Как найти силу трения через силу давления

Как найти силу трения через силу давления

Цель работы: с помощью экспериментальной установки
исследовать зависимость силы трения скольжения от силы нормального давления
(силы нормальной реакции опоры).

Для выполнения этой работы мы будем использовать оборудование
из комплекта № 2 в составе: каретка с крючком, динамометр с пределом измерения
5 Н, набор из трёх грузов массой по сто граммов каждый, и направляющая.

Итак, для
начала с вами вспомним, что сила трения скольжения — это сила,
возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого. При этом, как
было установлено Гийомом Амонтоном
и Шарлем Кулоном, модуль силы трения скольжения прямо пропорционален модулю
силы нормальной реакции опоры:

Именно эту зависимость мы с вами сейчас и проверим. Начнём
выполнять задания по порядку.

Итак, первое, что мы с вами сделаем — это нарисуем
схематический рисунок нашей экспериментальной установки. Для этого мы нарисуем
ровную поверхность, на которой расположим каретку с грузами в виде
прямоугольника. К одному из торцов каретки пририсуем динамометр так, как это
показано на экране. Давайте укажем силы, действующие на брусок. Во-первых, это
сила тяги, действующая со стороны динамометра, сила трения скольжения,
действующая между поверхностями каретки и рейки, сила нормальной реакции опоры,
действующая перпендикулярно опоре. И сила тяжести бруска, направленная
вертикально вниз.

Свяжем с нашей установкой инерциальную систему отсчёта. Тогда
на основании третьего закона Ньютона при равномерном прямолинейном движении
каретки по поверхности рейки сила трения и сила тяги будут равны по модулю и
противоположны по направлению:

Аналогично находим, что модуль силы тяги равен модулю силы
упругости, действующей со стороны пружины динамометра.

Сила же нормальной реакции опоры будет равна по модулю и
противоположна по направлению весу тела, который, в случае покоя или
равномерного прямолинейного движения, равен силе тяжести, действующей на
каретку:

Теперь приступаем непосредственно к работе. Результаты всех
измерений с учётом погрешностей мы с вами будем заносить в такую таблицу.

Вначале давайте с вами измерим вес каретки с грузами при
помощи динамометра. Для этого к крючку динамометра будем подвешивать каретку
поочерёдно с одним, двумя и тремя груза и снимать показания. Результаты наших
измерений мы заносим в таблицу с учётом погрешности измерения.

Отметим, что если груз не хочет плотно фиксироваться на
каретке, то необходимо измерить по отдельности вес каретки и вес груза, а
результаты измерения сложить:

Далее цепляем каретку с одним грузом к динамометру и без
резких движений (стараемся как можно равномернее) протягиваем каретку вдоль
рейки. При этом незабываем смотреть на показания динамометра. Желательно
провести опыт несколько раз, добившись тем самым примерно одинаковых показаний
динамометра.

Результат измерения силы тяги заносим в табличку, не забывая
указывать погрешность измерения.

Затем повторяем опыт, закрепив сначала на каретке два, а
затем и три груза.

Уже сейчас видно, что при увеличении силы нормального
давления сила трения скольжения, возникающая между кареткой и поверхностью
рейки, также увеличивается. Однако для полной уверенности (и убеждения
проверяющих) можно построить график зависимости силы трения скольжения от веса
каретки.

Как видим, все наши три точки легли на прямую линию. Значит вывод
можно написать так: сила трения скольжения, возникающая между поверхностью
каретки и поверхностью рейки, линейно увеличивается при увеличении силы
нормального давления.

Теперь исследуем
зависимость силы трения скольжения от рода поверхности.

Для выполнения этой работы мы будем использовать оборудование
из комплекта № 2 в составе: каретка с крючком, динамометр с пределом измерения
5 Н, набор из двух грузов массой по сто граммов каждый, и направляющая с двумя
поверхностями — «А» и «Б», коэффициенты трения которых заранее известны.

Итак, начинаем, как всегда, со схематического рисунка
экспериментальной установки. Для этого мы нарисуем рейку и обозначим её
поверхности. На рейке нарисуем каретку с грузами в виде прямоугольника. К торцу
каретки дорисуем динамометр. Давайте укажем силы, действующие на брусок.
Во-первых, это сила тяги, действующая со стороны динамометра, сила трения
скольжения, действующая между поверхностями каретки и рейки, сила нормальной
реакции опоры, действующая перпендикулярно опоре. И сила тяжести бруска,
направленная вертикально вниз.

Свяжем с нашей установкой инерциальную систему отсчёта. Тогда
на основании третьего закона Ньютона при равномерном прямолинейном движении
каретки по поверхности рейки сила трения и сила тяги будут равны по модулю и
противоположны по направлению:

Аналогично находим, что модуль силы тяги равен модулю силы
упругости, действующей со стороны пружины динамометра.

Вес каретки с грузами, в данном случае, нам искать
необязательно. Поэтому цепляем каретку с грузами к динамометру и без резких
движений (стараемся как можно равномернее) протягиваем каретку вдоль рейки по
стороне «А». При этом незабываем смотреть на показания динамометра. Проводим
опыт несколько раз, чтобы убедиться в правильности показаний динамометра.

Результат измерения силы тяги записываем с учётом погрешности
измерения силы тяги.

Затем повторяем опыт, перевернув рейку стороной «Б» вверх.

Какой вывод можно сделать по результатам опытов? Наверное такой: сила трения зависит от рода поверхности: при
увеличении коэффициента трения сила трения также увеличивается.

Источник

Лабораторная работа №1

Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела

   Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.

                           2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

   Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.

 Выполнение работы.

1. Определили цену деления шкалы динамометра.

Цена деления динамометра: 

(2H-1H)/10 дел = 0,1Н/дел

2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска   Pбруска=0,7Н

Зная, что  P=mg  и   g=10м/с2   получим mбруска=P/g 

mбруска=0,7Н/10м/с2=0,07кг

Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:

Р=N=(m1+m2)∙g

1.Р=N=(0,07кг+0,1кг)∙10м/с2=1,7Н

2.Р=N=(0,07кг+0,2кг)∙10м/с2=2,7Н

3.Р=N=(0,07кг+0,3кг)∙10м/с2=3,7Н

4.Р=N=(0,07кг+0,4кг)∙10м/с2=4,7Н

5.Р=N=(0,07кг+0,5кг)∙10м/с2=5,7Н

Провели измерения силы трения.

5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта

Масса бруска,
m1 , кг

Масса груза,
m2 , кг

Общий
вес тела 
(сила нормального давления),
Р=N=(m1+m2)g, Н

Сила трения,
Fтр, Н

Коэффициент трения,
μ

Среднее значение
коэффициента трения,
μср

1

0,07

0,1

1,7 

0,4

2

0,2

2,7 

0,6

3

0,3

3,7

0,8

4

0,4

4,7

1

5

0,5

5,7

1,2

6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)

7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: . 

μ=0,4Н/1,7Н=0,235

μ=0,6Н/2,7Н=0,222

μ=0,8Н/3,7Н=0,216

μ=1,0Н/4,7Н=0,213

μ=1,2Н/5,7Н=0,211

Результаты расчётов занесли в таблицу.

8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления: 

Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:

N=3Н

Fтр=0,68Н

Вычислили среднее значение коэффициент трения:

μср=0,68Н/3Н=0,227

Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227

Ответы на контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.

2. Какова природа сил трения?

Сила трения – это сила электромагнитной природы.

3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

   1) Шероховатостью поверхностей
   2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

4. Перечислите виды трения.

Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.

5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?

Источник
Определения

Трение — вариант взаимодействия двух тел. Оно возникает при движении одного тела по поверхности другого. При этом тела действуют друг на друга с силой, которая называется силой трения. Сила трения имеет электромагнитную природу.

Сила трения — сила, возникающая между телами при их движении или при попытке их сдвинуть. Обозначается как Fтр. Единица измерения — Н (Ньютон).

Трение бывает сухим и жидким. В школьном курсе физике изучается сухое трение.

Виды сухого трения:

  1. трение скольжения;
  2. трение качения;
  3. трение покоя.

Трение скольжения

Трение скольжения — трение, возникающее при скольжении одного тела по поверхности другого. Сила трения скольжения направлена противоположно направлению движения тела: Fтр↑↓v.

Сила трения скольжения определяется формулой:

μ — коэффициент трения, N — сила реакции опоры, Fдавл. — сила нормального давления

Сила реакции опоры и сила нормального давления — равные по модулю, но противоположные по направлению силы. Если тело не перемещается с ускорением относительно оси ОУ, модули силы реакции опоры и силы нормального давления равны модулю силы тяжести, действующей на это тело.

Силу трения скольжения зависит от степени неровности (шероховатости) поверхности. Поэтому ее можно легко менять.

Чтобы увеличить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность тела более шероховатой. Так, чтобы зимой автомобили не скользили по голому льду, автомобилисты используют зимние шины. От летних они отличаются глубоким протектором и наличием шипов, создающих дополнительную неровность.

Чтобы уменьшить силу трения скольжения, нужно сделать поверхность более ровной. Ее можно отшлифовать или смазать. Так, чтобы лыжи скользили по снегу лучше, их смазывают специальными мазями или парафинами.

Полезные факты

  • Если тело движется по гладкой поверхности, сила трения между ними отсутствует.
  • Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.
  • Сила трения качения обычно в несколько раз меньше силы трения скольжения. Поэтому тяжелые грузы перемещают не волоком, а с помощью тележек на колесах.

Пример №1. Конькобежец массой 70 кг скользит по льду. Какова сила трения, действующая на конькобежца, если коэффициент трения скольжения коньков по льду равен 0,002?

Сила реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на конькобежца. Отсюда:

Трение покоя

Трение покоя возникает при попытке сдвинуть предмет с места. Трение покоя противоположно направлено приложенной к телу силе (в сторону возможного движения).

Сила трения покоя всегда больше нуля, но всегда меньше силы трения скольжения:

0 < Fтр.пок. < Fтр. ск.

Способы определения вида силы трения, возникающей между телами, и ее модуля:

  • Когда к телу прикладывается сила F , модуль которой меньше силы трения скольжения, возникает сила трения покоя. Тело продолжает покоиться. При этом модуль силы трения покоя равен модулю прикладываемой к телу силы. Если F < Fтр. ск., Fтр.пок. = F.
  • Когда к телу прикладывается сила, модуль которой равен силе трения скольжения или превышает ее, возникает сила трения скольжения. Тело при этом начинает двигаться. Сила трения определяется формулой силы трения скольжения. Если F ≥ Fтр. ск., Fтр. = Fтр.ск.

Графически это можно изобразить так:

Пример №2. На горизонтальном полу стоит ящик массой 20 кг. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,3. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 36 Н. Какова сила трения между ящиком и полом?

Чтобы определить вид трения, возникающего между ящиком и полом, нужно найти силу трения скольжения и сравнить с ней приложенную к ящику силу.

Сила, приложенная к ящику, меньше силы трения скольжения. Значит, между ящиком и полом возникает сила трения покоя. Модуль силы трения покоя равен модулю приложенной силы:

Fтр.пок. = F = 36 (Н).

Описание движения тел с учетом сил трения

Тело может двигаться по горизонтальной, наклонной или вертикальной плоскости. Оно может покоиться, двигаться равномерно или с ускорением, а сила тяги, под действием которой движется тело, может быть направлена, как в сторону движения тела, так и под углом к плоскости. Поэтому применение законов Ньютона к каждому из случаев имеет свои особенности.

Движение тела по горизонтальной плоскости

Равноускоренное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fт – Fтр = ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg = 0

Равнозамедленное движение по горизонтали, сила тяги параллельная плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

– Fтр = –ma

Проекция на ось ОУ:

N – mg = 0

Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вверх)
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fтcosα – Fтр = ma

Проекция на ось ОУ:

Fтsinα + N – mg = 0

Ускоренное движение по горизонтали, сила тяги направлена под углом к горизонту (вниз)
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

Fтcosα – Fтр = ma

Проекция на ось ОУ:

N – Fтsinα – mg = 0

Внимание! В случаях, когда сила тяги Fт направлена под углом к плоскости движения, сила реакции опоры не равна силе тяжести: N ≠ mg.

Пример №3. Брусок массой 1 кг движется равноускоренно по горизонтальной поверхности под действием силы 10 Н, как показано на рисунке. Коэффициент трения скольжения равен 0,4, а угол наклона α — 30 градусов. Чему равен модуль силы трения?

Сила трения равна произведению коэффициента трения скольжения на силу реакции опоры:

Fтр = μN

Проекция сил на ось ОУ выглядит так:

N – Fтsinα – mg = 0

Отсюда силы реакции опоры равна:

N = Fтsinα + mg

Подставим ее в формулу для вычисления силы трения и получим:

Fтр = μN = μ (Fтsinα + mg) = 0,4(10∙0,5 + 1∙10) = 6 (Н)

Движение тела по вертикальной плоскости

Тело прижали к вертикальной плоскости и удерживают
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

N – F = 0

Проекция на ось ОУ:

Fт.п. – mg = 0

Тело поднимается под действием силы тяги, направленной под углом к вертикали
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma

Проекция на ось ОХ:

N – Fтsinα = 0

Проекция на ось ОУ:

Fтcosα – Fтр – mg = 0

Пример №4. Груз массой 50 кг удерживают на вертикальной плоскости, коэффициент трения которой равен 0,4. Определить, какую силу нужно приложить, чтобы груз оставался в состоянии покоя.

Проекция на ось ОХ:

N – F = 0

Отсюда следует, что сила должна быть равна силе реакции опоры.

Проекция на ось ОУ:

Fт.п. – mg = 0

Перепишем, выразив силу трения через силу реакции опоры:

μN – mg = 0

Отсюда выразим силу реакции опоры:

Следовательно:

Движение тела по наклонной плоскости

Движение вниз без трения
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N = ma
Проекция на ось ОХ:

mg sinα = ma
Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Тело покоится на наклонной плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fтр = ma
Проекция на ось ОХ:

mg sinα – Fтр.п. = 0
Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Тело удерживают на наклонной плоскости
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + F + Fтр = ma
Проекция на ось ОХ:

F + Fтр. – mg sinα = ma
Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Равноускоренное движение вверх с учетом силы трения
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + Fт + Fтр = ma
Проекция на ось ОХ:

Fт – mg sinα – Fтр. = ma
Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Равномерное движение вверх с учетом силы трения
Второй закон Ньютона в векторной форме:

mg + N + F + Fтр = ma
Проекция на ось ОХ:

Fт – mg sinα – Fтр. = 0
Проекция на ось ОУ:

N – mg cosα = 0

Пример №5. Брусок массой 200 г покоится на наклонной плоскости. Коэффициент трения между поверхностью бруска и плоскостью равен 0,6. Определите величину силы трения, если угол наклона плоскости к горизонту равен 30 градусам.

Переведем массу в килограммы: 200 г = 0,2 кг.

Проекция сил, действующих на тело, на ось ОХ:

mg sinα – Fтр.п. = 0

Отсюда сила трения равна:

Fтр.п. = mg sin α

Подставляем известные данные и вычисляем:

Fтр.п. = 0,2∙10∙sin30o = 2∙0,5 = 1 (Н)

Полезная информация

Задание EF18204

При исследовании зависимости силы трения скольжения Fтр от силы нормального давления Fд были получены следующие данные:

Fтр, Н

1,0

2,0

3,0

4,0

Fд, Н

2,0

4,0

6,0

8,0

Из результатов исследования можно сделать вывод, что коэффициент трения скольжения равен:

а) 0,2

б) 2

в) 0,5

г) 5

 

Алгоритм решения

1.Записать формулу, связывающую силу трения с силой нормального давления.

2.Выразить из нее коэффициент трения.

3.Взять значения силы трения и силы нормального давления из любого опыта (из любого столбца таблицы).

4.Вычислить коэффициент трения на основании табличных данных.

Решение

Силу трения и силу нормального давления связывает формула:

Fтр = μN

Отсюда коэффициент трения равен:

Сделаем расчет коэффициента трения на основании данных первого опыта (1 столбца):

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17513

Полый конус с углом при вершине 2α вращается с угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси, совпадающей с его осью симметрии. Вершина конуса обращена вверх. На внешней поверхности конуса находится небольшая шайба, коэффициент трения которой о поверхность конуса равен μ. При каком максимальном расстоянии L от вершины шайба будет неподвижна относительно конуса? Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на шайбу.

Алгоритм решения

1.Построить чертеж. Указать все силы, действующие на шайбу. Выбрать систему координат.

2.Записать второй закон Ньютона для описания движения шайбы в векторном виде.

3.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси.

4.Через систему уравнений вывести искомую величину.

Решение

Так как шайба вращается, покоясь на поверхности конуса, на нее действуют четыре силы: сила трения, сила тяжести, сила реакции опоры и центростремительная сила. Изобразим их на чертеже. Выберем систему координат, параллельную оси вращения.

Второй закон Ньютона в векторном виде выглядит следующим образом:

Теперь запишем этот закон в проекциях на оси ОХ и ОУ соответственно:

Так как шайба покоится относительно поверхности конуса, сила трения равна силе трения покоя:

Максимальное значение силы трения равно:

Принимая в учет силу трения покоя, проекции на оси ОХ и ОУ примут следующий вид:

Запишем систему уравнение в следующем виде:

Поделим первое уравнение на второе и получим:

Сделаем сокращения и получим:

Отсюда центростремительное ускорение равно:

Но также известно, что центростремительное ускорение равно произведению квадрата угловой скорости на радиус окружности:

Радиус окружности, по которой вращается шайба вместе с конусом, можно вычислить по формуле:

Отсюда центростремительное ускорение равно:

Выразим искомую величину L:

Подставим в это выражение выведенную для центростремительного ускорения формулу и получим:

Поделим числитель на синус угла α, чтобы упростить выражение, и получим:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18051

Грузовик массой m, движущийся по прямолинейному горизонтальному участку дороги со скоростью υ, совершает торможение до полной остановки. При торможении колёса грузовика не вращаются. Коэффициент трения между колёсами и дорогой равен μ. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Сделать чертеж. Указать все силы, действующие на грузовик во время торможения. Выбрать систему координат.

3.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.

4.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси ОХ и ОУ.

5.Записать формулу для нахождения силы трения скольжения.

6.Записать формулу для расчета перемещения при движении с постоянным ускорением.

7.Использовать второй закон Ньютона для определения тормозного пути.

Решение

Из условий задачи нам известны следующие величины:

• Начальная скорость грузовика (до начала торможения) v0 = v.

• Коэффициент трения между колесами и дорогой μ.

Выполним чертеж. Выберем такую систему координат, в которой направление движения грузовика во время торможения совпадает с направлением оси ОХ:

Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:

Запишем второй закон Ньютона в проекциях на оси:

Fтр = ma

N – mg = 0

Известно, что сила трения скольжения определяется формулой:

Fтр = μN = μmg

Значит, в первую ячейку таблицы мы должны поставить «1».

Перемещение при равнозамедленном движении определяется формулой (учтем, что конечная скорость равна 0, так как грузовик остановился):

Выразим ускорение через проекцию сил на ось ОХ:

Подставим найденное ускорение в формулу тормозного пути и получим:

Следовательно, во вторую ячейку таблицы мы должны поставить «4».

Полный ответ: «14».

Ответ: 14

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 14.5k

Источник

Калькулятор коэффициента трения

Рассчитайте коэффициент трения по углу наклона или через массу силу трения.

Что известно

Сила трения

Н

Масса

 

Угол

 

Раcсчитать

Оглавление:

  • 📝 Как это работает?
  • 🤔 Частые вопросы и ответы
  • 📋 Похожие материалы
  • 📢 Поделиться и комментировать

📐 Что считает калькулятор

Калькулятор коэффициента трения

Калькулятор коэффициента трения — это инструмент, который используется для расчета онлайн коэффициента трения между двумя поверхностями. Коэффициент трения — это величина, которая характеризует силу трения между двумя поверхностями, которые находятся в контакте.

👩🏻‍💻 Как использовать калькулятор

Для использования калькулятора коэффициента трения необходимо ввести данные о материалах и поверхностях, между которыми идет контакт, а также данные о внешних условиях, таких как давление, скорость и температура. На основе этих данных калькулятор рассчитывает коэффициент трения между двумя поверхностями.

🤔 Что влияет на точность расчетов калькулятора

Точность расчетов калькулятора коэффициента трения зависит от нескольких факторов:

  1. Качество введенных данных. Чем точнее и полнее введены данные, тем более точными будут результаты. Например, если введены неточные значения для коэффициента трения или других параметров, то это может привести к неточным результатам.
  2. Условия эксперимента. Коэффициент трения зависит от многих факторов, таких как тип поверхности, скорость, температура и давление. Поэтому, если условия эксперимента изменятся, то это может привести к изменению коэффициента трения.
  3. Ошибки округления. Когда происходят вычисления с большим количеством знаков после запятой, возможны ошибки округления, которые могут привести к неточным результатам.
  4. Точность используемых констант. Если в расчетах используются константы, которые имеют низкую точность, то это может привести к неточным результатам.
  5. Наличие систематических ошибок. Иногда в процессе эксперимента возникают систематические ошибки, которые могут приводить к смещению результатов. Такие ошибки могут быть связаны с некорректной калибровкой приборов, неточным измерением параметров и т.д.

🏗️ Где можно применить калькулятор

Калькулятор коэффициента трения может быть использован в различных областях, включая машиностроение, строительство, физику, материаловедение и т.д. Он может использоваться для определения коэффициента трения между различными материалами и поверхностями, для определения эффективности смазочных материалов, а также для определения влияния различных факторов, таких как давление, скорость и температура, на коэффициент трения.

Калькулятор коэффициента трения может быть полезным инструментом для инженеров, научных работников и студентов, которые занимаются исследованиями в области физики, материаловедения, машиностроения и т.д.

Как вычислить коэффициент трения самостоятельно

Для того чтобы вычислить коэффициент трения, необходимо выполнить определенный эксперимент. Один из самых простых способов – использовать наклонную плоскость.

  1. Подготовьте наклонную плоскость, установите ее под углом относительно горизонта.
  2. Положите на плоскость тело, для которого вы хотите определить коэффициент трения.
  3. Начните наклонять плоскость, пока тело не начнет двигаться. Запишите угол наклона плоскости, при котором тело начинает двигаться.
  4. Измерьте угол наклона плоскости и определите силу, которая необходима для того, чтобы тело начало двигаться.
  5. По формуле F = mg sinθ вычислите силу трения F. Здесь m – масса тела, g – ускорение свободного падения, θ – угол наклона плоскости.
  6. По формуле с = F/N определите коэффициент трения с. Здесь N – нормальная сила, которая действует на тело со стороны плоскости и равна mgcosθ.

Важно отметить, что результаты эксперимента могут быть неточными из-за различных факторов, таких как неровности поверхности плоскости и присутствие внешних сил. Чтобы получить более точный результат, необходимо проводить несколько измерений и усреднять результаты. Также можно использовать более точные приборы для измерения угла наклона и силы.

🤓 Полезные советы

Несколько советов, которые могут помочь при расчете средней скорости:

  1. Убедитесь, что вы понимаете, как определяется коэффициент трения. Он определяется как отношение силы трения к силе нормального давления между двумя поверхностями.
  2. Изучите характеристики материалов, которые находятся в контакте. Коэффициент трения зависит от характеристик поверхностей, таких как шероховатость, твердость, состояние поверхности и т. д.
  3. Учитывайте влияние окружающей среды на коэффициент трения. Например, сухая и чистая поверхность имеет другой коэффициент трения, чем поверхность, покрытая маслом или водой.
  4. Используйте правильную формулу для расчета коэффициента трения, в зависимости от конкретной задачи. Например, для расчета коэффициента трения скольжения используется формула Ff/Fn, где Ff – сила трения, Fn – сила нормального давления.
  5. Используйте приближенные значения коэффициента трения для первоначальных расчетов. Для более точных результатов нужно использовать данные, полученные из экспериментов или измерений.
  6. Проверьте свои расчеты несколько раз, чтобы убедиться в правильности результатов. Небольшие ошибки в расчетах могут привести к существенным изменениям в результатах.
  7. Используйте единицы измерения, соответствующие конкретной задаче. Например, для расчета коэффициента трения в системах СИ используются Н (ньютон) и м (метры), в то время как в системах английских единиц измерения используются фунты и дюймы.

❓ Вопросы и ответы

А вот несколько ответов на часто задаваемые вопросы про вычисление коэффициента трения.

Что такое коэффициент трения?

Коэффициент трения — это физическая величина, которая определяет силу трения между двумя поверхностями. Эта величина обычно обозначается как µ и может быть различной для разных материалов и условий.

Как рассчитать коэффициент трения между двумя поверхностями?

Для расчета коэффициента трения между двумя поверхностями необходимо определить отношение силы трения к нормальной силе, действующей между поверхностями. Это можно сделать путем измерения силы трения и нормальной силы с помощью динамометра и делением первой на вторую.

Как изменить коэффициент трения?

Коэффициент трения может быть изменен путем изменения условий между поверхностями. Например, использование смазки между двумя поверхностями может снизить коэффициент трения. Также можно изменить материалы, из которых изготовлены поверхности, чтобы получить другой коэффициент трения.

Какие еще факторы могут влиять на коэффициент трения?

Кроме материалов поверхностей, на коэффициент трения может влиять их состояние (например, состояние поверхности), скорость движения, температура и влажность.

Каково значение коэффициента трения для различных материалов?

Значение коэффициента трения для различных материалов может значительно различаться и зависит от многих факторов, включая состояние поверхностей, условия окружающей среды и т. д. Например, коэффициент трения между сталью и сталью может быть около 0,6, а между льдом и льдом – около 0,1.

Похожие калькуляторы

Возможно вам пригодятся ещё несколько калькуляторов по данной теме:

  • Площадь поверхности куба: калькулятор. Рассчитайте онлайн площадь поверхности куба по длине ребер, диагонали куба или диагоналям его сторон.
  • Калькулятор закона Ома. Рассчитайте сопротивление, силу тока и напряжение в зависимости от известных параметров.
  • Калькулятор средней скорости. Рассчитайте онлайн среднюю скорость автомобиля или бегуна по времени и расстоянию.
  • Калькулятор мощности тока. Рассчитайте онлайн мощность электрического тока в ваттах (Вт) в зависимости от силы тока, напряжения и сопротивления.
  • Калькулятор объема трубы. Рассчитайте онлайн объем трубы в куб. м. или литрах в зависимости от диаметра и длины трубопровода.
  • Калькулятор перевода в тонны. Иногда может потребовать перевести одну единицу веса в другую, например, в тонны. И для этой цели очень пригодится специальный калькулятор.

Если понравилось, поделитесь калькулятором в своих социальных сетях: вам нетрудно, а проекту полезно для продвижения. Спасибо!

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.

Показать комментарии

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 августа 2022 года; проверки требует 1 правка.

Изображения сил, действующих на скользящее тело.

Изображения сил, действующих на тело, находящееся на ровной и наклонной плоскости.

Сила трения скольжения — сила, возникающая между соприкасающимися телами при их относительном движении.

Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения, от площади соприкосновения[1].

Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения и обозначается обычно латинской буквой k или греческой буквой mu . Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то mu можно считать постоянным. В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле[1]:

{displaystyle F=mu N}

mu  — коэффициент трения скольжения,

N — сила нормальной реакции опоры.

Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении.

Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда в большей или меньшей степени происходит преобразование механического движения в другие формы движения материи — чаще всего в тепловую форму движения, и происходит нагревание взаимодействующих тел.

Независимость от площади[править | править код]

Так как никакое тело не является абсолютно ровным, сила трения не зависит от площади соприкосновения, и истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой. На самом деле, площадь соприкосновения, казалось бы, ровных поверхностей может находиться в пределах {displaystyle 0,01%-0,001%} от всей мнимой площади соприкосновения.[2] А в случае поверхностей максимально гладких начинает возникать межмолекулярное притяжение.

Обычно это демонстрируется примером:

Два цилиндра из мягких металлов соединяют плоскими частями, а затем с легкостью отрывают. После этого два цилиндра соединяют и немного двигают относительно друг друга. При этом все неровности поверхности притираются друг к другу, образуя максимальную площадь соприкосновения: появляются силы межмолекулярного притяжения. А после разъединить эти два цилиндра становится очень сложно.

Типы трения скольжения[править | править код]

Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазочный материал), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.

По физике взаимодействия трение скольжения принято разделять на:

  • Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазочными материалами — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
  • Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком);
  • Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазочного материала) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость;
  • Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
  • Граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (оксидные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;

Также можно классифицировать трение по его области. Силы трения, возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения. Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.

Измерение[править | править код]

В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики. Поэтому нет точной формулы для коэффициента трения. Его оценка производится на основе эмпирических данных: так как по первому закону Ньютона тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения, то для измерения действующей на тело силы трения достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.

Таблица коэффициентов трения скольжения[править | править код]

Значения таблицы взяты из справочника по физике[3]

Таблица коэффициентов трения скольжения, mu

Трущиеся материалы (при сухих поверхностях) Коэффициенты трения
покоя при движении
Алюминий по алюминию 0,94
Бронза по бронзе 0,99 0,20
Бронза по чугуну 0,21
Дерево по дереву (в среднем) 0,65 0,33
Дерево по камню 0,46-0,60
Дуб по дубу (вдоль волокон) 0,62 0,48
Дуб по дубу (перпендикулярно волокнам) 0,54 0,34
Железо по железу 0,15 0,14
Железо по чугуну 0,19 0,18
Железо по бронзе (слабая смазка) 0,19 0,18
Канат пеньковый по деревянному барабану 0,40
Канат пеньковый по железному барабану 0,25
Каучук по дереву 0,80 0,55
Каучук по металлу 0,80 0,55
Кирпич по кирпичу (гладко отшлифованные) 0,5-0,7
Колесо со стальным бандажем по рельсу 0,16
Лёд по льду 0,028
Металл по асботекстолиту 0,35-0,50
Металл по дереву (в среднем) 0,60 0,40
Металл по камню (в среднем) 0,42-0,50
Металл по металлу (в среднем) 0,18-0,20
Медь по чугуну 0,27
Олово по свинцу 2,25
Полозья деревянные по льду 0,035
Полозья обитые железом по льду 0,02
Резина (шина) по твердому грунту 0,40-0,60
Резина (шина) по чугуну 0,83 0,8
Ремень кожаный по деревянному шкиву 0,50 0,30-0,50
Ремень кожаный по чугунному шкиву 0,30-0,50 0,56
Сталь по железу 0,19
Сталь (коньки) по льду 0,02-0,03 0,015
Сталь по райбесту 0,25-0,45
Сталь по стали 0,15-0,25 0,09 (ν = 3 м/с)

0,03 (ν = 27 м/с)

Сталь по феродо 0,25-0,45
Точильный камень (мелкозернистый) по железу 1
Точильный камень (мелкозернистый) по стали 0,94
Точильный камень (мелкозернистый) по чугуну 0,72
Чугун по дубу 0,65 0,30-0,50
Чугун по райбесту 0,25-0,45
Чугун по стали 0,33 0,13 (ν = 20 м/с)
Чугун по феродо 0,25-0,45
Чугун по чугуну 0,15

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 Билимович Б. Ф. Законы механики в технике. – М., Просвещение, 1975. – Тираж 80000 экз. – с. 58
  2. ↑ Сила трения. ЗФТШ, МФТИ. Дата обращения: 14 февраля 2019. Архивировано 13 февраля 2019 года.
  3. ↑ Енохович А. С. Справочник по физике. — Просвещение, 1978. — С. 85. — 416 с.
Источник

Добавить комментарий