Як знайти коефіцієнт тертя, якщо відомо прискорення. Як визначити коефіцієнт тертя ковзання? Одиниці виміру сили тертя

Визначення

Силою тертяназивають силу, що виникає при відносному переміщенні (або спробі переміщення) тіл і є результатом опору руху довкіллячи інших тел.

Сили тертя виникають тоді, коли тіла, що стикаються (або їх частини), переміщуються відносно один одного. При цьому тертя, яке з'являється при відносному переміщенні тіл, що стикаються, називають зовнішнім. Тертя, що виникає між частинами суцільного тіла (газ, рідина) названо внутрішнім.

Сила тертя – це вектор, який має напрямок уздовж дотичної до поверхонь (шарів), що труться. При цьому ця сила спрямована у бік протидії відносного зміщення цих поверхонь (шарів). Так, якщо два шари рідини переміщуються один по одному, при цьому рухаються з різними швидкостями, то сила, яка прикладена до шару, що переміщається з більшою швидкістю, має напрямок у бік, що протилежна руху. Сила ж, яка впливає на шар, що рухається з меншою швидкістю, спрямована рухом.

Види тертя

Тертя, що виникає між поверхнями твердих тіл, називають сухим. Воно виникає як при ковзанні поверхонь, а й за спробі викликати переміщення поверхонь. У цьому виникає сила тертя спокою. Зовнішнє тертя, яке з'являється між тілами, що рухаються, називають кінематичним.

Закони сухого тертя говорять про те, що максимальна сила тертя спокою і сила тертя ковзання не залежать від площі поверхонь дотику тіл, що стикаються, схильних до тертя. Ці сили пропорційні модулю сили нормального тиску (N), яка притискає поверхні, що труться:

де – безрозмірний коефіцієнт тертя (спокою чи ковзання). Даний коефіцієнт залежить від природи і стану поверхонь тіл, що труться, наприклад від наявності шорсткостей. Якщо тертя виникає як наслідок ковзання, то коефіцієнт тертя є функцією швидкості. Досить часто замість коефіцієнта тертя застосовують кут тертя, який дорівнює:

Кут дорівнює мінімальному куту нахилу площини до горизонту, при якому тіло, що лежить на цій площині, починає ковзати під вплив сили тяжіння.

Більш точним вважають закон тертя, який бере до уваги сили тяжіння між молекулами тіл, які піддаються тертю:

де S – Загальна площаконтакту тіл, p 0 – додатковий тиск, що викликається силами молекулярного тяжіння – справжній коефіцієнт тертя.

Тертя між твердим тіломі рідиною (або газом) називають в'язким (рідким). Сила в'язкого тертя дорівнює нулю, якщо швидкість відносного руху тіл перетворюється на нуль.

При русі тіла в рідині або газі з'являються сили опору середовища, які можуть стати значно більшими, ніж сили тертя. Величина сили тертя ковзання залежить від форми, розмірів та стану поверхні тіла, швидкості руху тіла щодо середовища, в'язкості середовища. При невеликих швидкостях сила тертя обчислюється за допомогою формули:

де знак мінус означає, що сила тертя має напрямок убік протилежний напрямшвидкість вектор. При збільшенні швидкостей руху тіл у в'язкому середовищі лінійний закон (4) перетворюється на квадратичний:

Коефіцієнти і суттєво залежні від форми, розмірів, стану поверхонь тіл, в'язкості середовища.

Крім цього виділяють тертя кочення. У першому наближенні тертя кочення розраховують, застосовуючи формулу:

де k - Коефіцієнт тертя кочення, який має розмірність довжини і залежить від матеріалу тіл, схильних до контакту і якостей поверхонь і т.д. N – сила нормального тиску, r – радіус тіла, що котиться.

Одиниці виміру сили тертя

Основною одиницею виміру сили тертя (як і будь-якої іншої сили) у системі СІ є: [P]=H

У СГС: [P] = дін.

Приклади розв'язання задач

приклад

Завдання.На горизонтальному диску лежить маленьке тіло. Диск обертається навколо осі, яка проходить через його центр, перпендикулярно до площини з кутовою швидкістю . На якій відстані від центру диска може бути в стані рівноваги тіло, якщо коефіцієнт тертя між диском і тілом дорівнює ?

Рішення.Зобразимо на рис.1 сили, які діятимуть на тіло, покладене на диск, що обертається.

Відповідно до другого закону Ньютона маємо:

У проекції на вісь Yз рівняння (1.1) отримаємо:

У проекції на вісь X маємо:

де прискорення руху маленького тіла дорівнює модуль нормальної складової повного прискорення. Силутрування спокою знайдемо як:

візьмемо до уваги вираз (1.2), тоді маємо:

прирівняємо праві частини виразів (1.3) та (1.5):

де маленьке тіло (оскільки воно перебуває у стані спокою на диску) рухається зі швидкістю, що дорівнює.

Тертя є тим фізичним процесом, без якого не міг би існувати сам рух у нашому світі. У фізиці для обчислення абсолютного значення сили тертя необхідно знати спеціальний коефіцієнт для аналізованих поверхонь, що труться. На це запитання дасть відповідь ця стаття.

Тертя у фізиці

Перш ніж відповідати питанням, як коефіцієнт тертя знаходити, необхідно розглянути, що таке тертя і який силою воно характеризується.

У фізиці виділяють три види цього процесу, що протікає між жорсткими об'єктами. Це ковзання та кочення. Тертя спокою виникає завжди, коли зовнішня сила намагається зрушити з місця об'єкт. Ковзання тертя, судячи з назви, виникає при ковзанні однієї поверхні по іншій. Нарешті, кочення тертя з'являється, коли круглий об'єкт (колесо, кулька) котиться деякою поверхнею.

Поєднує всі види той факт, що вони перешкоджають будь-якому руху і точка застосування їх сил знаходиться в області контакту поверхонь двох об'єктів. Також усі ці види переводять механічну енергію у тепло.

Причинами сил тертя ковзання та спокою є шорсткість мікроскопічного масштабу на поверхнях, що труться. Крім того, ці види обумовлені диполь-дипольним та іншими видами взаємодій між атомами і молекулами, які утворюють тіла, що труться.

Причина кочення тертя пов'язана з гістерезисом пружної деформації, яка з'являється в точці контакту об'єкта, що котиться, і поверхні.

Сила тертя та коефіцієнт тертя

Усі три виду сил твердого тертя описуються виразами, що мають одну й ту саму форму. Наведемо її:

Тут N - сила, що діє перпендикулярно поверхні на тіло. Вона називається реакцією опори. Розмір t - називається коефіцієнтом відповідного виду тертя.

Коефіцієнти для тертя ковзання та спокою є величинами безрозмірними. Це можна зрозуміти, якщо подивитися на рівність сили тертя та тертя коефіцієнта. Ліва частина рівності виявляється у ньютонах, права частина також виявляється у ньютонах, оскільки величина N - це сила.

Що стосується кочення тертя, то коефіцієнт для нього теж буде величиною безрозмірною, проте він визначається у вигляді відношення лінійної характеристики пружної деформації до радіусу об'єкта, що котиться.

Слід сказати, що типовими значеннями коефіцієнтів тертя ковзання та спокою є десяті частки одиниці. Для цього коефіцієнт відповідає сотим і тисячним часткам одиниці.

Як знаходити коефіцієнт тертя?

Коефіцієнт µ t залежить від ряду факторів, які складно врахувати математично. Перерахуємо деякі з них:

• матеріал тертьових поверхонь;
• якість обробки поверхні;
• наявність на ній бруду, води тощо;
• температури поверхонь.

Тому формули для µ t немає, і його доводиться вимірювати експериментально. Щоб зрозуміти, як коефіцієнт тертя знаходити, слід виразити його з формули для F t . Маємо:

Виходить, що для знання µ t необхідно знайти тертя силу та реакцію опори.

Відповідний експеримент виконують таким чином:

1. Беруть тіло та площину, наприклад, виготовлені з дерева.
2. Чіпляють динамометр до тіла і рівномірно переміщують його поверхнею.

При цьому динамометр показує деяку силу, що дорівнює F t . дорівнює вазі тіла на горизонтальній поверхні.

Описаний спосіб дозволяє зрозуміти, чому дорівнює коефіцієнт тертя спокою та ковзання. Аналогічно можна експериментально визначити µ t кочення.

Інший експериментальний метод визначення µ t наводиться у формі завдання наступного пункту.

Завдання на обчислення µt

Дерев'яний брус знаходиться на скляній поверхні. Нахиляючи плавно поверхню, встановили, що ковзання бруса починається при куті нахилу 15 o . Чому дорівнює коефіцієнт тертя спокою для пари дерево-скло?

Коли брус знаходився на похилій площиніпри 15 o то спокою сила тертя для нього мала максимальне значення. Вона дорівнює:

Сила N визначається за такою формулою:

Застосовуючи формулу для µ t отримуємо:

µ t = F t /N = m*g*sin(α)/(m*g*cos(α)) = tg(α).

Підставляючи кут α, приходимо до відповіді: µ t = 0,27.

Сила тертя – величина, з якою взаємодіють дві поверхні під час руху. Вона залежить від характеристики тіл, напрямки руху. Завдяки тертю швидкість тіла зменшується, і незабаром воно зупиняється.

Сила тертя – спрямована величина, яка залежить від площі опори і предмета, оскільки під час руху і збільшення площі підвищується сила реакції опори. Ця величина бере участь у розрахунку сили тертя. Через війну Fтр=N*m. Тут N - реакція опори, а m - коефіцієнт, який є постійною величиною, якщо немає потреби в дуже точних розрахунках. За допомогою цієї формули можна визначити силу тертя ковзання, яку обов'язково варто враховувати при вирішенні завдань, пов'язаних з рухом. Якщо тіло обертається на поверхні, то до формули необхідно включити силу кочення. Тоді тертя можна знайти за формулою Fтркач = f*N/r. Відповідно до формули, при обертанні тіла має значення його радіус. Величина f - коефіцієнт, який можна знайти, знаючи, з якого матеріалу виготовлено тіло та поверхню. Це коефіцієнт, що знаходиться за таблицею.

Існують три сили тертя:

• спокою;
• ковзання;
• кочення.

Тертя спокою дозволяє рухатися предмету, до руху якого прикладається зусилля. Відповідно цвяхи, забиті на дерев'яну поверхню, не випадають. Найцікавіше, що людина ходить завдяки тертю спокою, яке спрямоване у бік руху, це виняток із правил. В ідеалі при взаємодії двох абсолютно гладких поверхонь не повинно виникати сили тертя. Насправді неможливо, щоб предмет перебував у стані спокою чи руху без опору поверхонь. Під час руху в рідині виникає в'язкий опір. На відміну від повітряного середовища, тіло в рідині не може перебувати у стані спокою. Воно під впливом води починає рух, відповідно в рідині немає тертя спокою. Під час переміщення у воді опір руху виникає завдяки різній швидкості потоків, що оточують тіло. Щоб знизити опір при переміщенні в рідинах, надають тілу обтічну форму. У природі для подолання опору у воді на тілі риб є мастило, що знижує тертя під час руху. Пам'ятайте, що при русі одного тіла в рідинах виникає різне значення опору.

Щоб знизити опір переміщенню предметів у повітрі, тіла надають обтічну форму. Саме тому літаки виготовляють із гладкої сталі із округлим корпусом, звуженим спереду. На тертя рідини впливає її температура. Для того, щоб автомобіль під час морозу нормально їздив, його необхідно попередньо розігріти. В результаті цього в'язкість олії зменшується, що знижує опір і зменшує знос деталей. Під час переміщення рідини опір може збільшуватися через виникнення турбулентних потоків. У такому разі напрямок руху стає хаотичним. Тоді формула набуває вигляду: F=v2*k. Тут v – швидкість, а k – коефіцієнт, що залежить від властивостей тіла та рідини.

Знаючи Фізичні властивостітіл та супутні сили, що впливають на предмет, вам легко вдасться розрахувати силу тертя.

Лабораторна робота№ 3 «Вимірювання коефіцієнтатертя ковзання»

Мета роботи: знайти коефіцієнт тертя деревного бруска, що ковзає по деревній лінійці, використовуючи формулу F тр = = μР. За допомогою динамометра визначають силу, з якої потрібно тягнути брусок з вантажами по горизонтальній поверхні те щоб він рухався рівномірно. Ця сила дорівнює за модулем силою тертя F тp , що діє на брусок. За допомогою того ж динамометра можна знайти вагу бруска з вантажем. Ця вага по модулю дорівнює силі звичайного тиску N бруска на поверхню, якою він ковзає. Визначивши таким чином значення сили тертя при різних значенняхсили звичайного тиску, потрібно побудувати графік залежності F тр від Р і знайтисереднє значення коефіцієнта тертя(Див. роботу № 2).

Коефіцієнт тертя - Фізика в дослідах та експериментах

Головним вимірювальним пристроєм у роботі є динамометр. Динамометр має похибку Δ д =0,05 Н. Вона дорівнює похибці вимірювання, якщо покажчик збігається зі штрихом шкали. Якщо покажчик у процесі виміру не збігається зі штрихом шкали (чи коливається), то похибка виміру сили дорівнює ΔF = = 0,1 Н.

Засоби виміру: динамометр.

Матеріали: 1) дерев'яний брусок; 2) дерев'яна лінійка; 3) набір вантажів.

Порядок виконання.

1. Покладіть брусок на горизонтальну деревну лінійку. На брусок поставте вантаж.

2. Прикріпивши до бруска динамометр, якомога помірніше тягніть його вздовж лінійки. Заміряйте при цьому показ динамометра.

3. Зважте брусок та вантаж.

4. До першого вантажу додайте другий, третій вантажі, щоразу зважуючи брусок і вантажі і вимірюючи силу тертя.

За результатами вимірів заповніть таблицю:

5. За результатами вимірювань побудуйте графік залежності сили тертя від сили тиску та, користуючись ним, зумовіть середнє значення коефіцієнтатертя μ ср (див. роботу № 2).

6. Вирахуйте найвищу відносну похибку вимірювання коефіцієнта тертя. Тому що.

(Див. формулу (1) роботи № 2).

З формули (1) випливає, що з більшою похибкою виміряний коефіцієнт тертя в досвіді з одним вантажем (бо в даному випадкузнаменники мають менше значення).

7. Знайдіть абсолютну похибку.

і запишіть відповідь у вигляді:

Потрібно знайти коефіцієнт тертя ковзання деревного бруска, що ковзає по деревній лінійці.

Сила тертя ковзання.

де N – реакція опори; μ - до.

ефект тертя ковзання, звідки μ = F тр / N;

Сила тертя по модулю дорівнює силі, спрямованій паралельно поверхні ковзання, яка потрібна для рівномірного переміщення бруска з вантажем. Реакція опори по модулю дорівнює вазі бруска з вантажем. Вимірювання обох сил проводять за допомогою шкільного динамометра. При переміщенні бруска по лінійці важливо досягти рівномірного його руху, щоб показання динамометра залишалися постійними і їх можна було точніше визначити.

Вага бруска з вантажем Р, Н.

Розрахуємо відносну похибку:

Видно, що велика відносна погрішністьбуде у досвіді з мінімальним вантажем, т.к. знаменник менший.

Розрахуємо абсолютну похибку.

Отриманий в результаті дослідів коефіцієнт тертя ковзання можна записати як: μ = 0,35 ± 0,05.

Виділіть її мишкою та натисніть CTRL ENTER.

Велике дякую всім, хто допомагає робити веб-сайт краще! =)

Тези

Як знайти силу тертя ковзання f тертя формули. Формула сили тертя. Вона існує завжди, тому що абсолютно гладких тіл не буває. Знайти силу тертя. Коефіцієнт тертя. Знаходимо силу тертя. Формула сили тертя. Деталі автомобілів без мастила Перед тим як знайти силу тертя, Коефіцієнта тертя. Сила тертя. Сили тертя, як і в багатьох випадках приблизно силу тертя ковзанняможна, можливо. КОЕФІЦІЄНТ ТРЕННЯ - це Що таке КОЕФІЦІЄНТ ТРЕННЯ? Якщо позначити вагу предмета як N, а коефіцієнт ТРЕННЯ m спокою визначає силу. Коефіцієнт тертя Цю силуНеобхідно подолати різної товщини - як. Лабораторна робота №3 «Вимірювання коефіцієнта тертя. ГДЗ до Лабораторна робота № 3 «Вимірювання коефіцієнта тертя як можна силутертя. Відповіді Лаб. Визначення коефіцієнта тертяЯк за допомогою лінійки, силу важкості у напрямках. Не будь тертя - начебто ми З урахуванням коефіцієнта тертяОбчислюємо нормальну чинність f.

Вимірювання коефіцієнта тертя ковзання необхідно провести двома способами.

1-й спосіб полягає у вимірі за допомогою динамометра сили, з якої потрібно тягнути брусок з вантажами по горизонтальній поверхні, щоб він рухався рівномірно. Ця сила дорівнює за абсолютною величиною силою тертя, що діє на брусок. За допомогою того ж динамометра можна знайти вагу бруска про вантажі Р. Ця вага дорівнює силі нормального тиску бруска на поверхню, по якій він ковзає. Визначивши в такий спосіб можна знайти коефіцієнт тертя. Він дорівнює:

2-й спосіб вимірювання коефіцієнта тертя дозволяє визначати досвіді не сили, а довжини відрізків. Для цього використовують рівновагу бруска, що знаходиться на похилій площині.

Якщо брусок знаходиться в рівновазі на похилій площині, то сила нормального тиску бруска на площину дорівнює складовій сили тяжіння перпендикулярної похилій площині (рис. 213). А сила тертя по абсолютній величині дорівнює складовій сили тяжіння, паралельній похилій площині.

Досвід полягає в тому, щоб, поступово збільшуючи кут нахилу площини, знайти такий кут, при якому брусок тільки «чіпається з місця». При цьому сила тертя буде дорівнювати максимальній силі тертя спокою:

де - Сила тиску бруска на площину Так як при цьому т. е.

Неважко показати, що

Це випливає з подоби трикутників. Тому коефіцієнт тертя дорівнює:

З цієї формули видно, що для того, щоб знайти коефіцієнт тертя, достатньо виміряти висоту і основу похилої площини, якими визначається нахил площини, при якому починається ковзання бруска.

Прилади та матеріали: 1) лінійка, 2) вимірювальна стрічка,

3) динамометр; 4) дерев'яний брусок; 5) набір вантажів; 6) штатив з муфтами та лапкою.

Порядок виконання роботи

1. Покласти брусок на горизонтальну дерев'яну лінійку. На брусок поставити вантаж.

2. Прикріпивши до бруска динамометр, якомога рівномірніше тягнути його вздовж лінійки. Помітити показання динамометра.

3. Зважити брусок та вантаж.

4. За формулою визначити коефіцієнт тертя.

5. Повторити досвід, поклавши на брусок кілька вантажів.

6. Знайти середнє арифметичне значеннякоефіцієнтів тертя, знайдених у різних дослідах.

7. Знайти помилку кожного з дослідів - різницю між і значеннями отриманими в різних дослідах.

8. Визначити середнє арифметичне помилок дослідів

9. Скласти таблицю результатів дослідів:

10. Записати результат вимірів у вигляді

11. Поклавши лінійку на брусок з вантажами, повільно змінювати її нахил, піднімаючи її кінець, доки брусок не почне ковзати вздовж лінійки.