Что показывает коэффициент трения скольжения

Лаб. 5

3. От чего зависит коэффициент трения скольжения дерева по дереву?

Зависит от качества обработки дерева, скорости движения тел.

Выводы: коэффициент трения не зависит от массы тела. Коэффициент трения также зависит от материала, из которого сделано тело. Сила трения скольжения возникает при относительном перемещении соприкасающихся тел. Коэффициент трения скольжения — отношение силы трения и силы нормального давления бруска с грузами.

Как с помощью линейки, бруска с грузами и доски определить коэффициент трения дерева по дереву?

Поставить брусок на доску в горизонтальном положении и медленно наклонять её точно до того момента, когда брусок начнёт движения. Затем измерить угол наклона доски и построить проекцию, силу тяжести в направлениях, параллельном и перпендикулярном доске. Отношение этих проекций и будет искомым коэффициентом.

Источник

Коэффициент трения (скольжения)

Понятие и общие сведения о процессе

Трением называется известный всем процесс механического взаимодействия предметов, находящихся в контакте друг с другом, он бывает внешним и внутренним. Внешний процесс происходит при относительном перемещении тел в плоскости касания. То есть, если взять один предмет и начать скользить им по поверхности другого. Внутренняя (вязкая) разновидность процесса появляется при смещении друг относительно друга параллельных слоёв жидкости, газообразного или твёрдого тела, подвергнутого деформации. Таким образом, слои любого материала, находящегося в газовой или жидкостной фазе, также трутся между собой.

Рассматриваемый коэффициент относится к понятию внешнего трения. Это взаимодействие и возникающие при нем силы изучаются в разделе физики под сложным названием механика фрикционного взаимодействия или трибология.

Разновидности сил

Силовые векторы, возникающие в случае соприкосновения тел в твердом, жидком или газообразном агрегатных состояниях работают в соответствии с законами Ньютона. Сила трения по этим законам направлена в противоположную движению сторону. Так же ее вектор противоположен направлению сил, стремящимся привести предмет в движение.

Рис.1. Векторы сил при трении

Таким образом, можно утверждать, что в случае движения касающихся тел, одного относительно другого, происходит взаимодействие, известное как трение скольжения. Этот процесс сопровождается возникновением определенного усилия – силы трения скольжения. Соответственно при ее численном описании применяется коэффициент трения скольжения.

Упрощенно значение описанных выше сил при скольжении рассчитывается по формуле:

Fтр = k * N, в которой

k — описанный выше коэфф-т,

N — сила нормальной реакции опоры.

Другая разновидность рассматриваемого процесса – трение качения. Сила такого взаимодействия тел находится по следующей формуле:

Для примера значения коэффициента при качении пневматической шины по асфальту варьируется от 0,006 до 0,02.

Коэффициент трения скольжения

Величина, применяемая к паре материалов и характеризующая поверхности при их скольжении друг относительно друга, называется коэффициентом трения скольжения. Эта постоянная для каждых двух материалов обозначается буквой μ и определяется опытным путём.

Коэффициент трения этого типа зависит от свойств материалов, качества поверхности, наличия смазок и т.д. Массы тел на его значение не влияют. Примечательно, что значение коэффициента находится в незначительной зависимости и от скорости перемещения тел. Несмотря на это, обычно до простоты расчетов его значение считают постоянной величиной.

Численные значения данного коэффициента трения для некоторых пар материалов.

— Каучук по металлу – от 0,55 до 0,8.

— Фторопласт по нержавеющей стали – от 0,064 до 0,080.

— Фторопласт-4 по фторопласту – от 0,052 до 0,086.

Таким образом можно вывести, что из представленных материалов именно фторопласты «трутся» друг о друга с наименьшими потерями, то есть скользят, особенно друг по другу, лучше всего. Прочие полимеры и особенно резины, как видно из представленных данных, скользят даже по металлу гораздо хуже. Коэффициенты таких пар материалов близок к единице.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник

Что показывает коэффициент трения скольжения

Когда мы говорим «абсолютно гладкая поверхность» — это значит, что между ней и телом нет трения. Такая ситуация в реальной жизни практически невозможна. Избавиться от трения полностью невероятно трудно.

Чаще при слове «трение» нам приходит в голову его «тёмная» сторона — из-за трения скрипят и прекращают качаться качели, изнашиваются детали машин. Но представьте, что вы стоите на идеально гладкой поверхности, и вам надо идти или бежать. Вот тут трение бы, несомненно, пригодилось. Без него вы не сможете сделать ни шагу, ведь между ботинком и поверхностью нет сцепления, и вам не от чего оттолкнуться, чтобы двигаться вперёд.

Трение — это взаимодействие, которое возникает в плоскости контакта поверхностей соприкасающихся тел.
Сила трения — это величина, которая характеризует это взаимодействие по величине и направлению.

Основная особенность: сила трения приложена к обоим телам, поверхности которых соприкасаются, и направлена в сторону, противоположную мгновенной скорости движения тел друг относительно друга. Поэтому тела, свободно скользящие по какой-либо горизонтальной поверхности, в конце концов остановятся. Чтобы тело двигалось по горизонтальной поверхности без торможения, к нему надо прикладывать усилие, противоположное и хотя бы равное силе трения. В этом заключается суть силы трения.

Откуда берётся трение

Трение возникает по двум причинам:

Виды силы трения

В зависимости от вида трущихся поверхностей, различают сухое и вязкое трение. В свою очередь, оба подразделяются на другие виды силы трения.

Сила трения покоя

Рассмотрим силу трения покоя подробнее.

Обычная ситуация: на кухне имеется холодильник, его нужно переставить на другое место.

Когда никто не пытается двигать холодильник, стоящий на горизонтальном полу, трения между ним и полом нет. Но как только его начинают толкать, коварная сила трения покоя тут же возникает и полностью компенсирует усилие. Причина её возникновения — те самые неровности соприкасающихся поверхностей, которые деформируясь, препятствуют движению холодильника. Поднатужились, увеличили силу, приложенную к холодильнику, но он не поддался и остался на месте. Это означает, что сила трения покоя возрастает вместе с увеличением внешнего воздействия, оставаясь равной по модулю приложенной силе, ведь увеличиваются деформации неровностей.

Пока силы равны, холодильник остаётся на месте:

Сила трения, которая действует между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению движения, называется силой трения покоя

Сила трения скольжения

Что же делать с холодильником и можно ли победить силу трения покоя? Не будет же она расти до бесконечности?

Зовём на помощь друга, и вдвоём уже удаётся передвинуть холодильник. Получается, чтобы тело двигалось, нужно приложить силу, большую, чем самая большая сила трения покоя:

Теперь на движущийся холодильник действует сила трения скольжения. Она возникает при относительном движении контактирующих твёрдых тел.

Итак, сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения — Fтр. пок. макс И если приложенная сила больше, чем Fтр. пок. макс, то у холодильника появляется шанс сдвинуться с места.

Теперь, после начала движения, можно прекратить наращивать усилие и ещё одного друга можно не звать. Чтобы холодильник продолжал двигаться равномерно, достаточно прикладывать силу, равную силе трения скольжения:

Как рассчитать и измерить силу трения

Чтобы понять, как измеряется сила трения, нужно понять, какие факторы влияют на величину силы трения. Почему так трудно двигать холодильник?

Самое очевидное — его масса играет первостепенную роль. Можно вытащить из него все продукты и тем самым уменьшить его массу, и, следовательно, силу давления холодильника на опору (пол). Пустой холодильник сдвинуть с места гораздо легче!
Следовательно, чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Опора действует на тело с точно такой же силой, что и тело на опору, только направленной в противоположную сторону.

Сила реакции опоры обозначается N. Можно сделать вывод

Второй фактор, влияющий на величину силы трения, — материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей. Так, двигать холодильник по бетонному полу гораздо тяжелее, чем по ламинату. Зависимость силы трения от рода и качества обработки материала обеих соприкасающихся поверхностей выражают через коэффициент трения.

Коэффициент трения обозначается буквой μ (греческая буква «мю»). Коэффициент определяется отношением силы трения к силе нормального давления.

Он чаще всего попадает в интервал от нуля до единицы, не имеет размерности и определяется экспериментально.

Можно предположить, что сила трения зависит также от площади соприкасающихся поверхностей. Однако, положив холодильник набок, мы не облегчим себе задачу.

Ещё Леонардо да Винчи экспериментально доказал, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при прочих равных условиях.

Сила трения скольжения, возникающая при контакте твёрдого тела с поверхностью другого твёрдого тела прямо пропорциональна силе нормального давления и не зависит от площади контакта.

Этот факт отражён в законе Амонтона-Кулона, который можно записать формулой:

где μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Для тела, движущегося по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры по модулю равна весу тела:

Сила трения качения

Ещё древние строители заметили, что если тяжёлый предмет водрузить на колёсики, то сдвинуть с места и затем катить его будет гораздо легче, чем тянуть волоком. Вот бы пригодилась эта древняя мудрость, когда мы тянули холодильник! Однако всё равно нужно толкать или тянуть тело, чтобы оно не остановилось. Значит, на него действует сила трения качения. Это сила сопротивления движению при перекатывании одного тела по поверхности другого.

Причина трения качения — деформация катка и опорной поверхности. Сила трения качения может быть в сотни раз меньше силы трения скольжения при той же силе давления на поверхность. Примерами уменьшения силы трения за счёт подмены трения скольжения на трение качения служат такие приспособления, как подшипники, колёсики у чемоданов и сумок, ролики на прокатных станах.

Направление силы трения

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно скорости относительного движения соприкасающихся тел. Важно помнить, что на каждое из соприкасающихся тел действует своя сила трения.

Бывают ситуации, когда сила трения не препятствует движению, а совсем наоборот.

Представьте, что на ленте транспортёра лежит чемодан. Лента трогается с места, и чемодан движется вместе с ней. Сила трения между лентой и чемоданом оказалась достаточной, чтобы преодолеть инерцию чемодана, и эти тела движутся как одно целое. На чемодан действует сила трения покоя, возникающая при взаимодействии соприкасающихся поверхностей, которая направлена по ходу движения ленты транспортёра.

Если бы лента была абсолютно гладкой, то чемодан начал бы скользить по ней, стремясь сохранить своё состояние покоя. Напомним, что это явление называется инерцией.

Сила трения покоя, помогающая нам ходить и бегать, также направлена не против движения, а вперёд по ходу перемещения. При повороте же автомобиля сила трения покоя и вовсе направлена к центру окружности.

Для того чтобы понять, как направлена сила трения покоя, нужно предположить, в каком направлении стало бы двигаться тело, будь поверхность идеально гладкой. Сила трения покоя в этом случае будет направлена как раз в противоположную сторону. Пример, лестница у стены.

Подведём итоги

У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.

Попробовать бесплатно

Интересное по рубрике

Найдите необходимую статью по тегам

Подпишитесь на нашу рассылку

Мы в инстаграм

Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством

Посмотреть

Рекомендуем прочитать

Реальный опыт семейного обучения

Звонок по России бесплатный

Посмотреть на карте

Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.

Источник

Коэффициент трения скольжения – формула, минимальное значение

Физическая величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения скольжения. Величина обозначается буквой μ. Коэффициент трения определяют опытным путём.

Сила трения скольжения

На покоящиеся и движущиеся тела всегда действуют силы трения. Они возникают при соприкосновении твердых тел, твердых тел и жидкостей или газов и подчиняются законам Ньютона. Направление сил трения противоположно движению тела и силам, стремящимся изменить его положение.

В случае, когда тело движется относительно другого, говоря о трении скольжения. Она зависит от:

Рис. 1. Сила трения скольжения.

Коэффициент зависит от свойств материала. Чем больше шероховатость поверхности, тем больше значение коэффициента и, соответственно, больше сила трения. Коэффициент трения смазанных поверхностей будет меньше, чем у несмазанных для одной и той же пары материалов. Также коэффициент трения зависит от скорости. Однако эта зависимость минимальна и ей пренебрегают, если не требуется точность измерения. Поэтому коэффициент трения считается постоянным.

Рис. 2. Поверхность трения.

Расчет коэффициента трения скольжения

С достаточно большой точностью силу трения скольжения рассчитывают как предельную силу трения покоя по формуле:

Тогда формула коэффициента трения скольжения:

Значение N рассчитывается как произведение массы тела на ускорение свободного падения и на косинус угла к поверхности приложения:

$N = m cdot g cdot cos alpha$

Рис. 3. Сила нормальной реакции опоры для тел, скатывающихся по наклонной поверхности.

Для большинства пар материалов коэффициент рассчитан опытным путём. Значения находятся в пределах 0,1…0,5. Некоторые значения представлены в таблице.

Трущиеся материалы

Коэффициенты трения

Источник

Физик и ролики

Предисловие

Однажды я купил слишком бюджетный велосипед и с самого начала с ним стали постоянно возникать какие-то проблемы: то развалится сиденье, то слетит цепь, то лопнут спицы. После нескольких лет неравной борьбы я сдался и забросил его куда подальше. Конечно, в мире фитнеса есть не только велосипеды, можно было бы кататься на лыжах или просто бегать, но снега в последние годы мало, регулярно бегать утомительно, так что мне пришлось стать рядовым пешеходом.

Жизнь так и шла своим чередом, пока не случилось историческое событие — у нас построили велодорожку к парку Космонавтов. Народ стал понемногу кататься, и мне тоже не хотелось оставаться в стороне. Но, поскольку впечатления о борьбе с великом еще не изгладились из памяти, я приобрел лыжероллеры.

Вообще-то, классические лыжероллеры очень прикольная и полезная для здоровья штука, но надо учитывать, что по ровной местности на них особо не разгонишься, а вот на горке лыжник превращается в неуправляемую торпеду без тормозов. Скорость по равнине не очень высокая, 10—12 км/ч, и вас будут обгонять буквально все: дети, девушки, дачники, бодрые спортсмены. С этим нужно было срочно что-то делать и тогда я решил купить роликовые коньки и освоить фитнес спидскейтинг.

Дело оказалось непростым. Научить и подсказать было некому, в провинции не хватает хорошего асфальта, и в основном все катают на великах или самокатах, а до ближайшей роллер школы полста километров. Пришлось, как всегда, выискивать крупинки полезной информации в глубинах интернета и учиться на своих ошибках. Если двигаться вперед у меня еще как-то получалось, то с освоением торможения совершенно не складывалось. Отвага на горке закончилась здоровым синяком и ссадиной (хорошо, что я был в полной защите и упал сразу, не набирая скорость).

Интернет тем временем жил собственной жизнью. Симпатичные барышни с Ютуба непринужденно демонстрировали чудеса катания, а роллерские сайты пестрели броскими терминами «плуг», «Т-стоп», «штатник». Любое из этих слов почему-то обладало магическим свойством вызывать бурные споры. Сторонники Т-стопа неутомимо дискутировали с поклонниками плуга и обе партии снисходительно пеняли робких штатников. Не будучи просветленным гуру, разобраться в этом полете творческой мысли и приложить ее на практике было решительно невозможно.

И вот здесь посреди хаоса возникла идея: «Если не знаешь, как этого добиться, то возможно надо понять, что и почему должно получиться?» Она и вдохновила меня написать заметку о физике торможения на роликах и о пользе, которую можно из них извлечь.

1. Исходные положения

Проведем оценки эффективности различных способов торможения на роликовых коньках исходя из того, что для малых скоростей сила трения при скольжении или качении тела зависит лишь от его веса P (а точнее от силы реакции опоры N) и материалов пары трения:

Рассмотрим основные физические случаи торможения.

A) Чистое скольжение

Замедление происходит из-за прижатия резины тормоза к асфальту, либо постановки колес одного или обоих коньков строго поперек направления движения. При горизонтальном движении сила реакции опоры равна весу тела. Следовательно, сила трения скольжения:

Ускорение торможения: a = F_Т / m = k_p g ϰ

Путь равноускоренного движения определяется ускорением и начальной скоростью:
S = at 2 / 2 = v 2 / (2a)

Отсюда тормозной путь:

B) Проскальзывание

При постановке конька под некоторым углом скольжения Θ к направлению движения, он частично катится, а частью скользит. Разложим перемещение конька S на продольное качение S_1​ и поперечное скольжение S₂​ (см. Рис.1).

Рис.1. Траектория проскальзывания конька.

Общая работа силы трения будет суммой работ на участках:

Отсюда общий коэффициент трения:

C) Противодействие разгону на горке

Вес тела P вызывает давление на склон P_N и силу тяги вдоль склона F. С увеличением угла наклона давление на склон и трение уменьшаются, а сила тяги быстро растет (см. Рис.2). Поэтому, начиная с некоторого критического угла, затормозить становится невозможно.

Рис.2. Сила, разгоняющая роллера на склоне.

Из Рис.2 получаются следующие соотношения:

Сила тяги: F = P sin α
Сила реакции опоры: N = P cos α
Сила трения: F_Т = k N ϰ

При равенстве тяги и трения F = F_Т​ скорость не набирается, и из соотношения
P sin α = P cos α k ϰ получаем условие критического угла:

В строительстве тангенс угла наклона (отношение высоты склона к длине его основания) называется уклоном дороги и выражается в процентах или промилле.

2. Параметры модели и результаты расчетов

Формулы (1), (2) и (3) дают простейшую математическую модель торможения на роликах. Ее параметры во многом зависят от умений роллера и окружающих условий. Например, коэффициент трения полиуретана и резины об асфальт сильно зависит от сорта материала и состояния покрытия. Постараемся провести более менее правдоподобную их оценку.

— Предположим, что k_p = 0,5 ÷ 0,7 где меньшие значения соответствуют скользким колесам либо слегка влажному покрытию.
— Ускорение свободного падения g = 10 м/c 2
— Скорость движения при прогулочном катании примем равной 3 м/c или 11 км/ч.

Остальные параметры перечислены в табличке:

На велосипеде (задним колесом)

Штатный пяточный тормоз

Слайды Parallel или Magic

Плуг со скольжением

Слайд Soul (одноногий плуг)

Таблица 1. Параметры модели торможения.

Предсказания модели можно представить в виде рейтинга с пояснениями:

2) Второе место занял способ торможение роллера обоими ногами.
Самым эффективным торможением на роликах будет постановка обоих коньков поперек движения, где на тормозящие элементы придется 100% роллера веса. Это слайды Parallel и Magic.
Тормозной путь для наилучшего случая 0,6 м, а для наихудшего 0,9 м. Средний тормозной путь Magic и Parallel слайдов равен 0,8 м.

7) Торможение плугом с упором
Этот способ простой, но самый неэффективный. Роллер не подворачивает стопы специально, а просто сильно давит широко расставленными ногами вбок, до начала их проскальзывания. Поворот стоп происходит автоматически, за счет моментов боковых сил от пяток относительно точек приложения веса в начале стоп. Коньки с длинной рамой должны тормозить лучше за счет больших плеч и моментов силы.
Для углов поворота Θ = 5..7 0 наилучший тормозной путь 5,3 м, наихудший 10,3 м. Средний тормозной путь равен 7,8 м.

Наглядно результаты показаны на рисунке и в таблицах:

Рис.3. Оценка тормозного пути на роликах при прогулочном катании.

Источник