ТЕРТЯ: ВИДИ, КОЕФІЦІЄНТ, РОЗРАХУНОК, ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Тертя є опір руху поверхні , що знаходиться в контакті з іншою. Це поверхневе явище, яке відбувається між твердими, рідкими та газоподібними матеріалами. Сила опору, дотична до двох поверхонь, що контактують, яка протистоїть напрямку відносного переміщення між зазначеними поверхнями, також називається силою тертя або силою тертя F _r .

Для витіснення твердого тіла на поверхню необхідно прикласти зовнішню силу, яка може подолати тертя. Коли тіло рухається, сила тертя діє на тіло, сповільнюючи його і навіть може зупинити його.

Тертя

Сила тертя може бути зображена графічно діаграмою сили тіла, що контактує з поверхнею. На цій діаграмі сила тертя F _r намальована протилежно складовій сили, прикладеної на тіло, дотичної до поверхні.

Контактна поверхня чинить силу реакції на тіло, яку називають нормальною силою N. В одних випадках нормальна сила зумовлена ​​лише вагою Р тіла, що опирається на поверхню, а в інших випадках - за рахунок прикладених сил, відмінних від сили тяжіння.

Тертя виникає тому, що між контактами поверхонь є мікроскопічні шорсткості. При спробі переміщення однієї поверхні над іншою виникає тертя між нерівностями, які перешкоджають вільному переміщенню на межі розділу. У свою чергу втрати енергії відбуваються у вигляді тепла, яке не використовується для переміщення тіла.

Види тертя

Існує два основні типи тертя: кулонове тертя або сухе тертя і тертя рідини.

-Куклівське тертя

Кулонове тертя завжди протистоїть руху тіл і поділяється на два типи тертя: статичне тертя та кінетичне (або динамічне) тертя.

При статичному терті не відбувається руху тіла по поверхні. Прикладена сила дуже мала і недостатня для подолання сили тертя. Тертя має максимальне значення, пропорційне нормальній силі, і називається статичною силою тертя F _re .

Сила статичного тертя визначається як максимальна сила, яка чинить опір початку руху тіла. Коли прикладена сила перевищує статичну силу тертя, вона залишається на своєму максимальному значенні.

Кінетичне тертя діє, коли тіло вже в русі. Сила, необхідна для утримання тіла, що рухається з тертям, називається кінетичною силою тертя F _rc .

Сила кінетичного тертя менша або дорівнює силі статичного тертя, оскільки колись тіло починає рухатись, легше продовжувати рухатися, ніж намагатися це робити під час спокою.

Закони тертя Кулона

1. Сила тертя прямо пропорційна силі, нормальній до поверхні контакту. Константа пропорційності - це коефіцієнт тертя μ, який існує між поверхнями, що контактують.
2. Сила тертя не залежить від розміру видимої зони контакту між поверхнями.
3. Кінетична сила тертя не залежить від швидкості ковзання тіла.

-Тривне рідина

Тертя також виникає, коли тіла рухаються в контакті з рідкими або газоподібними матеріалами. Цей тип тертя називається тертям рідини і визначається як опір руху тіл, що контактують з рідиною.

Рідина тертя також відноситься до опору рідини, що протікає при контакті з шарами рідини того ж або іншого матеріалу, і залежить від швидкості та в'язкості рідини. В'язкість - це міра стійкості до руху рідини.

-Приймає тертя

Тертя Стокса - це тип тертя рідини, при якому сферичні частинки, занурені у в'язку рідину, в ламінарному потоці відчувають силу тертя, що сповільнює їх рух через коливання молекул рідини.

Стокс тертя

Потік є ламінарним, коли в'язкі сили, які протистоять руху рідини, більше, ніж інерційні сили, і рідина рухається з досить малою швидкістю і прямолінійним шляхом.

Коефіцієнти тертя

Відповідно до першого закону тертя Куломба, коефіцієнт тертя μ отримують із співвідношення сили тертя та сили, нормальної до поверхні контакту.

Коефіцієнт μ - безрозмірна величина, оскільки це співвідношення між двома силами, що залежить від характеру та обробки матеріалів, що контактують. Зазвичай значення коефіцієнта тертя становить від 0 до 1.

Статичний коефіцієнт тертя

Коефіцієнт статичного тертя - це константа пропорційності, яка існує між силою, яка перешкоджає переміщенню тіла в стані спокою на контактну поверхню, і силою, нормальною на поверхню.

Кінетичний коефіцієнт тертя

Коефіцієнт кінетичного тертя - це константа пропорційності, яка існує між силою, яка обмежує рух тіла, що рухається поверхнею, і силою, нормальною на поверхню.

Коефіцієнт статичного тертя більший за коефіцієнт кінетичного тертя.

Коефіцієнт пружного тертя

Еластичний коефіцієнт тертя отриманий від тертя між контактними поверхнями еластичних, м'яких або шорстких матеріалів, деформованих прикладеними силами. Тертя протистоїть відносному переміщенню між двома пружними поверхнями, а зміщення супроводжується пружною деформацією поверхневих шарів матеріалу.

Коефіцієнт тертя, який отримують за цих умов, залежить від ступеня шорсткості поверхні, фізичних властивостей матеріалів, що контактують, та величини тангенціальної складової сили зсуву на межі з'єднання матеріалів.

Коефіцієнт тертя молекули

Молекулярний коефіцієнт тертя отримують із сили, що обмежує рух частинки, яка ковзає по гладкій поверхні або через рідину.

Як обчислюється тертя?

Сила тертя на твердих інтерфейсах обчислюється за допомогою рівняння F _r = μN

Заміна рівняння ваги в рівняння сили тертя дає:

Характеристика нормального

Коли предмет перебуває в спокої на плоскій поверхні, нормальною силою є сила, яка чиниться поверхнею на тіло, і він протистоїть силі за рахунок сили тяжіння, згідно з законом дії та реакції Ньютона.

Нормальна сила завжди діє перпендикулярно поверхні. На нахиленій поверхні нормальність зменшується, коли кут нахилу збільшується і спрямовується в перпендикулярному напрямку від поверхні, а вага спрямовується вертикально вниз. Рівняння нормальної сили на похилій поверхні дорівнює:

θ = кут нахилу контактної поверхні.

Похила площина тертя

Компонент сили, що діє на тіло, щоб ковзати по ньому, це:

Зі збільшенням прикладеної сили вона наближається до максимального значення сили тертя, це значення є тим, що відповідає статичній силі тертя. Коли F = F _re , статична сила тертя дорівнює:

А коефіцієнт статичного тертя отримуємо дотичною до кута нахилу θ.

Розв’язані вправи

-Сила тертя предмета, що спирається на горизонтальну поверхню

Ящик розміром 15 кг, розміщений на горизонтальній поверхні, штовхає людина, яка прикладає силу 50 ньютонів уздовж поверхні, щоб змусити її рухатися, а потім застосовує силу 25 Н, щоб утримувати коробку з постійною швидкістю. Визначте коефіцієнти статичного та кінетичного тертя.

Коробка рухається по горизонтальній поверхні

Рішення: Зі значенням сили, прикладеної для переміщення коробки, _{отримується} коефіцієнт статичного тертя μ _e .

Нормальна сила N на поверхню дорівнює вазі коробки, тому N = мг

У цьому випадку μ _e = 50New / 147New

Сила, що застосовується для утримання швидкості коробки, є постійною силою тертя, яка дорівнює 25 Новим.

Коефіцієнт кінетичного тертя отримують з рівнянням μ _c = F _rc / N

-Сила тертя предмета під дією сили з кутом нахилу

Чоловік застосовує силу до коробки 20 кг, з кутом прикладання 30 ° по відношенню до поверхні, де вона впирається. Яка величина сили, прикладеної для переміщення коробки, якщо коефіцієнт тертя між коробкою і поверхнею дорівнює 0,5?

Рішення: Діаграма вільного тіла являє прикладену силу та її вертикальні та горизонтальні компоненти.

Діаграма вільного тіла

Прикладена сила робить кут 30 ° з горизонтальною поверхнею. Вертикальна складова сили додає до нормальної сили, що впливає на силу статичного тертя. Коробка рухається, коли горизонтальна складова прикладеної сили перевищує максимальне значення сили тертя F _re . Прирівнюючи горизонтальну складову сили та коефіцієнта статичного тертя дає:

Нормальна міцність

Нормальна сила більше не є вагою тіла через вертикальну складову сили.

Згідно з другим законом Ньютона, сума сил, що діють на коробку на вертикальну вісь, дорівнює нулю, тому вертикальна складова прискорення - _y = 0. Нормальна сила отримується із суми

Замінивши рівняння в рівняння, виходить таке:

-Трив у транспортному засобі, що рухається

1,5-тонний транспортний засіб рухається по прямій та горизонтальній дорозі зі швидкістю 70 км / год. Водій бачить перешкоди на дорозі на певній відстані, які змушують його різко гальмувати. Після гальмування автомобіль ковзає ненадовго, поки він не зупиниться. Якщо коефіцієнт тертя між шинами і дорогою дорівнює 0,7; визначте наступне:

1. Яке значення тертя, коли автомобіль ковзає?
2. Уповільнення руху автомобіля
3. Відстань, яку проїхав транспортний засіб, від коли він гальмує до місця зупинки.

Сила тертя транспортного засобу при його ковзанні становить:

= 10290 Новий

Розділ b

Сила тертя впливає на уповільнення руху автомобіля при його ковзанні.

Застосовуючи другий закон Ньютона, величина уповільнення отримується шляхом розв’язання рівняння F = ma

Розділ c

Початкова швидкість транспортного засобу - v ₀ = 70 км / год = 19,44 м / с

Коли автомобіль зупиняється, його кінцева швидкість v _f = 0, а сповільнення - = 6,86 м / с ²

Відстань, яку проїхав транспортний засіб, від моменту, коли він гальмує, до зупинки, отримується шляхом вирішення для d з наступного рівняння:

Перед зупинкою транспортний засіб проїжджає відстань на 27,54 м.

1. Розрахунки коефіцієнта тертя в умовах пружного контакту. Міхін, N М. 2, 1968, Радянське матеріалознавство, т. 4, с. 149-152.
2. Блау, П. Дж. Наука і техніка тертя. Флорида, США: CRC Press, 2009.
3. Зв'язок між силами адгезії та тертя. Ісраелачвілі, JN, Chen, You-Lung і Yoshizawa, H. 11, 1994, Журнал адгезійних наук і технологій, т. 8, с. 1231-1249.
4. Зімба, Дж. Сила і рух. Балтімор, Меріленд: Університетська преса Джона Хопкінса, 2009.
5. Bhushan, B. Принципи та застосування трибології. Нью-Йорк: Джон Вілей і сини, 1999.
6. Шарма, КС і Пурохіт, К. Теорія механізмів і машин. Нью-Делі: Зал Prentice Індії, 2006 р.