Сила тертя

Силою тертя називається сила, яка з'являється під час руху при торканні двох тіл один одного і яка чинить опір цьому руху (завжди спрямована у бік, протилежний руху).

Чим більше значення сили тертя між двома тілами, тим складніше їх переміщати щодо один одного.

Прикладом може бути картонна коробка вагою 20 кілограм, яку переміщують по квартирі. Сила тертя між коробкою та ламінатом в одній кімнаті буде набагато меншою, ніж між коробкою та килимом з довгим ворсом в іншій. У першому випадку рухати коробку досить легко, у другому важко.

Обережно! Якщо викладач виявить плагіат у роботі, не уникнути великих проблем (аж до відрахування). Якщо немає можливості написати самому, замовте тут.

Два тіла при терті одне одного, відчувають у собі дію третього закону Ньютона. Сила тертя, що впливає перший об'єкт, дорівнює за значенням силі тертя, що впливає другий об'єкт. Але вектор цих двох сил має прямо протилежний напрямок.

У чому вимірюється

Фізична природа тертя полягає у взаємодії атомів та молекул тіл, які стикаються між собою.

У фізиці прийнято позначати силу тертя великою латинською літерою F із позначкою тр.: F_тр.

Вимірювання цієї фізичної величини здійснюється в Ньютонах (Н).

Види сили тертя з прикладами

Залежно від характеру руху і типу поверхонь, що взаємодіють між собою, виділяють кілька класифікацій поняття тертя.

У напрямку дії

За характером руху тіл виділяють сили тертя:

1. Спокою. Вона завжди має нульове значення і виникає при торканні двох тіл, які перебувають у стані спокою щодо один одного.
2. Ковзання. Це класичний вид тертя, що виникає при ковзанні двох тіл щодо один одного. Значення даної величини залежить від маси тіла (що більша маса, тим більше і сила тертя) та характеру поверхні (ковзання по льоду/ковзання по землі).
3. Качення. Ця сила з'являється тоді, коли один об'єкт котиться поверхнею іншого (автомобіль дорогою). Завдяки відкриттю, що сила тертя при коченні в рази менша у порівнянні з силою тертя при ковзанні, наші предки й вигадали один із головних винаходів людства — колесо.
4. Повернення. Цей вид сили з'являється, коли одне тіло обертається поверхнею іншого.

За типом взаємодіючих поверхонь

Саме тертя теж буває кількох видів:

1. Сухе. Виникає при торканні один одного твердих поверхонь.
2. В'язке (рідинне). Виникає при торканні твердого тіла з рідиною або газом. Як правило, сила в'язкого тертя набагато менше сили сухого тертя.
3. Змішане. З'являється між поверхнями, що стикаються, твердих тіл, між якими знаходиться шар мастила.

Внутрішнє та зовнішнє тертя

Зовнішнє виникає при дотику твердих тіл. Внутрішнє виявляється при взаємодії газу чи рідин. Усередині одного тіла відбувається зміщення шарів щодо один одного.

Коефіцієнт тертя

Для того, щоб розрахувати силу тертя, необхідно знати коефіцієнт тертя (k), який залежить від матеріалу поверхні і не має одиниць вимірювання в системі СІ.

Коефіцієнт тертя є постійну фізичну величину, значення якої різного роду тіл можна дізнаватися з таблиці.

Формули розрахунку сили тертя

Для тіла, що знаходиться на горизонтальній поверхні, Розрахунок сили тертя проводиться за формулою:

Де k – коефіцієнт тертя, а N – сила реакції опори.

З формули розрахунку сили тертя ясно, що крім коефіцієнта тертя, потрібно знати силу реакцію опори (N), яка дорівнює силі тяжіння і залежить від маси тіла (m) та прискорення вільного падіння (g):

При русі тіла по похилій поверхні формула для знаходження сили тертя ускладнюється:

\(F=k\times m\times g\times\cos\alpha\)

Де \(\cos\alpha\) — це відношення катета, що прилягає до кута, до гіпотенузи трикутника, що утворився.

В залежності від умов завдання на знаходження сили тертя, вибрати для розрахунку необхідно одну з наведених формул.

Шкода та користь сили тертя: тертя ковзання, спокою та кочення

Сила тертя зустрічається буквально щокроку. Але чи знають люди, навіщо вона потрібна? У чому шкода та користь сили тертя? Спробуємо розібратися.

Передмова

На земні об'єкти діє кілька сил, які тісно взаємопов'язані між собою та впливають на життєдіяльність тіл. Насамперед, це сила тяжкості, пружності (внутрішній опір тіл у відповідь на зміщення їх молекул) та реакції опори. Але є ще дуже важлива фізична величина, звана силою тертя. Вона на відміну від сили тяжіння та пружності не залежить від розташування тіл. При її вивченні діють інші закони: коефіцієнт тертя ковзання та сила реакції опори. Наприклад, якщо знадобиться зрушити великовагову шафу, то з першої ж хвилини стане зрозуміло, що зробити це непросто.Крім того, при виконанні цієї задачі присутні певні перешкоди. Що ж перешкоджає зусиллям до шафи? А заважає цьому не що інше, як сила тертя, принцип дії якої вивчають ще у школі. Курс фізики за 7 клас докладно розповідає про це явище.

Що ж у нас під ногами?

З нею люди стикаються дуже часто. Користь тертя в тому, що ми б і кроку ступити не змогли, якби не було цієї фізичної величини. Саме воно утримує наше взуття на тій поверхні, куди ми ступаємо. Кожен з нас ходив дуже слизькими поверхнями, наприклад, льодом, і не з чуток знає, що це дуже важко. Чому так відбувається? Перш ніж розповісти про те, в чому шкода та користь сили тертя, визначимося з тим, що це таке.

Суть поняття

Силою тертя називається взаємодія двох тіл, що виникає в місці їхнього дотику і перешкоджає їхньому руху відносно один одного. Розрізняють кілька видів тертя – спокою, ковзання та кочення.

Причини виникнення

Перша з причин полягає у незмінній шорсткості поверхонь. Саме цей показник впливає на те, який вид сили тертя матиме місце. Якщо йдеться про гладкі поверхні, наприклад, про покритий металом дах або про крижані ділянки, то їх шорсткість майже не видно, проте це не означає, що її немає - вона присутня на мікроскопічному рівні. У цьому випадку діятиме сила тертя ковзання. Але якщо говорити про шафу, що стоїть на килимі, то тут шорсткості двох об'єктів значно перешкоджатимуть взаємному руху. Другою причиною є електромагнітне молекулярне відштовхування, яке відбувається у місці контакту об'єктів.

Тертя спокою

Що відбувається у випадку, коли ми намагаємось зрушити з місця шафу, проте нам не вдається перемістити її ні на сантиметр. Що тримає предмет на одному місці? Це сила тертя спокою. Справа в тому, що докладені зусилля компенсуються силою сухого тертя, що виникає між шафою та підлогою.

Шкода та користь сили тертя спокою

Саме сила тертя спокою не дає самостійно розв'язатися шнуркам на наших черевиках, випасти цвяхом, який ми щойно вбили у стіну, утримує на місці шафу. Без неї було б неможливо пересуватися земною поверхнею ні людям, ні тваринам, ні автомобілям. Шкода тертя також є. Він буває в досить глобальних масштабах, наприклад сила тертя спокою може призвести до деформації обшивки кораблів.

Наукове обґрунтування

Для того щоб пересунути шафу, необхідно докласти до неї силу, яка перевершить тертя. Тобто до тих пір, поки зусилля, що застосовуються менше показника сили тертя, меблі залишаться на місці. Крім зазначених факторів, є ще сила реакції опори, яка спрямована перпендикулярно до площини. Вона залежить від матеріалу, з якого зроблена підлога (тут задіяна також сила пружності). Також існує коефіцієнт тертя, що залежить від того, з чого складаються обидві поверхні, що взаємодіють один з одним. Тому сила тертя, що діє на шафу, дорівнює коефіцієнту тертя, який множиться на силу реакції опори (поверхні).

Тертя ковзання

Отже, щоб пересилити тертя, ми попросили когось нам допомогти зрушити шафу з місця.Що ми виявили? Що після того, як ми доклали силу, яка перевищила силу тертя спокою, шафа не лише змістилася, а й деякий час продовжувала рухатися в необхідний бік, зрозуміло, з нашою допомогою. А витрачені зусилля були приблизно однакові протягом усього шляху. В цьому випадку нам перешкоджала сила тертя ковзання, спрямована в протилежну від прикладеного впливу сторону. Варто зауважити, що її опір набагато нижчий, ніж у сили тертя спокою. Щоб знизити цей показник, застосовуються різні мастильні матеріали.

Сила тертя кочення

Якщо ми пригадаємо, що колись доведеться рухати шафу назад, то вирішимо оснастити її коліщатками. У цьому випадку взаємодія, що виникає, називатиметься тертям кочення, оскільки предмет вже буде не ковзати, а котитися по поверхні. Коліщатка, що котяться, трохи вдавлюватимуться в килим, утворюючи горбок, який нам необхідно буде подолати. Цим і обумовлюється сила тертя кочення. Зрозуміло, якщо ми покотимо шафу не по килиму, а, наприклад, по паркету, то перемістити його буде ще легше, за рахунок того, що поверхня паркету твердіша за поверхню килима. З тієї ж причини велосипедистам їхати шосе куди простіше, ніж пляжем з дрібним піском.

Неоднозначне питання

У чому полягає шкода та користь сили тертя будь-якого типу? Зрозуміло, наведені приклади дещо перебільшені – у житті все трохи складніше. Однак незважаючи на те, що сила тертя має очевидні мінуси, що створюють низку складнощів у житті, ясно, що без неї проблем було б набагато більше. Тому в даної величини є свої недоліки та переваги.

Негативні приклади

Серед прикладів шкоди цієї сили на одному з перших місць постає проблема переміщення великовагових вантажів, швидкого зношування улюблених речей, а також неможливості створити вічний двигун, оскільки через тертя будь-який рух рано чи пізно припиняється, вимагаючи стороннього втручання.

Позитивні моменти

Серед прикладів корисності цієї сили те, що ми можемо спокійно ходити по землі, не послизнувшись на кожному кроці, наш одяг міцно сидить і миттєво не стає непридатним, оскільки нитки тканини утримуються завдяки тертю. Крім того, люди використовують принцип дії цієї сили, посипаючи слизькі дороги, через що вдається уникнути безлічі аварій та травм.

Висновки

Людство навчилося взаємодіяти з цією фізичною величиною, збільшуючи та зменшуючи її залежно від поставлених цілей. Наше безпосереднє завдання – спробувати використати його максимально ефективно.