1. Вызначэнне сілы трэння
Трэнне — гэта супраціўленне, якое дзейнічае паміж паверхнямі аб'ектаў, якія датыкаюцца адна да адной. У гэтай тэме вывучаемая сіла трэння звязана з сілай трэння, якая дзейнічае паміж двума паверхнямі цвёрдых цел, якія датыкаюцца адна да адной. Напрыклад, трэнне паміж асновай бэлькі і паверхняй падлогі, трэнне паміж асновай абутку і паверхняй падлогі, трэнне паміж коламі аўтамабіля і паверхняй дарогі.
Сіла трэння заўсёды дзейнічае на паверхню цвёрдых прадметаў, якія датыкаюцца адзін аднаго, нават калі гэтыя прадметы вельмі гладкія. Нават гладкія паверхні насамрэч вельмі шурпатыя ў мікраскапічным маштабе. Калі прадмет рухаецца, гэтыя мікраскапічныя грабяні перашкаджаюць руху. На атамным узроўні выступ на паверхні прымушае атамы знаходзіцца вельмі блізка да іншых паверхняў, так што электрычныя сілы паміж атамамі могуць утвараць хімічныя сувязі, як аб'яднанне паміж двума паверхнямі рухомага прадмета. Калі прадмет рухаецца, напрыклад, калі вы штурхаеце кнігу па паверхні стала, рух кнігі сутыкаецца з перашкодамі і ў рэшце рэшт спыняецца. Гэта адбываецца з-за ўтварэння і разрыву сувязі.
Калі паверхня аднаго аб'екта трэцца аб паверхню іншага аб'екта, кожны з гэтых аб'ектаў працуе за кошт трэння адзін з адным. Сіла трэння на рухомым аб'екце заўсёды накіравана ў процілеглым кірунку да кірунку руху аб'екта. Акрамя таго, што трэнне стрымлівае рух аб'ектаў, яно можа выклікаць знос і пашкоджанні. Мы можам назіраць гэта на рухавіку аўтамабіля. Напрыклад, калі мы падаем змазачны алей у рухавік матацыкла, мы насамрэч хочам паменшыць сілу трэння, якая ўзнікае ўнутры рухавіка. Калі не падаваць змазачны алей, рухавік нашага аўтамабіля хутка выходзіць з ладу. Гэты прыклад - адна са страт, выкліканых трэннем.
2. Віды сілы трэння
Існуе два тыпы сіл трэння, а менавіта сіла статычнага трэння (f₁s ) і сіла кінетычнага трэння (f₁k ) . Статычная сіла трэння дзейнічае, калі аб'ект не рухаецца, а кінетычная сіла трэння дзейнічае, калі аб'ект рухаецца. Калі вы штурхаеце стол, але стол не рухаецца, то сіла трэння, якая дзейнічае на стол, які знаходзіцца ў стане спакою, з'яўляецца статычнай сілай трэння. І наадварот, калі стол рухаецца, сіла трэння, якая дзейнічае на стол, з'яўляецца кінетычнай сілай трэння. Калі стол, які рухаецца, не штурхаецца пастаянна, стол спыніцца праз некаторы час руху. Стол спыняецца з-за кінетычнай сілы трэння, якая блакуе рух стала.
Вы калі-небудзь паслізнуліся, наступаючы на нешта гладкае? Калі вы слізгаеце, сіла трэння, якая дзейнічае паміж асновай абутку або падэшвай сандалі з гладкай паверхняй, — гэта кінетычнае трэнне. Гэтая праблема падобная да таго, як матацыкл або аўтамабіль рухаецца па мокрай і гладкай паверхні дарогі, тармазячы, пакуль кола не пачне праслізгваць. Калі колы праслізгваюць, сіла трэння, якая дзейнічае на паверхню кола і паверхню дарогі, — гэта кінетычная сіла трэння. І наадварот, калі вы ідзяце, сіла трэння, якая дзейнічае паміж асновай абутку або падэшвай сандалій аб паверхню падлогі, — гэта статычная сіла трэння. Аналагічна, калі колы не слізгаюць, сіла трэння, якая дзейнічае на паверхню кола і дарогу, — гэта статычнае трэнне.
2.1 Сіла статычнага трэння
Сіла статычнага трэння — гэта сіла трэння, якая дзейнічае на паверхню аб'ектаў, якія датыкаюцца адзін аднаго, калі аб'екты яшчэ не рухаліся.
На малюнку 1 паказаны аб'ект, які ўсё яшчэ знаходзіцца на паверхні плоскай плоскасці. Калі аб'ект яшчэ не рухаўся, то сіла статычнага трэння (fs) меншая за сілу цягі (F). Калі яго працягваць цягнуць, то аб'ект будзе рухацца. Калі правы аб'ект будзе рухацца, велічыня сілы статычнага трэння (fs) роўная велічыні сілы цягі (F).
Першы закон Ньютана сцвярджае, што аб'екты знаходзяцца ў стане спакою, калі агульная сіла (рэзультуючая сіла) роўная нулю.
ΣF y = 0 (аб'ект спачывае і не рухаецца ў вертыкальным кірунку)
N – w = 0
N = w (1.2)
Замяніце N у раўнанні 1.1 на N у раўнанні 1.2
f s = μ s w
f s = μ s мг (1.3)
fs = статычнае трэнне (Н), μs = каэфіцыент статычнага трэння, N = нармальная сіла (Н), w = сіла цяжару (Н), m = маса (кг), g = паскарэнне свабоднага падзення (м/ с² )
Калі вы хочаце вызначыць каэфіцыент статычнага трэння, то выкарыстоўвайце ўраўненне 1.1 b
Σf x = 0 (аб'ект знаходзіцца ў стане спакою і не рухаецца ў гарызантальным кірунку)
F – f₅ = 0
F = f⋅s ( 1.4)
Калі аб'ект пачынае рухацца, максімальная сіла статычнага трэння роўная велічыні сілы штуршка або цягі.
2.2 Кінетычная сіла трэння
Кінетычная сіла трэння — гэта сіла трэння, якая дзейнічае на паверхню аб'ектаў, якія датыкаюцца адзін аднаго, калі аб'ект рухаецца.
Калі вы хочаце вызначыць каэфіцыент кінетычнага трэння (μk ) , выкарыстоўвайце ўраўненне 1.5b.
На малюнку 2 паказаны аб'ект, які рэгулярна цягнецца, так што аб'ект рухаецца з пастаяннай хуткасцю. Пры руху з пастаяннай хуткасцю велічыня кінетычнай сілы трэння (fk) роўная велічыні сілы цягі (F).
Першы закон Ньютана сцвярджае, што аб'ект рухаецца з пастаяннай хуткасцю, калі поўная сіла (рэзультуючая сіла) роўная нулю.
ΣF x = 0 (аб'екты рухаюцца з пастаяннай хуткасцю ў гарызантальным кірунку)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Прыклад задачы 1:
Вучань цягне бэльку масай 1 кг, размешчаную на паверхні стала, з дапамогай дынамометра (прылады для вымярэння сілы). Калі бэлька рухаецца, дынамометр паказвае лічбу 2 Н. Калі паскарэнне свабоднага падзення = 10 м/с² , вызначце (а) велічыню сілы статычнага трэння (б) каэфіцыент статычнага трэння
Рашэнне:
Вядомыя : m = 1 кг, F = 2 Н, g = 10 м/с² , w = mg = 10 Н
(а) f s
Калі бэлька будзе рухацца, велічыня сілы статычнага трэння = велічыні сілы цягі (параўнайце раўнанне 1.4). Такім чынам, f s = F = 2 Н.
(b) μs
f s = μ s w
2 Н = (μs ) (10 Н)
μs = 2 Н / 10 Н = 0.2
Прыклад задачы 2:
Бэлька масай 1 кг, размешчаная над паверхняй стала, рэгулярна падцягваецца так, каб бэлька рухалася з пастаяннай хуткасцю. Калі бэлька рухаецца з пастаяннай хуткасцю, дынамометр паказвае лічбу 1 Н. Калі паскарэнне свабоднага падзення = 10 м/с² , вызначце (а) велічыню сілы кінетычнага трэння (б) каэфіцыент кінетычнага трэння
Рашэнне:
Вядома: m = 1 кг, g = 10 м/с² , F = 1 Н, w = mg = 10 Н
(а) f k
Калі бэлька рухаецца рэгулярна або рухаецца з пастаяннай хуткасцю, велічыня кінетычнай сілы трэння = велічыні сілы цягі (параўнайце раўнанне 1.6).
Такім чынам, fk = F = 1 N
(б) μk
fk = μkw
1 Н = (μk ) (10 Н)
μk = 1 Н / 10 Н = 0.1
