды трения

Трение, которое возникает между поверхностями твердых тел, называют сухим. Оно возникает не только при скольжении поверхностей, но и при попытке вызвать перемещение поверхностей. При этом возникает сила трения покоя. Внешнее трение, которое появляется между движущимися телами, называют кинематическим.

Законы сухого трения говорят о том, что максимальная сила трения покоя и сила трения скольжения не зависят от площади поверхностей соприкосновения соприкасающихся тел, подверженных трению. Эти силы пропорциональны модулю силы нормального давления (N), которая прижимает трущиеся поверхности:

где – безразмерный коэффициент трения (покоя или скольжения). Данный коэффициент зависит от природы и состояния поверхностей трущихся тел, например от наличия шероховатостей. Если трение возникает как результат скольжения, то коэффициент трения является функцией скорости. Довольно часто вместо коэффициента трения применяют угол трения, который равен:

Угол равен минимальному углу наклона плоскости к горизонту, при котором тело, лежащее на этой плоскости, начинает скользить, под воздействие силы тяжести.

Более точным считают закон трения, который принимает во внимание силы притяжения между молекулами тел, которые подвергаются трению:

где S – общая площадь контакта тел, p 0 – добавочное давление, которое вызывается силами молекулярного притяжения, – истинный коэффициент трения.

Трение между твердым телом и жидкостью (или газом) называют вязким (жидким). Сила вязкого трения становится равной нулю, если скорость относительного движения тел обращается в нуль.

При движении тела в жидкости или газе появляются силы сопротивления среды, которые могут стать существенно больше, чем силы трения. Величина силы трения скольжения зависит от формы, размеров и состояния поверхности тела, скорости движения тела относительно среды, вязкости среды. При не очень больших скоростях сила трения вычисляется при помощи формулы:

где знак минус означает, что сила трения имеет направление в сторону противоположную направлению вектора скорости. При увеличении скоростей движения тел в вязкой среде линейный закон (4) переходит в квадратичный:

Коэффициенты и существенно зависимы от формы, размеров, состояния поверхностей тел, вязкости среды.

Помимо этого выделяют трение качения.В первом приближении трение качения рассчитывают, применяя формулу:

где k – коэффициент трения качения, который имеет размерность длины и зависит от материала тел, подверженных контакту и качеств поверхностей и т.д. N – сила нормального давления, r – радиус катящегося тела.

Единицы измерения силы трения

Основной единицей измерения силы трения (как и любой другой силы) в системе СИ является: [P]=H

В СГС: [P]=дин.

Примеры решения задач

Пример

Задание. На горизонтальном диске лежит маленькое тело. Диск вращается вокруг оси, которая проходит через его центр, перпендикулярно плоскости с угловой скоростью . На каком расстоянии от центра диска может находиться в состоянии равновесия тело, если коэффициент трения между диском и телом равен ?

Решение. Изобразим на рис.1 силы, которые будут действовать на тело, положенное на вращающийся диск.

В соответствии со вторым законом Ньютона имеем:

В проекции на ось Yиз уравнения (1.1) получим:

В проекции на ось X имеем:

где ускорение движения маленького тела равно по модуль нормальной составляющей полного ускорения. Силутрения покоя найдем как:

примем во внимание выражение (1.2), тогда имеем:

приравняем правые части выражений (1.3) и (1.5):

где маленькое тело (так как оно находится в состоянии покоя на диске) движется со скоростью, равной.

Трение является тем физическим процессом, без которого не могло бы существовать само движение в нашем мире. В физике для вычисления абсолютного значения силы трения необходимо знать специальный коэффициент для рассматриваемых трущихся поверхностей. На этот вопрос ответит данная статья.

Трение в физике

Прежде чем отвечать на вопрос, как коэффициент трения находить, необходимо рассмотреть, что такое трение и какой силой оно характеризуется.

В физике выделяют три вида этого процесса, что протекает между твердыми объектами. Это скольжения и качения. Трение покоя возникает всегда, когда внешняя сила пытается сдвинуть с места объект. Скольжения трение, судя по названию, возникает при скольжении одной поверхности по другой. Наконец, качения трения появляется, когда круглый объект (колесо, шарик) катится по некоторой поверхности.

Объединяет все виды тот факт, что они препятствуют любому движению и точка приложения их сил находится в области контакта поверхностей двух объектов. Также все эти виды переводят механическую энергию в тепло.

Причинами сил трения скольжения и покоя являются шероховатости микроскопического масштаба на поверхностях, которые трутся. Кроме того, эти виды обусловлены диполь-дипольным и другими видами взаимодействий между атомами и молекулами, которые образуют трущиеся тела.

Причина качения трения связана с гистерезисом упругой деформации, которая появляется в точке контакта катящегося объекта и поверхности.

Сила трения и коэффициент трения

Все три вида сил твердого трения описываются выражениями, имеющими одну и ту же форму. Приведем ее:

Здесь N — сила, действующая перпендикулярно поверхности на тело. Она называется реакцией опоры. Величина µ t — называется коэффициентом соответствующего вида трения.

Коэффициенты для трения скольжения и покоя являются величинами безразмерными. Это можно понять, если посмотреть на равенство силы трения и трения коэффициента. Левая часть равенства выражается в ньютонах, правая часть также выражается в ньютонах, поскольку величина N — это сила.

Что касается качения трения, то коэффициент для него тоже будет величиной безразмерной, однако он определяется в виде отношения линейной характеристики упругой деформации к радиусу катящегося объекта.

Следует сказать, что типичными значениями коэффициентов трения скольжения и покоя являются десятые доли единицы. Для этот коэффициент соответствует сотым и тысячным долям единицы.

Как находить коэффициент трения?

Коэффициент µ t зависит от ряда факторов, которые сложно учесть математически. Перечислим некоторые из них:

• материал трущихся поверхностей;
• качество обработки поверхности;
• наличие на ней грязи, воды и так далее;
• температуры поверхностей.

Поэтому формулы для µ t не существует, и его приходится измерять экспериментально. Чтобы понять, как коэффициент трения находить, следует его выразить из формулы для F t . Имеем:

Получается, что для знания µ t необходимо найти трения силу и реакцию опоры.

Соответствующий эксперимент выполняют следующим образом:

1. Берут тело и плоскость, например, изготовленные из дерева.
2. Цепляют динамометр к телу и равномерно перемещают его по поверхности.

При этом динамометр показывает некоторую силу, которая равна F t . равна весу тела на горизонтальной поверхности.

Описанный способ позволяет понять, чему равен коэффициент трения покоя и скольжения. Аналогичным образом можно экспериментально определить µ t качения.

Другой экспериментальный метод определения µ t приводится в форме задачи в следующем пункте.

Задача на вычисление µt

Деревянный брус находится на стеклянной поверхности. Наклоняя плавно поверхность, установили, что скольжение бруса начинается при угле наклона 15 o . Чему равен коэффициент трения покоя для пары дерево-стекло?

Когда брус находился на наклонной плоскости при 15 o , то покоя сила трения для него имела максимальное значение. Она равна:

Сила N определяется по формуле:

Применяя формулу для µ t , получаем:

µ t = F t /N = m*g*sin(α)/(m*g*cos(α)) = tg(α).

Подставляя угол α, приходим к ответу: µ t = 0,27.

Сила трения – величина, с которой взаимодействуют две поверхности при движении. Она зависит от характеристики тел, направления движения. Благодаря трению скорость тела уменьшается, и вскоре оно останавливается.

Существуют три силы трения:

• покоя;
• скольжения;
• качения.

Зная физические свойства тел и сопутствующие силы, воздействующие на предмет, вам легко удастся рассчитать силу трения.

Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения скольжения»

Цель работы: найти коэффициент трения древесного бруска, скользящего по древесной линейке, используя формулу F тр = = μР. При помощи динамометра определяют силу, с которой необходимо тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтоб он двигался умеренно. Эта сила равна по модулю силе трения F тp , действующей на брусок. При помощи такого же динамометра можно отыскать вес бруска с грузом. Этот вес по модулю равен силе обычного давления N бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив таким макаром значения силы трения при разных значениях силы обычного давления, нужно выстроить график зависимости F тр от Р и найти среднее значение коэффициента трения (см. работу № 2).

Коэффициент трения — Физика в опытах и экспериментах

Главным измерительным устройством в этой работе является динамометр. Динамометр имеет погрешность Δ д =0,05 Н. Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (либо колеблется), то погрешность измерения силы равна ΔF = = 0,1 Н.

Средства измерения: динамометр.

Материалы: 1) древесный брусок; 2) древесная линейка; 3) набор грузов.

Порядок выполнения работы.

1. Положите брусок на горизонтально расположенную древесную линейку. На брусок поставьте груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более умеренно тяните его вдоль линейки. Замерьте при всем этом показание динамометра.

3. Взвесьте брусок и груз.

4. К первому грузу добавьте 2-ой, 3-ий грузы, всякий раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.

По результатам измерений заполните таблицу:

5. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления и, пользуясь им, обусловьте среднее значение коэффициента трения μ ср (см. работу № 2).

6. Высчитайте наивысшую относительную погрешность измерения коэффициента трения. Потому что.

(см. формулу (1) работы № 2).

Из формулы (1) следует, что с большей погрешностью измерен коэффициент трения в опыте с одним грузом (потому что в данном случае знаменатели имеют меньшее значение) .

7. Найдите абсолютную погрешность.

и запишите ответ в виде:

Требуется найти коэффициент трения скольжения древесного бруска, скользящего по древесной линейке.

Сила трения скольжения.

где N — реакция опоры; μ — ко.

эффициент трения скольжения, откуда μ=F тр /N;

Сила трения по модулю равна силе, направленной параллельно поверхности скольжения, которая требуется для равномерного перемещения бруска с грузом. Реакция опоры по модулю равна весу бруска с грузом. Измерения обоих сил проводятся с помощью школьного динамометра. При перемещении бруска по линейке принципиально достигнуть равномерного его движения, чтоб показания динамометра оставались неизменными и их можно было поточнее найти.

Вес бруска с грузом Р, Н.

Рассчитаем относительную погрешность:

Видно, что большая относительная погрешность будет в опыте с минимальным грузом, т.к. знаменатель меньше.

Рассчитаем абсолютную погрешность.

Приобретенный в итоге опытов коэффициент трения скольжения можно записать как: μ = 0,35 ± 0,05.

Выделите её мышкой и нажмите CTRL ENTER.

Огромное спасибо всем, кто помогает делать веб-сайт лучше! =)

Тезисы

Как отыскать силу трения скольжения f трения формула. Формула силы трения. Она существует всегда, потому что полностью гладких тел не бывает. Отыскать силу трения. Как найти коэффициент трения Коэффициент трения. Находим силу трения. Формула силы трения. Детали автомобилей без смазки Перед тем как найти силу трения , коэффициента трения. Сила трения. Силы трения, как и в почти всех случаях приближенно силу трения скольжения можно. КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ — это Что такое КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ? Если обозначить вес предмета как N, а коэффициент ТРЕНИЯ m, покоя определяет силу. Коэффициент трения Эту силу нужно преодолеть различной толщины — как. Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения. ГДЗ к Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения как можно силу трения. Ответы | Лаб. Определение коэффициента трения Как при помощи линейки, силу тяжести в направлениях. Не будь трения — вроде бы мы С учетом коэффициента трения Вычисляем нормальную силу f.

Измерение коэффициента трения скольжения необходимо провести двумя способами.

1-й способ заключается в измерении с помощью динамометра силы, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности, для того чтобы он двигался равномерно. Эта сила равна по абсолютной величине силе трения действующей на брусок. С помощью того же динамометра можно найти вес бруска о грузами Р. Этот вес равен силе нормального давления бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив таким образом можно найти коэффициент трения. Он равен:

2-й способ измерения коэффициента трения позволяет определять на опыте не силы, а длины отрезков. Для этого используют равновесие бруска, который находится на наклонной плоскости.

Если брусок находится в равновесии на наклонной плоскости, то сила нормального давления бруска на плоскость равна составляющей силы тяжести, перпендикулярной наклонной плоскости (рис. 213). А сила трения по абсолютной величине равна составляющей силы тяжести, параллельной наклонной плоскости.

Опыт заключается в том, чтобы, увеличивая постепенно угол наклона плоскости, найти такой угол, при котором брусок только «тронется с места». При этом сила трения будет равна максимальной силе трения покоя:

где — сила давления бруска на плоскость Так как при этом т. е.

Нетрудно показать, что

Это следует из подобия треугольников Поэтому коэффициент трения равен:

Из этой формулы видно, что для того чтобы найти коэффициент трения, достаточно измерить высоту и основание наклонной плоскости, которыми определяется наклон плоскости, при котором начинается скольжение бруска.

Приборы и материалы: 1) линейка, 2) измерительная лента,

3) динамометр, 4) деревянный брусок, 5) набор грузов, 6) штатив с муфтами и лапкой.

Порядок выполнения работы

1. Положить брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставить груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тянуть его вдоль линейки. Заметить при этом показание динамометра.

3. Взвесить брусок и груз.

4. По формуле найти коэффициент трения.

5. Повторить опыт, положив на брусок несколько грузов.

6. Найти среднее арифметическое значение коэффициентов трения, найденных в разных опытах.

7. Найти ошибку каждого из опытов — разность между и значениями полученными в разных опытах.

8. Определить среднее арифметическое ошибок опытов

9. Составить таблицу результатов опытов:

10. Записать результат измерений в виде

11. Положив линейку на брусок с грузами, медленно изменять ее наклон, поднимая ее конец, пока брусок не начнет скользить вдоль линейки.

Найти коэффициент трения если. Как определить коэффициент трения скольжения? Задача на вычисление µt

Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения скольжения»

Цель работы: найти коэффициент трения древесного бруска, скользящего по древесной линейке, используя формулу F тр = = μР. При помощи динамометра определяют силу, с которой необходимо тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтоб он двигался умеренно. Эта сила равна по модулю силе трения F тp , действующей на брусок. При помощи такого же динамометра можно отыскать вес бруска с грузом. Этот вес по модулю равен силе обычного давления N бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив таким макаром значения силы трения при разных значениях силы обычного давления, нужно выстроить график зависимости F тр от Р и найти среднее значение коэффициента трения (см. работу № 2).

Коэффициент трения — Физика в опытах и экспериментах

Главным измерительным устройством в этой работе является динамометр. Динамометр имеет погрешность Δ д =0,05 Н. Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (либо колеблется), то погрешность измерения силы равна ΔF = = 0,1 Н.

Средства измерения: динамометр.

Материалы: 1) древесный брусок; 2) древесная линейка; 3) набор грузов.

Порядок выполнения работы.

1. Положите брусок на горизонтально расположенную древесную линейку. На брусок поставьте груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более умеренно тяните его вдоль линейки. Замерьте при всем этом показание динамометра.

3. Взвесьте брусок и груз.

4. К первому грузу добавьте 2-ой, 3-ий грузы, всякий раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.

По результатам измерений заполните таблицу:

5. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления и, пользуясь им, обусловьте среднее значение коэффициента трения μ ср (см. работу № 2).

6. Высчитайте наивысшую относительную погрешность измерения коэффициента трения. Потому что.

(см. формулу (1) работы № 2).

Из формулы (1) следует, что с большей погрешностью измерен коэффициент трения в опыте с одним грузом (потому что в данном случае знаменатели имеют меньшее значение) .

7. Найдите абсолютную погрешность.

и запишите ответ в виде:

Требуется найти коэффициент трения скольжения древесного бруска, скользящего по древесной линейке.

Сила трения скольжения.

где N — реакция опоры; μ — ко.

эффициент трения скольжения, откуда μ=F тр /N;

Сила трения по модулю равна силе, направленной параллельно поверхности скольжения, которая требуется для равномерного перемещения бруска с грузом. Реакция опоры по модулю равна весу бруска с грузом. Измерения обоих сил проводятся с помощью школьного динамометра. При перемещении бруска по линейке принципиально достигнуть равномерного его движения, чтоб показания динамометра оставались неизменными и их можно было поточнее найти.

Вес бруска с грузом Р, Н.

Рассчитаем относительную погрешность:

Видно, что большая относительная погрешность будет в опыте с минимальным грузом, т.к. знаменатель меньше.

Рассчитаем абсолютную погрешность.

Приобретенный в итоге опытов коэффициент трения скольжения можно записать как: μ = 0,35 ± 0,05.

Выделите её мышкой и нажмите CTRL ENTER.

Огромное спасибо всем, кто помогает делать веб-сайт лучше! =)

Тезисы

Как отыскать силу трения скольжения f трения формула. Формула силы трения. Она существует всегда, потому что полностью гладких тел не бывает. Отыскать силу трения. Как найти коэффициент трения Коэффициент трения. Находим силу трения. Формула силы трения. Детали автомобилей без смазки Перед тем как найти силу трения , коэффициента трения. Сила трения. Силы трения, как и в почти всех случаях приближенно силу трения скольжения можно. КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ — это Что такое КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ? Если обозначить вес предмета как N, а коэффициент ТРЕНИЯ m, покоя определяет силу. Коэффициент трения Эту силу нужно преодолеть различной толщины — как. Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения. ГДЗ к Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения как можно силу трения. Ответы | Лаб. Определение коэффициента трения Как при помощи линейки, силу тяжести в направлениях. Не будь трения — вроде бы мы С учетом коэффициента трения Вычисляем нормальную силу f.

(Занятие каникулярной школы для учащихся 8–9 кл.)

• Активизация мыслительной деятельности учащихся.
• Формирование обобщенного умения проводить физические измерения.
• Формирование обобщенного умения проводить экспериментальную проверку физических закономерностей.
• Формирование умения систематизировать полученные результаты в виде таблицы, умение делать вывод на основе эксперимента.

Организация проведения практикума: Все учащиеся принимающие участие в работе практикума делятся на группы. Каждая группа учащихся получает задание с кратким описанием работы.

По окончании выполнения работы учащимся необходимо составить отчет. Отчет состоит из таблицы, вычисления искомой величины и ее погрешности, вывода по работе.

Ход работы

I. Вступительное слово учителя:

Если положить на горизонтальную поверхность брусок и подействовать на него с достаточной силой в горизонтальном направлении, то брусок станет двигаться. Нетрудно убедиться, что в этом случае на брусок действуют четыре силы: в вертикальном направлении – сила тяжести P и сила реакции опоры Q, равные по модулю противоположные по направлению; в горизонтальном направлении – сила тяги F и противоположная по направлению сила трения F mp .

Чтобы брусок двигался равномерно и прямолинейно, нужно, чтобы модуль силы тяги был равен модулю силы трения.

На этом основан метод измерения силы трения. Следует приложить к бруску силу тяги, которая будет поддерживать равномерное прямолинейное движение этого тела. По этой силе тяги определяют модуль силы трения.

II. Практикум.

Задание группе I.

Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска по горизонтальной поверхности стола.

Оборудование: трибометр, деревянная линейка, деревянный бруска с тремя отверстиями; динамометр; набор грузов по механике.

Порядок выполнения работы.

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в таблицу.
3. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра.
4. Результат измерения запишите в таблицу.
5. Нагружая брусок одним, двумя и тремя грузами, измерьте в каждом случае силу трения. Данные занесите в таблицу.
6. Вычислите коэффициент трения скольжения
7. Определите инструментальную погрешность коэффициента трения.
8. Сделайте вывод.

Легко убедиться, что в случае движения тела по горизонтальной поверхности сила нормального давления равна силе тяжести, действующей на это тело: N = P . Это позволяет вычислить коэффициент трения:

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

1. Определили вес бруска и груза с помощью динамометра, записали в таблицу.

2. Двигая брусок равномерно по деревянной линейке, определили силу тяги, которая равна силе трения. Записали ее значение в таблицу.

3. Определили коэффициент трения для каждого измерения силы трения, занесли их в таблицу.

4. Определили погрешность измерения для каждого значения коэффициента силы трения.

1. Коэффициент трения равен 0,2.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,06.
3. Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности стола является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.

2. Сравните коэффициент трения покоя, скольжения и качения. Сделайте вывод.

Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками – 2 шт., карандаши круглые – 2 шт.

Порядок выполнения работы.

2. Измерьте вес бруска с двумя грузами при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в тетрадь.

3. Измерьте максимальную силу трения покоя бруска по столу. Для этого положите брусок на стол, а на брусок два груза; к бруску прицепите динамометр и приведите брусок с грузами в движение. Запишите показания динамометра, соответствующее началу движения бруска.

4. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.

5. Измерьте силу трения качения бруска по столу. Для этого положите брусок с двумя грузами на два круглых карандаша и перемещайте равномерно брусок по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.

6. Сделайте вывод о том, какая сила больше:
а) вес тела или максимальная сила трения покоя?
б) максимальная сила трения покоя или сила трения скольжения?
в) сила трения скольжения или сила трения качения?

7. Сравните коэффициент трения покоя, трения скольжения и трения качения.

а) Вес тела больше чем максимальная сила трения покоя.

б) Максимальная сила трения покоя больше чем сила трения скольжения.

в) Сила трения скольжения больше чем сила трения качения.

г) При неизменном весе тела, наименьшее значение коэффициент трения имеет при качении тела, а наибольшее в случае покоя.

3. Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска вдоль поверхности резины, нешлифованной деревянной рейки, наждачной бумаги.

Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками – 2 шт., отрез линолеума, деревянная нешлифованная рейка, наждачная бумага.

Порядок выполнения работы.

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в таблицу.
3. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по поверхности резины, деревянной нешлифованной линейки и по поверхности наждачной бумаги. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения запишите в таблицу.
4. Вычислите коэффициент трения скольжения.
5. Сделайте вывод.

Цена деления шкалы динамометра, ц. д = 0,1 Н.

1. Сила трения:

а) зависит от рода трущихся поверхностей.
б) зависит от шероховатости трущихся поверхностей.
в) чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.

2. Способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения:

Увеличить: увеличить шероховатость трущихся поверхностей, насыпать между трущихся поверхностей частицы (стружку, опилки, песок).

Уменьшить: шлифовка, полировка трущихся поверхностей, нанесение смазки.

Задание группе II.

Измерение коэффициент трения скольжения, используя наклонную плоскость

Оборудование : линейка деревянная от трибометра, брусок деревянный, линейка измерительная, штатив.

Порядок выполнения работы .

1. Используя штатив, закрепите линейку под углом к столу.
2. Положите брусок на закрепленную под углом деревянную линейку.
3. Меняя угол наклона линейки, найдите такой максимальный угол, при котором брусок еще покоится.
4. Измерьте длину основания линейки и высоту подъема линейки.
5. Рассчитайте значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево по формуле:

6. Рассчитайте погрешность измерения.
7. Вывод.

Экспериментальные данные.

Измерили высоту подъема и длину основания линейки.

1. Коэффициент трения равен 0,3.
2. Погрешность измерения равна 0,0016.

2. Измерение коэффициента трения скольжения, через опрокидывание бруска

Оборудование: брусок деревянный, линейка деревянная от трибометра, нить, линейка ученическая.

Порядок выполнения работы.

Теоретическое обоснование: Брусок с привязанной к длинной грани нитью поставьте торцом на горизонтальную поверхность стола и тяните за нить. Если нить закреплена невысоко над поверхностью стола, то брусок будет скользить. При определенной высоте h точки А крепления нити сила натяжения нити F опрокидывает брусок.

Условия равновесия для этого случая относительно точки – угла опрокидывания:

Fh – mga/2 = 0;

Согласно II закону Ньютона: F – Fтр = 0;

Обработка результатов.

4. Сделайте вывод.

Экспериментальный расчет.

a = 45 ± 1 мм, h = 80 ± 1 мм.

1. Коэффициент трения равен 0,28.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,0098.

3. Измерение коэффициента трения скольжения с помощью карандаша.

Оборудование: карандаш, линейка деревянная от трибометра, линейка ученическая.

Порядок выполнения работы.

Теоретическое обоснование: Поставьте карандаш на стол вертикально, нажмите на него, наклоните и наблюдайте характер его падения. При небольших углах наклона к вертикали карандаш не проскальзывает относительно поверхности стола при любой величине силы, прижимающей его к столу. Проскальзывание начинается с некоторого критического угла, зависящего от силы трения.

Записываем второй закон Ньютона в проекциях на координатные оси при угле наклона, равном критическому. (Силой тяжести mg, действующей на карандаш, по сравнению с большой силой F пренебрегаем).

Обработка результатов:

1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.

Экспериментальный расчет.

1. Обработка результатов

α = 30 0 ,

µ= tgα = sina /cosa

1. Коэффициент трения равен 0,58.

III. Подведение итогов практикума:

Сила трения скольжения зависит:

а) От рода трущихся поверхностей.
б) От шероховатости трущихся поверхностей.
в) Прямо пропорционально от силы давления.
г) Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.
д) Чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.

Коэффициент трения — это основная характеристика трения как явления. Он определяется видом и состоянием поверхностей трущихся тел.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Коэффициентом трения называют коэффициент пропорциональности, связывающий силу трения () и силу нормального давления (N) тела на опору. Чаще всего коэффициент трения обозначают буквой . И так, коэффициент трения входит в закон Кулона — Амонтона:

Данный коэффициент трения не зависит от площадей, соприкасающихся поверхностей.

В данном случае 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).

Коэффициент трения, который соответствует максимальной силе трения покоя в большинстве случаев больше, чем коэффициент трения движения.

Для большего числа пар материалов величина коэффициента трения не больше единицы и лежит в пределах

Угол трения

Иногда вместо коэффициента трения применяют угол трения (), который связан с коэффициентом соотношением:

Так, угол трения соответствует минимальному углу наклона плоскости по отношению к горизонту, при котором тело, лежащее на этой плоскости, начнет скользить вниз под воздействием силы тяжести. При этом выполняется равенство:

Истинный коэффициент трения

Закон трения, который учитывает влияние сил притяжения между молекулами, трущихся поверхностей записываю следующим образом:

где — называют истинным коэффициентом трения, — добавочное давление, которое вызывается силами межмолекулярного притяжения, S — общая площадь непосредственного контакта трущихся тел.

Коэффициент трения качения

Коэффициент трения качения (k) можно определить как отношение момента силы трения качения () к силе с которой тело прижимается к опоре (N):

Отметим, что коэффициент трения качения обозначают чаще буквой . Этот коэффициент, в отличие от выше перечисленных коэффициентов трения, имеет размерность длины. То есть в системе СИ он измеряется в метрах.

Коэффициент трения качения много меньше, чем коэффициент трения скольжения.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Веревка лежит частично на столе, часть ее свешивается со стола. Если треть длины веревки свесится со стола, то она начинает скользить. Каков коэффициент трения веревки о стол?
Решение	Веревка скользит со стола под действием силы тяжести. Обозначим силу тяжести, которая действует на единицу длины веревки как . В таком случае в момент начала скольжения сила тяжести, которая действует на свешивающуюся часть веревки, равна: До начала скольжения эта сила уравновешивается силой трения, которая действует на часть веревки, которая лежит на столе: Так как силы уравновешиваются, то можно записать ():
Ответ

ПРИМЕР 2

Трение — явление, с которым мы сталкиваемся в обыденной жизни постоянно. Определить, трение вредно или полезно, невозможно. Сделать даже шаг на скользком льду представляется тяжелым занятием, на шероховатой поверхности асфальта прогулка доставляет удовольствие. Детали автомобилей без смазки изнашиваются значительно быстрее.

Изучение трения, знание его основных свойств позволяет человеку использовать его.

Сила трения в физике

Сила, возникающая при движении или попытке движения одного тела по поверхности другого, направленная против направления движения, приложенная к движущимся телам, названа силой трения. Модуль силы трения, формула которой зависит от многих параметров, меняется в зависимости от вида сопротивления.

Отличают следующие виды трения:

Скольжения;

Качения.

Любая попытка сдвинуть с места тяжелый предмет (шкаф, камень) приводит к напряжению При этом в движение предмет привести получается не всегда. Мешает покоя.

Состояние покоя

Расчетная трения покоя не позволяет определить ее достаточно точно. В силу действия третьего закона Ньютона величина силы сопротивления покоя зависит от приложенного усилия.

При возрастании усилия растет и сила трения.

0

Не позволяет вбитым в дерево гвоздям выпадать; пуговицы, пришитые нитками, прочно удерживаются на своем месте. Интересно, что шагать человеку позволяет именно сопротивление покоя. Причем направлено оно по ходу движения человека, что противоречит общему положению вещей.

Явление скольжения

При возрастании внешней силы, движущей тело, до значения наибольшей силы трения покоя оно приходит в движение. Сила трения скольжения рассматривается в процессе скольжения одного тела по поверхности другого. Ее значение зависит от свойств взаимодействующих поверхностей и силы вертикального действия на поверхность.

Расчетная формула силы трения скольжения: F=μР, где μ-коэффициент пропорциональности (трения скольжения), Р — сила вертикального (нормального) давления.

Одна из управляющих движением сил — сила трения скольжения, формула которой записывается с использованием Вследствие выполнения третьего закона Ньютона силы нормального давления и реакции опоры одинаковы по величине и противоположны по направлению: Р = N.

Перед тем как найти силу трения, формула которой приобретает иной вид (F=μ N), определяют силу реакции.

Коэффициент сопротивления при скольжении вводится экспериментально для двух трущихся поверхностей, зависит от качества их обработки и материала.

Таблица. Значение коэффициента сопротивления для различных поверхностей

Наибольшая сила трения покоя, формула которой была записана выше, может быть определена так же, как сила трения скольжения.

Это становится важным при решении задач на определение силы движущего сопротивления. К примеру, книга, которую движут рукой, прижатой сверху, скользит под действием силы сопротивления покоя, возникающей между рукой и книгой. Величина сопротивления зависит от значения силы вертикального давления на книгу.

Явление качения

Переход наших предков от волокуш к колесницам считается революционным. Изобретение колеса — величайшее изобретение человечества. возникающее при движении колеса по поверхности, значительно уступает по величине сопротивлению скольжения.

Возникновение сопряжено с силами нормального давления колеса на поверхность, имеет природу, отличающую его от скольжения. Вследствие незначительной деформации колеса возникают разные по величине силы давления в центре образовавшейся площадки и по ее краям. Эта разница сил и определяет возникновение сопротивления при качении.

Расчетная формула силы трения качения обыкновенно берется аналогично процессу скольжения. Различие видно исключительно в значениях коэффициента сопротивления.

Природа сопротивления

При изменении шероховатости трущихся поверхностей меняется и значение силы трения. При большом увеличении две соприкасающиеся поверхности выглядят как неровности с острыми пиками. При наложении именно выступающими частями тела соприкасаются друг с другом. Общая площадь соприкосновения незначительна. При движении или попытке движения тел «пики» создают сопротивление. Величина силы трения не зависит от площади поверхностей соприкосновения.

Представляется, что две идеально гладкие поверхности должны не испытывать сопротивления абсолютно. На практике сила трения в этом случае максимальна. Объясняется это несоответствие природой возникновения сил. Это электромагнитные силы, действующие между атомами взаимодействующих тел.

Механические процессы, не сопровождающиеся трением в природе, невозможны, ведь возможности «отключить» электрическое взаимодействие заряженных тел нет. Независимость сил сопротивления от взаимного положения тел позволяет назвать их непотенциальными.

Интересно, что сила трения, формула которой меняется в зависимости от скорости движения взаимодействующих тел, пропорциональна квадрату соответствующей скорости. К такой силе относится сила вязкого сопротивления в жидкости.

Движение в жидкости и газе

Перемещение твердого тела в жидкости или газе, жидкости вблизи твердой поверхности сопровождается вязким сопротивлением. Его возникновение связывают с взаимодействием слоев жидкости, увлекаемых твердым телом в процессе движения. Разная скорость слоев — источник вязкого трения. Особенность этого явления — отсутствие жидкого трения покоя. Независимо от величины внешнего воздействия тело приходит в движение, находясь в жидкости.

В зависимости от быстроты перемещения сила сопротивления определяется скоростью движения, формой движущегося тела и вязкостью жидкости. Движение в воде и масле одного и того же тела сопровождается различным по величие сопротивлением.

Для небольших скоростей: F = kv, где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от линейных размеров тела и свойств среды, v — скорость тела.

Температура жидкости также влияет на трение в ней. В морозную погоду автомобиль разогревают для того, чтобы масло нагрелось (его вязкость уменьшается) и способствовало уменьшению разрушения соприкасающихся деталей двигателя.

Увеличение скорости движения

Значительное увеличение скорости тела может вызвать появление турбулентных потоков, при этом сопротивление резко возрастает. Значение имеют: квадрат скорости движения, плотность среды и силы трения приобретает иной вид:

F = kv 2 , где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от формы тела и свойств среды, v — скорость тела.

Если телу придать обтекаемую форму, турбулентность можно уменьшить. Форма тела дельфинов и китов — прекрасный пример законов природы, влияющих на скорость животных.

Энергетический подход

Совершить работу по перемещению тела препятствует сопротивление среды. При использовании закона сохранения энергии говорят, что изменение механической энергии равно работе сил трения.

Работа силы рассчитывается по формуле: A = Fscosα, где F — сила, под действием которой тело перемещается на расстояние s, α — угол между направлениями силы и перемещения.

Очевидно, что сила сопротивления противоположна перемещению тела, откуда cosα = -1. Работа силы трения, формула которой имеет вид A тр = — Fs, величина отрицательная. При этом превращается во внутреннюю (деформация, нагревание).

Измерение коэффициента трения скольжения необходимо провести двумя способами.

1-й способ заключается в измерении с помощью динамометра силы, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности, для того чтобы он двигался равномерно. Эта сила равна по абсолютной величине силе трения действующей на брусок. С помощью того же динамометра можно найти вес бруска о грузами Р. Этот вес равен силе нормального давления бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив таким образом можно найти коэффициент трения. Он равен:

2-й способ измерения коэффициента трения позволяет определять на опыте не силы, а длины отрезков. Для этого используют равновесие бруска, который находится на наклонной плоскости.

Если брусок находится в равновесии на наклонной плоскости, то сила нормального давления бруска на плоскость равна составляющей силы тяжести, перпендикулярной наклонной плоскости (рис. 213). А сила трения по абсолютной величине равна составляющей силы тяжести, параллельной наклонной плоскости.

Опыт заключается в том, чтобы, увеличивая постепенно угол наклона плоскости, найти такой угол, при котором брусок только «тронется с места». При этом сила трения будет равна максимальной силе трения покоя:

где — сила давления бруска на плоскость Так как при этом т. е.

Нетрудно показать, что

Это следует из подобия треугольников Поэтому коэффициент трения равен:

Из этой формулы видно, что для того чтобы найти коэффициент трения, достаточно измерить высоту и основание наклонной плоскости, которыми определяется наклон плоскости, при котором начинается скольжение бруска.

Приборы и материалы: 1) линейка, 2) измерительная лента,

3) динамометр, 4) деревянный брусок, 5) набор грузов, 6) штатив с муфтами и лапкой.

Порядок выполнения работы

1. Положить брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставить груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тянуть его вдоль линейки. Заметить при этом показание динамометра.

3. Взвесить брусок и груз.

4. По формуле найти коэффициент трения.

5. Повторить опыт, положив на брусок несколько грузов.

6. Найти среднее арифметическое значение коэффициентов трения, найденных в разных опытах.

7. Найти ошибку каждого из опытов — разность между и значениями полученными в разных опытах.

8. Определить среднее арифметическое ошибок опытов

9. Составить таблицу результатов опытов:

10. Записать результат измерений в виде

11. Положив линейку на брусок с грузами, медленно изменять ее наклон, поднимая ее конец, пока брусок не начнет скользить вдоль линейки.

Определение коэффициента трения деталей конструктора FISCHERTECHNIK

В ходе изучения естественных наук учащиеся знакомятся с такими понятиями, как энергия, сила, скорость, трение. Во время практических работ они учатся делать измерения, проводить опыты, собирать данные и анализировать полученные результаты.
Предлагаю рассмотреть применение конструктора FISCHERTECHNIK при изучении темы «трение».

На этапе установления взаимосвязей необходимо обсудить само понятие.
Трение – явление, сопровождающее нас с детства, на каждом шагу, а потом ставшее таким привычным и почти незаметным.
С силой трения мы знакомимся еще в сказках: “Колобок” (сила трения качения) и “Репка” (сила трения покоя).
В курсе физики 7 класса получаем научное объяснение силы трения и узнаем способы ее экспериментального измерения.
Согласно определению из учебника физики А.В. Перышкина: «При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называется трением. А силу, характеризующую их взаимодействие, называют силой трения».
Роль силы трения в жизни людей огромна. Мы ездим, удерживаем предметы, да даже носим одежду благодаря этой силе. При этом в некоторых технологических процессах за счет силы трения происходит износ деталей различных механизмов. Для уменьшения соприкосновения тел используют специальные вещества. Но вот, если подобную смазку случайно разлить по полу, то может произойти незапланированное скольжение и, как следствие – травма.
Физическая величина, которая характеризует трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения. В общем случае коэффициент трения зависит от скорости движения тел относительно друг друга.
Коэффициент трения скольжения величина безразмерная и значение зависит от некоторых факторов: качества обработки поверхностей, трущихся тел, присутствия на них грязи и т.д. Коэффициент трения определяют эмпирически (опытным путем).
Для вовлечения учащихся в исследование, можно определить коэффициент трения подошв обуви человека о различные поверхности. Для этого один из участников опыта встает на доску, а другой наклоняет ее до тех пор, пока стоящий на доске человек не начнет соскальзывать. После измерения высоты подъема доски (h) и длины доски (l) без труда можно определить и коэффициент трения.

Данный эксперимент может всколыхнуть интерес юных ученых к изучению этой темы более подробно.
Если коснуться рассмотрения вопроса о значении трения в природе, то размышлениям и дискуссиям не будет предела!
Французский физик Амонтон Гильом о роли силы трения: “Всем нам случалось выходить в гололедицу; сколько усилий стоило нам удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что обычно земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой, или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся его устранить в машинах – и хорошо делают. Однако, это правильно лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрется в угол, а перо выскользнет из пальцев”.
Что касается любителей конструировать, то в качестве опытного образца предлагаю взять детали конструктора FISCHERTECHNIK. Согласно истории, основу первого конструктора составляли блоки оригинальной формы, которые с помощью соединения «ласточкин хвост» могли крепиться друг к другу любой из шести поверхностей. Первые детали были выполнены из полиамида и содержали в себе усиливающий конструкцию стальной элемент.

Рис. 1 Фрагмент патента на изобретение блоков конструктора FISCHERTECHNIK 

Современные детали изготовлены из пластика, их то мы и протестируем. Но на этом использование конструктора FISCHERTECHNIK не закончится.
Возможно ли определить коэффициент трения с помощью конструктора FISCHERTECHNIK?
Для развития инженерной мысли рекомендую предложить учащимся придумать конструкцию экспериментальной установки для измерения коэффициента трения скольжения, используя детали конструктора FISCHERTECHNIK из набора «Simple Machines» 533506. Уверена, что даже новички воплотят в жизнь интересные идеи установки, ведь это могут быть и простые варианты, когда из пластин собирается плоскость, которая своим краем упирается на ящик от набора или на построенную из блоков опору.
Как вариант для вдохновения предложу вариант посложнее.
Экспериментальная установка «Горка»

Рис. 2 Установка для измерения коэффициента трения из деталей конструктора FISCHERTECHNIK

В качестве инструмента для измерения верхнего положения наклонной плоскости рекомендую использовать деревянную линейку 15 см, с началом отсчета от ее края. При необходимости лишний отрезок можно спилить. Для удобства измерений под установку в собранном виде положить лист миллиметровой бумаги.

Особенности установки:
1) Компактность, прочность, надежность.
2) Угол наклона платформы изменяется с помощью цепного механизма с прямым приводом. Сборка данного механизма позволяет познакомиться с устройством конструкций, использующихся в промышленных подъемниках (вилочные погрузчики).

Рис. 3 Цепной механизм с прямым приводом из деталей конструктора FISCHERTECHNIK

3)    Максимальное использование возможностей самого конструктора для проведения измерений: для оценки высоты платформы используется специальный указатель, собранный из двух деталей и  жестко закрепленный на основании подъемника. 

Рис. 4 Красные указатели обеспечивают точность измерений

В эксперименте рассмотрим вариант пластик-пластик. В качестве плоскости, по которой будут скользить тестовые модели, мы неслучайно использовали пластинки из набора. При прикреплении к ним иного материала, можно определить соответствующий коэффициент скольжения, например, пластик-бумага.

Цель исследования: проверка фундаментальных законов физики на основе метода познания – определение коэффициента трения деталей конструктора.
 
Ход работы:
Устанавливаем платформу в нижнем положении. На ее основание помещаем тестируемую деталь конструктора. Затем поднимаем платформу вращением привода до того момента, пока тестовый кубик не начнёт скользить. Затем мы замеряем расстояние от угла до опоры. Отношение высоты опоры стенки к расстоянию до угла и есть искомый tg α. Напомню, что коэффициент трения скольжения μ = tg α.
Измерения расстояний следует проводить с точностью до 1 мм, по 10 на образец. После усреднения вычислить стандартную ошибку измерения.
Результаты измерений не привожу сознательно, чтобы было желание провести эксперимент на практике.
Получившиеся данные можно сравнить с приведенными в таблице ниже. 

Рис. 5 Фрагмент из книги «Конструкционные пластмассы. Свойства и применение»; Хуго, И.; Кабелка, И.; Кожени, И. и др.; Изд-во: М.: Машиностроение, 1969 г. с.75

Интересно также сравнить коэффициенты трения разных деталей.
Варианты привожу в видеороликах: тест 1, тест 2.

Если интересно получить инструкцию по сборке, напишите в комментариях, опубликую в следующей статье.

Коэффициент трения: определение, формула и примеры — видео и стенограмма урока

Примеры

После объяснения мистер Кампо записывает задачу на доске и решает ее для Франсин и ее одноклассников. «Давайте посмотрим на пример, чтобы убедиться, что вы следите за мной. Чтобы переместить объект весом 12,41 кг, требуется ровно 67,3 Ньютона. Каков коэффициент статического трения для этих двух материалов? Используйте в своих расчетах ускорение свободного падения 9,81 м / с / с.»

» Первое, что мы делаем, что? » — спрашивает мистер Кампо.

Франсин и несколько ее одноклассников отвечают одной из его часто повторяемых фраз: «Подставьте то, что мы знаем, в уравнение».

‘Верно!’ — восклицает он и продолжает писать на доске.

Коэффициент статического трения = 67,3 Ньютона / (9,81 м / с / с) (12,41 кг) = 0,553

‘Все видят, как это работает?’ — спрашивает мистер Кампо. Когда он слышит много бормотания, он продолжает: «Похоже, вы могли бы использовать другой пример задачи. Итак, переходите к следующей странице вашего учебника и следуйте за мной, пока мы завершим еще один экспериментальный расчет коэффициента трения ».

Далее он объясняет проблему и ее решение: Испытательная лаборатория располагала следующими данными для расчета коэффициента статического трения нового материала с самим собой. Используйте среднее усилие, необходимое для перемещения материала мимо самого себя, чтобы рассчитать коэффициент статического трения для этого нового материала:

10,01 кг объект на плоской поверхности

г = 9.82

Средняя сила = 90,13 Ньютона

Коэффициент трения покоя = 90. 13 Ньютонов / (10,01 кг) (9,82 м / с / с) = 0,917

‘Будет еще несколько подобных задач для вашего домашнего задания. Нам нужно опустить эту концепцию, потому что завтра мы переходим к трению по наклонной плоскости ».

Краткое содержание урока

Коэффициент статического трения — это мера того, насколько сложно заставить две поверхности начать скользить друг относительно друга. Он определяется как минимальная сила, необходимая для того, чтобы поверхности начали скользить, деленная на силу, прижимающую две поверхности друг к другу.Этот коэффициент обычно составляет от 0 до 1, но не обязательно.

Этот коэффициент меняется в зависимости от используемых материалов и определяется экспериментально путем очень точного измерения задействованных сил: силы тяжести в месте испытания, массы объекта и силы, необходимой для того, чтобы объект начал скользить по поверхности.

Ключевые термины и типы трения

• Коэффициент статического трения: мера минимального усилия, необходимого для скольжения двух поверхностей вместе
• Статическое трение: сила, препятствующая движению объекта относительно поверхности
• Виды трения: статическое, сопротивление воздуху, кинетическое и внутреннее трение деформируемого тела

Результаты обучения

Изучив каждый раздел этого урока по очереди, вы сможете:

• Обсудить понятие коэффициента статического трения
• Смоделируйте формулу для определения измерения трения
• Определите причины, по которым это измерение может быть необходимо

Калькулятор коэффициента трения — Calculator Academy

Введите нормальную силу и силу трения в вычислитель коэффициента трения ниже. Оцените коэффициент трения между двумя поверхностями.

Формула коэффициента трения

В приведенном выше калькуляторе коэффициента трения используется следующая формула:

u = F / N

• Где u — коэффициент трения
• F — сила трения
• N — нормальная сила

Может использоваться как при статическом, так и при кинетическом трении. В случае статического трения приложенная сила P никогда не превысит силу трения F.В противном случае объект был бы в движении, и это был бы случай кинетического трения.

Определение коэффициента трения

Коэффициент трения определяется как безразмерный коэффициент между двумя поверхностями, которые сопротивляются движению под действием нормальной силы.

Как рассчитать коэффициент трения?

Как рассчитать коэффициент трения

1. Сначала определите чистую горизонтальную силу, действующую на объект.

   Вычислите чистую силу, действующую на неподвижный или движущийся объект.

2. Затем определите нормальную силу, действующую на объект.

   При анализе одиночного объекта без дополнительных вертикальных сил нормальная сила должна быть равна весу.

3. Рассчитайте коэффициент трения

   Рассчитайте коэффициент трения, используя нормальную силу и чистую горизонтальную силу.

FAQ

Коэффициент трения — это термин в физике, который используется для описания силы сопротивления, действующей на объект из-за его нормальной силы и двух поверхностей, которые находятся в контакте.

Статическое трение — это сила между неподвижными объектами, а динамическое трение — это сила между движущимися объектами.

Трение — Коэффициенты трения и калькулятор

Сила трения — это сила, прилагаемая поверхностью, когда объект движется по ней или делает попытку перемещаться по ней.

Сила трения может быть выражена как

F _f = μ Н (1)

, где

F _f = сила трения (Н, фунт)

μ = статический (μ _s ) или кинетический (μ _k ) коэффициент трения

N = нормальная сила между поверхностями (Н, фунт)

Существует как минимум два типа сил трения

• кинетическая (скользящая) сила трения — когда объект движется
• Сила статического трения — когда объект пытается двигаться

Для объекта, тянущего или толкаемого по горизонтали, нормальная сила — N — это просто сила тяжести — или вес:

N = F _г

= ma _г (2)

где

900 04 F _г = сила тяжести — или вес (Н, фунт)

м = масса объекта (кг, снаряды)

a _г = ускорение свободного падения (9. 81 м / с ² , 32 фут / с ² )

Сила трения под действием силы тяжести (1) может с (2) быть изменена до

F _f = мкм a _г (3)

Расчет силы трения

м — масса (кг, снаряды )

a _г — ускорение свободного падения (9,81 м / с ² , 32 фут / с ² )

μ — коэффициент трения

Коэффициенты трения для некоторых распространенных материалов и комбинаций материалов

Материалы и комбинации материалов		Состояние поверхности	Коэффициент трения
			Статический — μ статический —	Кинетический (скольжение) — μ скольжение —
Алюминий	Алюминий	Чистка и сушка	1. 05 — 1,35	1,4
Алюминий	Алюминий	Смазанный и жирный	0,3
Алюминий-бронза	Сталь	Чистый и сухой	0,45
Алюминий	Мягкий Сталь	Чистая и сухая	0,61	0,47
Алюминий	Снег	Мокрая 0 o C	0.4
Алюминий	Снег	Сухой 0 o C	0,35
Тормозной материал 2)	Чугун	Чистый и сухой	0,4
Тормоз материал 2)	Чугун (влажный)	Чистый и сухой	0,2
Латунь	Сталь	Чистый и сухой	0.51	0,44
Латунь	Сталь	Смазанная и жирная	0,19
Латунь	Сталь	Касторовое масло	0,11
Латунь	Чугун	Чистый и Сухой		0,3
Латунь	Лед	Чистый 0 o C		0,02
Латунь	Лед	Чистый -80 o C		0. 15
Кирпич	Дерево	Чистый и сухой	0,6
Бронза	Сталь	Смазанный и жирный	0,16
Бронза	Чугун	Чистый и сухой		0,22
Бронза — спеченная	Сталь	Смазанная и жирная	0,13
Кадмий	Кадмий	Чистая и сухая	0.5
Кадмий	Кадмий	Смазанный и жирный	0,05
Кадмий	Хром	Чистый и сухой	0,41
Кадмий	Хромированный	0,34
Кадмий	Низкоуглеродистая сталь	Чистка и сушка		0,46
Чугун	Чугун	Чистка и сушка	1.1	0,15
Чугун	Чугун	Чистый и сухой		0,15
Чугун	Чугун	Смазанный и жирный		0,07
Чугун	Дуб	Чистый и сухой		0,49
Чугун	Дуб	Смазанный и жирный		0,075
Чугун	Мягкая сталь	Чистый и сухой	0. 4
Чугун	Низкоуглеродистая сталь	Чистый и сухой		0,23
Чугун	Мягкая сталь	Смазанный и жирный	0,21	0,133
Автомобильная шина	Асфальт	Чистый и сухой	0,72
Автомобильная шина	Трава	Чистый и сухой	0,35
Углерод (твердый)	Углерод	Чистый и сухой	0.16
Углерод (твердый)	Углерод	Смазанный и жирный	0,12 — 0,14
Углерод	Сталь	Чистый и сухой	0,14
Углерод	Сталь	Смазанный и жирный	0,11 — 0,14
Хром	Хром	Чистый и сухой	0,41
Хром	Хром	Смазанный и жирный	0. 34
Медно-свинцовый сплав	Сталь	Чистый и сухой	0,22
Медь	Медь	Чистый и сухой	1,6
Медь	Медь	со смазкой и жирный	0,08
Медь	Чугун	Чистый и сухой	1,05	0,29
Медь	Мягкая сталь	Чистый и сухой	0.53	0,36
Медь	Низкоуглеродистая сталь	Смазанная и жирная		0,18
Медь	Мягкая сталь	Олеиновая кислота		0,18
Медь	Стекло	0,68	0,53
Хлопок	Хлопок	Нити	0,3
Diamond	Diamond	Clean and Dry	0. 1
Алмаз	Алмаз	Смазанный и жирный	0,05 — 0,1
Алмаз	Металлы	Чистый и сухой	0,1 — 0,15
Алмаз	Металл	Смазанный и жирный	0,1
Гранат	Сталь	Чистый и сухой		0,39
Стекло	Стекло	Чистый и сухой	0.9 — 1,0	0,4
Стекло	Стекло	Смазанное и жирное	0,1 — 0,6	0,09 — 0,12
Стекло	Металл	Чистое и сухое	0,5 — 0,7
Стекло	Металл	Смазанное и жирное	0,2 — 0,3
Стекло	Никель	Чистое и сухое	0.78
Стекло	Никель	Смазанное и жирное	0,56
Графит	Сталь	Чистый и сухой	0,1
Графит	Сталь	Смазанный и жирный	0,1
Графит	Графит (в вакууме)	Чистый и сухой	0,5 — 0,8
Графит	Графит	Чистый и сухой	0. 1
Графит	Графит	Смазанный и жирный	0,1
Пеньковый канат	Древесина	Чистая и сухая	0,5
Подкова	Резина	Чистая и сухая	0,68
Подкова	Бетон	Чистый и сухой	0,58
Лед	Лед	Чистый 0 o C	0.1	0,02
Ice	Ice	Clean -12 o C	0,3	0,035
Ice	Ice	Clean -80 o C	0,5	0,09
Лед	Дерево	Чистый и сухой	0,05
Лед	Сталь	Чистый и сухой	0,03
Утюг	Утюг	Чистый и сухой	1 .0
Железо	Железо	Смазанное и жирное	0,15 — 0,20
Свинец	Чугун	Чистое и сухое		0,43
Кожа	Дуб	Параллельно в зерно	0,61	0,52
Кожа	Металл	Чистая и сухая	0,4
Кожа	Металл	Смазанная и жирная	0. 2
Кожа	Дерево	Чистая и сухая	0,3 — 0,4
Кожа	Чистый металл	Чистая и сухая	0,6
Кожа	Чугун	Чистка и сушка	0,6	0,56
Кожаное волокно	Чугун	Чистое и сухое	0,31
Кожаное волокно	Алюминий	Чистое и сухое	0.30
Магний	Магний	Чистый и сухой	0,6
Магний	Магний	Смазанный и жирный	0,08
Магний	Сталь	Чистый и сухой		0,42
Магний	Чугун	Чистый и сухой		0,25
Кладка	Кирпич	Чистый и сухой	0.6 — 0,7
Слюда	Слюда	Свежесколотый	1,0
Никель	Никель	Чистый и сухой	0,7 — 1,1	0,53
Никель	Никель	Смазанный и жирный	0,28	0,12
Никель	Мягкая сталь	Чистый и сухой		0,64
Никель	Мягкая сталь	Смазанный и жирный		0. 178
Нейлон	Нейлон	Чистый и сухой	0,15 — 0,25
Нейлон	Сталь	Чистый и сухой	0,4
Нейлон	Снег	Мокрый 0 o C	0,4
Нейлон	Снег	Сухой -10 o C	0,3
Дуб	Дуб (параллельное волокно)	Чистый и сухой	0.62	0,48
Дуб	Дуб (поперечное зерно)	Чистое и сухое	0,54	0,32
Дуб	Дуб (поперечное зерно)	Смазанный и жирный		0,072
Бумага	Чугун	Чистый и сухой	0,20
Фосфорно-бронзовый	Сталь	Чистый и сухой	0.35
Платина	Платина	Чистая и сухая	1,2
Платина	Платина	Смазанная и жирная	0,25
Оргстекло	Оргстекло	0,8
Оргстекло	Оргстекло	Смазанное и жирное	0,8
Оргстекло	Сталь	Чистое и сухое	0. 4 — 0,5
Оргстекло	Сталь	Смазанное и жирное	0,4 — 0,5
Полистирол	Полистирол	Чистый и сухой	0,5
Полистирол	Полистирол	0,5
Полистирол	Сталь	Чистый и сухой	0,3 — 0,35
Полистирол	Сталь	Смазанный и жирный	0.3 — 0,35
Полиэтилен	Полиэтилен	Чистый и сухой	0,2
Полиэтилен	Сталь	Чистый и сухой	0,2
Полиэтилен	Сталь	Смазанные и Жирный	0,2
Резина	Резина	Чистая и сухая	1,16
Резина	Картон	Чистая и сухая	0. 5 — 0,8
Резина	Сухой асфальт	Чистый и сухой	0,9	0,5 — 0,8
Резина	Мокрый асфальт	Чистый и сухой		0,25 — 0,75
Резина	Сухой бетон	Чистый и сухой		0,6 — 0,85
Резина	Мокрый бетон	Чистый и сухой		0.45 — 0,75
Шелк	Шелк	Чистый	0,25
Серебро	Серебро	Чистое и сухое	1,4
Серебро	Серебро	Смазанное и жирное	0,55
Сапфир	Сапфир	Чистый и сухой	0,2
Сапфир	Сапфир	Смазанный и жирный	0.2
Серебро	Серебро	Чистое и сухое	1,4
Серебро	Серебро	Смазанное и жирное	0,55
Кожа	Металлы	Чистый и сухой	0,8 — 1,0
Сталь	Сталь	Чистая и сухая	0,5 — 0,8	0,42
Сталь	Сталь	Смазанная и жирная	0. 16
Сталь	Сталь	Касторовое масло	0,15	0,081
Сталь	Сталь	Стеариновая кислота		0,15
Сталь	Сталь	Легкое минеральное масло	0,23
Сталь	Сталь	Лард	0,11	0,084
Сталь	Сталь	Графит		0.058
Сталь	Графит	Чистый и сухой	0,21
Соломенное волокно	Чугун	Чистое и сухое	0,26
Соломенное волокно	Алюминий	Чистое и чистое Сухой	0,27
Просмоленное волокно	Чугун	Чистый и сухой	0,15
Просмоленное волокно	Алюминий	Чистый и сухой	0. 18
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) (тефлон)	Политетрафторэтилен (ПТФЭ)	Очистка и сушка	0,04	0,04
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 33	Смазанный политетрафторэтилен (PTFE)	Гретрафторэтилен	0,04
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)	Сталь	Чистая и сухая	0,05 — 0,2
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)	Снег	Мокрая 0 o C	0.05
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)	Снег	Сухой 0 o C	0,02
Карбид вольфрама	Сталь	Чистый и сухой	0,4 — 0,6
Сталь	Смазанный и жирный	0,1 — 0,2
Карбид вольфрама	Карбид вольфрама	Чистый и сухой	0.2 — 0,25
Карбид вольфрама	Карбид вольфрама	Смазанный и жирный	0,12
Карбид вольфрама	Медь	Чистый и сухой	0,35
0,35
Чистый и сухой	0,8
Олово	Чугун	Чистый и сухой		0. 32
Шина, сухая	Дорожная, сухая	Чистая и сухая	1
Шина, влажная	Дорожная, влажная	Чистая и сухая	0,2
Воск, лыжи	Снег	Мокрый 0 o C	0,1
Воск, лыжи	Снег	Сухой 0 o C	0,04
Воск, лыжи	Снег	Сухой -10 o C	0.2
Дерево	Чистое дерево	Чистое и сухое	0,25 — 0,5
Дерево	Влажное дерево	Чистое и сухое	0,2
Дерево	Чистый металл	Чистая и сухая	0,2 — 0,6
Дерево	Влажные металлы	Чистые и сухие	0,2
Дерево	Камень	Чистые и сухие	0. 2 — 0,4
Дерево	Бетон	Чистый и сухой	0,62
Дерево	Кирпич	Чистый и сухой	0,6
Дерево — восковое покрытие	Мокрый снег	Чистый и сухой	0,14	0,1
Дерево — восковое покрытие	Сухой снег	Чистый и сухой		0,04
Цинк	Чугун	Чистый и сухой	0.85	0,21
Цинк	Цинк	Чистый и сухой	0,6
Цинк	Цинк	Смазанный и жирный	0,04

Коэффициент трения кинетики или скольжения только при между поверхностями происходит относительное движение.

Примечание! Обычно считается, что статические коэффициенты трения выше динамических или кинетических значений.Это очень упрощенное заявление, которое вводит в заблуждение для тормозных материалов. Для многих тормозных материалов указанный динамический коэффициент трения является «средним» значением, когда материал подвергается воздействию диапазона скоростей скольжения, поверхностного давления и, что наиболее важно, рабочих температур. Если статическая ситуация рассматривается при том же давлении, но при температуре окружающей среды, то статический коэффициент трения часто значительно МЕНЬШЕ, чем среднее приведенное динамическое значение. Оно может составлять всего 40–50% от котируемого динамического значения.

Кинетические (скольжение) по сравнению со статическими коэффициентами трения

Кинетические или скользящие коэффициенты трения используются для относительного движения между объектами. Статические коэффициенты трения используются для объектов без относительного движения. Обратите внимание, что статические коэффициенты несколько выше, чем кинетические или скользящие коэффициенты. Для начала движения требуется больше силы.

Пример — сила трения

Деревянный ящик 100 фунтов проталкивается по бетонному полу. Коэффициент трения между предметом и поверхностью составляет 0,62 . Сила трения может быть рассчитана как

F _f = 0,62 (100 фунтов)

= 62 (фунт)

Пример — Автомобиль, торможение, сила трения и требуемое расстояние до остановки

Автомобиль массой 2000 кг едет со скоростью 100 км / ч по мокрой дороге с коэффициентом трения 0,2 .

Примечание! — Работа трения, необходимая для остановки автомобиля, равна кинетической энергии автомобиля.

Кинетическая энергия автомобиля

E _{кинетическая} = 1/2 мВ ² (4)

где

E _{кинетическая} = кинетическая энергия движущегося автомобиля (Дж)

m = масса (кг)

v = скорость (м / с)

E _{кинетическая} = 1/2 (2000 кг) ((100 км / ч) (1000 м / км) / (3600 с / ч)) ²

= 771605 Дж

Работу (энергию) трения для остановки автомобиля можно выразить как

Вт _трение = F _f d (5)

где

W _трение = работа трения для остановки автомобиля (Дж)

F _f = сила трения (Н)

64