Екатерина Владимировна Мосина
Эксперт по предмету «Физика»
Задать вопрос автору статьи
Ускорение тела, возникающее вследствие силы трения
Известно, что сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную направлению относительной скорости движения трущихся тел.
Отсюда следует, что ускорение, которое такая сила сообщает движущемуся телу, тоже направлено против относительной скорости. А это значит, что действие силы трения приводит к уменьшению абсолютного значения скорости тела относительно того тела, по которому оно скользит.
Если на тело, которое скользит по неподвижной поверхности, никакие силы, кроме силы трения не действуют, то оно, в конце концов, останавливается. Рассмотри этот часто встречающийся случай.
Представим себе, что перед движущимся поездом неожиданно появилось некоторое препятствие и машинист отключил двигатель и включил тормоз. Начиная с это момента, на поезд действует только сила трения, так как сила тяжести скомпенсирована реакцией рельсов, а сила сопротивления воздуха мала. Через некоторое время $t$ поезд, пройдя расстояние $l$ – тормозной путь, остановится. Найдем время $t$, нужное для остановки, и расстояние $l$, которое поезд пройдет за это время.
Сдай на права пока
учишься в ВУЗе
Вся теория в удобном приложении. Выбери инструктора и начни заниматься!
Получить скидку 3 000 ₽
Под действием сила трения $overline{F}_{mp} $поезд будет двигаться с ускорением, равным:
Выберем координатную ось $x$ так, чтобы ее положительное направление совпадало с направлением скорости движения поезда.
Рисунок 1.
Так как сила трения $overline{F}_{mp} $направлена в противоположном направлении, ее проекция на ось х отрицательна. Отрицательна и проекция вектора ускорения на ось $x$. Поэтому если абсолютное значение силы трения равно $left|overline{F}_{mp} right|$, то:
Но ускорение определяется также формулой:
где $v_{0} $- скорость поезда до начала торможения.
Время торможения при движении тела под действием силы трения
Так как нас интересует промежуток времени $t$ от начала торможения до остановки поезда, то конечная скорость $v=0$. Тогда:
«Движение тела под действием силы трения» 👇
Таким образом:
Получим выражения для времени торможения:
Нахождение пути, пройденного телом под действием силы трения
А теперь найдем тормозной путь $l$. Для этого воспользуемся формулой:
Так как $v=0$, то:
Так как $overline{a}=-frac{left|overline{F}_{mp} right|}{m} $, получим:
Из этой формулы видно, что пройденный до остановки путь пропорционален квадрату скорости. Если увеличить скорость вдвое, то потребуется вчетверо больший путь для остановки.
Пример 1
С какой скоростью двигался автомобиль, если после выключения двигателя он прошел до остановки путь равный $80$ м? Коэффициент трения принять равным $0,25$.
Дано: $l=80$м, $mu =0,25$.
Найти: $v$-?
Решение:
Воспользуемся раннее выведенными формулами для нахождения тормозного пути:
$l=frac{mv_{0}^{2} }{2overline{left|F_{mp} right|}} $. (1)
Так как $F_{mp} =mu mg$, подставим в формулу (1) и получим:
$l=frac{mv_{0}^{2} }{2mu mg} $. (2)
Выразив из формулы (2) $v_{0} $найдем величину искомой скорости:
$v_{0} =sqrt{2mu gl} =20$м/с
Ответ: Скорость автомобиля до выключения двигателя $v_{0} =20$ м/с.
Пример 2
Сноубордист массой $80$ кг, имеющий в конце спуска скорость $20$ м/с, останавливается через $40$ с после окончания спуска. Определите силу трения и коэффициент трения.
Дано: $m=80$кг, $v_{0} =20$м/с, $t=40$с.
Найти: $F_{mp} $, $mu $-?
Решение:
Уравнение движения сноубордиста будет иметь вид:
[ma=F_{mp} .]
Используя выражения для нахождения ускорения (конечная скорость $v=0$), получим:
[a=-frac{v_{0} }{t} .]
Тогда:
$F_{mp} =ma=-mfrac{v_{0} }{t} =40H$.
Так как сила трения $overline{F}_{mp} $равна $F_{mp} =mu Bg$, находим коэффициент трения $mu $:
[mu =frac{F_{mp} }{mg} =0,05.]
Ответ: $F_{mp} =40H$, $mu =0,05$.
Пример 3
Сани массой $16$ кг перемещают по горизонтальной плоскости под действием силы $180 H$, направленной под углом $30^circ$ к горизонтали. Коэффициент терния саней о плоскость $0,5$. Определить ускорения, с которым движутся сани.
Дано: $m=16$кг, $F=180 H$, $alpha =30^circ$, $mu =0,5$.
Найти: $a$-?
Решение:
Рисунок 2.
Уравнение движения тела:
[moverline{a}=moverline{g}+overline{N}+overline{F}+overline{F}_{mp} .]
Выберем направление осей $x$ и $y$ и спроецируем на них силы и ускорение:
[begin{array}{l} {ma=Fcos alpha -F_{mp} } \ {0=-Bg+N+Fsin alpha } end{array}]
Поскольку $F_{mp} =mu N$, а из второго уравнения $N=mg-Fsin alpha $, то $F_{mp} =mu (mg-Fsin alpha )$. Тогда из первого уравнения ускорение:
$a=frac{1}{m} [Fcos alpha -mu (mg-Fsin alpha )]approx 7,6м/с^2$
Ответ: $a$=$7,6м/с^2$
Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу
Поиск по теме
как вычислить, когда остановится тело? зная массу, скорость и силу трения
обязательный псевдоним? ахахаха
Профи
(568),
закрыт
2 года назад
Лучший ответ
Alexander Alenitsyn
Высший разум
(754460)
10 лет назад
Модуль ускорения: a=|F|/m.
Скорость убывает и станет равной нулю, когда v0=at.
Отсюда время.
Остальные ответы
Антон Семов
Ученик
(120)
10 лет назад
Из закона сохранения энергии найти тормозной путь: Fтр*S=mV^2/2; потом ускорение: a=V^2/2S и время из S=Vo*t-at^2/2
Похожие вопросы
Как найти время, если известны : масса сила расстояние коэффициент трения.
На этой странице сайта размещен вопрос Как найти время, если известны : масса сила расстояние коэффициент трения? из категории
Физика с правильным ответом на него. Уровень сложности вопроса
соответствует знаниям учеников 10 – 11 классов. Здесь же находятся ответы по
заданному поиску, которые вы найдете с помощью автоматической системы.
Одновременно с ответом на ваш вопрос показаны другие, похожие варианты по
заданной теме. На этой странице можно обсудить все варианты ответов с другими
пользователями сайта и получить от них наиболее полную подсказку.
«Любую задачу реально выполнить,
если
разбить ее на выполнимые части»
Данная
тема будет посвящена решению задач на силы трения и изучению движение тела с
учетом сил трения.
Задача 1. Упряжка ездовых собак может тянуть по снегу
сани с максимальной силой 500 Н. Какой массы саней с грузом может перемещать
данная упряжка собак, двигаясь равномерно, если коэффициент трения саней о снег
составляет 0,1?
|
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения: Тогда искомая масса равна |
|
|
Ответ: 500 кг.
Задача 2. Мальчик начинает тянуть санки по снегу,
прилагая силу 20 Н, направленную под углом 30о к горизонту.
Определите ускорение, с которым движутся санки, если их масса равна 4 кг, а
коэффициент трения между санками и снегом равен 0,01.
|
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Из последнего уравнения выразим значение силы нормальной Сила трения определяется по формуле Тогда Тогда ускорение санок равно |
|
|
Ответ: 4,3 м/с2.
Задача 3. Определите наименьший радиус поворота,
который может сделать автомобиль, движущийся со скоростью 15 м/с, если
коэффициент трения между шинами автомобиля и дорогой равен 0,1.
|
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона для рассматриваемого случая В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения определяется по формуле Центростремительное ускорение определяется по формуле С учётом последней формулы получаем |
|
|
Ответ: 225 м.
Задача 4. Автомобиль массой 3500 кг, разгоняясь из
состояния покоя, достигает скорости 10 м/с, а затем продолжает движение с
выключенным двигателем до полной остановки. Определите весь путь, пройденный
автомобилем за время движения, если сила тяги двигателя составляет 3500 Н, а
коэффициент трения шин о дорогу равен 0,02.
|
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ: Запишем второй закон Ньютона В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения определяется по формуле Тогда получаем Путь, пройденный автомобилем на разгонном участке Перейдем к рассмотрению второго участка движения автомобиля Запишем второй закон Ньютона для второго участка В проекциях на ось Ох: В проекциях на ось Оу: Сила трения определяется по формуле Тогда получаем Длина участка торможения: Весь путь, пройденный автомобилем, складывается из длин |
Ответ: 312,5 м.
Задачи на Движение
под действием силы трения
Тренировочные задания для подготовки к контрольным,
самостоятельным и диагностическим работам по теме
«ЗАДАЧИ на Движение под действием силы трения» + Решения
Модуль силы трения скольжения можно определить по формуле: Fтр = µN, где µ — коэффициент трения, N— модуль силы нормального давления (и силы реакции опоры). Максимальная сила трения покоя: (Fтр)мах = µN. При одинаковых условиях сила трения скольжения намного больше силы трения качения. Вектор силы трения скольжения всегда направлен противоположно вектору скорости тела. Коэффициент трения можно определить по формуле: µ = Fтр/N. Это величина безразмерная.
Если на тело действует только сила трения, то такое тело движется равнозамедленно до остановки. Расстояние, которое тело проходит до остановки, называют тормозным путем. Обозначают буквой l. Время торможения — время, нужное для остановки.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1.
Автомобиль массой 5 т движется с постоянной скоростью по прямой горизонтальной дороге. Коэффициент трения шин о дорогу равен 0,03. Определите силу тяги, развиваемую двигателем.
ОТВЕТ: Fтяги = 1470 Н.
РЕШЕНИЕ:
Задача № 2.
Сани со стальными полозьями перемещают равномерно по льду, прилагая горизонтальное усилие 2 Н. Каков вес саней?
ОТВЕТ: Вес саней 100 Н.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 3.
Деревянный брусок массой 3 кг тянут по горизонтальной деревянной доске с помощью пружины. Коэффициент трения равен 0,3. Найти удлинение пружины, если ее жесткость 10 кН/м.
ОТВЕТ: Удлинение пружины 0,09 см.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 4.
Велосипедист, ехавший со скоростью 36 км/ч, увидел примерно в 10 м от себя препятствие и резко затормозил. Успеет ли велосипедист остановиться до препятствия?
ОТВЕТ: Велосипедист успеет остановиться до препятствия, так как S = 10 м (расстояние до препятствия), а тормозной путь велосипедиста ≈ 7 м. Если скорость движения возрастет вдвое, то тормозной путь увеличится в 4 раза.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 5.
Автомобиль движется со скоростью 10 м/с по гладкой горизонтальной дороге. Пройдя с выключенным мотором расстояние 150 м, автомобиль останавливается. Сколько времени автомобиль двигался с выключенным мотором и каков коэффициент трения при его движении?
ОТВЕТ: t = 30 с; µ = 0,033.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
ЗАДАЧИ на Движение под действием силы трения
Задача № 6.
Лыжник массой 60 кг, имеющий в конце спуска скорость 10 м/с, останавливается через 40 с после окончания спуска. Определить величину силы сопротивления.
ОТВЕТ: Fтp = 15 Н.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 7.
Тело скользит равномерно по наклонной плоскости с углом наклона 30°. Определите коэффициент трения тела о плоскость.
ОТВЕТ: µ ≈ 0,58.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 8.
С какой наибольшей скоростью может ехать мотоциклист по горизонтальной плоскости, описывая дугу радиусом 80 м, если коэффициент трения резины о почву 0,4? На какой угол от вертикального положения он при этом отклоняется?
ОТВЕТ: vмах = 17,7 м/с = 64 км/ч — наибольшая скорость движения; a ≈ 22°.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 9.
Шофер грузовика, едущего со скоростью 72 км/ч, заметил на дороге знак. Сможет ли он, не сбавляя скорости, проехать поворот, если его радиус равен 25 м? Считать коэффициент трения шин о дорогу 0,4.
ОТВЕТ: Шофер должен уменьшить скорость движения, так как радиус окружности, которую опишет грузовик при данной скорости, 100 м, а радиус поворота — 25 м. В противном случае грузовик занесет на обочину дороги.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Дополнительный материал для решения задач
Конспект урока по физике «ЗАДАЧИ на Движение под действием силы трения с решениями». Тренировочные задания для подготовки к контрольным, самостоятельным, проверочным и диагностическим работам. Выберите дальнейшее действие:
- Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
- Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
- Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике
