Что такое сила трения и от чего она зависит?
Не пойму, почему по асфальту тяжело тащить ящик, а по льду легко. Что такое сила трения, от чего она зависит и как её посчитать?
3 ответа
Сила трения — это сила, которая мешает телам скользить друг по другу и направлена против движения.
Формула силы трения скольжения:
F_тр = μ·N
Где μ (мю) — коэффициент трения (зависит от материалов: лёд–сталь ~0.02, резина–асфальт ~0.7), N — сила нормального давления (на горизонтальной поверхности N = m·g).
От чего зависит:
- от материалов поверхностей (через
μ); - от силы прижатия
N(тяжелее тело — больше трение).
От чего не зависит (частая ошибка!): от площади контакта и от скорости. Широкая и узкая подошва трутся одинаково при одинаковом весе.
Пример: ящик 10 кг на асфальте, μ = 0.5, g = 10. Тогда N = 10·10 = 100 Н, F_тр = 0.5·100 = 50 Н. Чтобы сдвинуть равномерно, нужна тяга 50 Н.
Бывает трение покоя (пока тело стоит, оно подстраивается под внешнюю силу до некоторого максимума), трение скольжения и трение качения (самое слабое — поэтому придумали колесо).
Про лёд и асфальт всё дело в коэффициенте μ. У льда он крошечный (~0.02–0.1), у асфальта большой (~0.6–0.8). При одном и том же весе ящика F_тр = μ·N на льду в десятки раз меньше. Поэтому по льду легко, а по асфальту — нет. И да, без трения вообще нельзя было бы ходить: нога просто проскальзывала бы назад.
Сила трения - сила, которая возникает при соприкосновении двух тел и препятствует их относительному движению. Она всегда направлена против направления движения (или попытки движения) и является проявлением электромагнитного взаимодействия между молекулами соприкасающихся поверхностей.
От чего зависит сила трения? Ответ зависит от того, о каком виде трения мы говорим. В школьной физике обычно рассматривают три случая.
- Трение скольжения (самый распространенный случай) Это когда одно тело скользит по поверхности другого (например, брусок по столу). Для него действует закон Амонтона-Кулона: Fтр = μ · N Где: Fтр — сила трения скольжения. μ (мю) — коэффициент трения (безразмерная величина, зависящая от материалов и состояния поверхностей).
N — сила реакции опоры (в большинстве случаев она равна весу тела, то есть N = mg). От чего зависит (для скольжения): От свойств соприкасающихся поверхностей (материал, шероховатость). Чем грубее поверхности, тем больше μ. От силы давления (веса тела). Чем тяжелее тело, тем сильнее оно прижимается к поверхности, и тем больше трение. От чего НЕ зависит (важно!): От площади соприкосновения. Если взять кирпич и поставить его плашмя или на ребро, сила трения будет одинаковой (при одинаковом весе). От скорости (в школьной физике эту зависимость не учитывают).
- Трение покоя Это сила, которая удерживает предмет на месте, пока вы пытаетесь его сдвинуть. Она растет вместе с вашим усилием до определенного предела.
Fтр.покоя ≤ μ₀ · N Она зависит от тех же факторов (материалы и вес), но коэффициент трения покоя (μ₀) обычно больше, чем коэффициент трения скольжения. Именно поэтому сдвинуть шкаф с места труднее, чем толкать его потом.
- Трение качения Это когда тело катится (колесо, шарик). Оно обычно в разы меньше трения скольжения. Fтр.кач = k · N / R Где k — коэффициент трения качения (имеет размерность длины), а R — радиус катящегося тела.
От чего зависит: От веса тела (N). От радиуса колеса (чем больше радиус, тем трение меньше). От твердости материалов (мягкая резина дает большее трение, чем стальное колесо).