Что такое сила трения

В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями).

Влияние смазки заключается в том, что между трущимися поверхностями вводится слой вязкой жидкости, которая заполняет все неровности поверхностей и, прилипая к ним, образует два трущихся слоя жидкости.

Поэтому вместо трения двух твердых поверхностей при смазке возникает внутреннее трение жидкости, которое значительно меньше внешнего трения двух твердых поверхностей. Применение смазочных масел уменьшает трение в 8-10 раз. Типичный пример значения смазки представляет бег конькобежца на коньках. В результате действия силы со стороны конькобежца на нож конька снег тает и под коньком появляется вода, которая вновь замерзает, после того как пробежал конькобежец и исчезло давление. Однако в механизмах вода для смазки не годится, поскольку вследствие малой вязкости она выдавливалась бы из зазора неровностей между трущимися поверхностями.

Во всех машинах есть одна общая черта: в любой из них что-нибудь обязательно вращается. И везде есть неразлучная пара-ось и её подпорка - подшипник

Поскольку силы трения качения значительно меньше сил трения скольжения, то в машинах и механизмах в большинстве случаев подшипники скольжения заменяют подшипниками качения.

Подшипник состоит из двух колец. Одно из них - внутреннее - плотно насажено на ось и вращается вместе с ней. Другое наружное кольцо неподвижно зажато между основанием и крышкой подшипника.

Эти кольца - обоймы имеют на обращенных друг к другу поверхностях выточенные канавки. Между обойм находятся стальные шарики. При кручении подшипника шарики катятся по канавкам в обоймах.

Чем лучше отполированы поверхности дорожек и шариков, тем меньше трение. Чтобы шарики не сбегались в одну кучу, их разделяет сепаратор. Сепараторы обычно делаются пластиковые, стальные или бронзовые.

При вращении в таком подшипнике появляется трение качения. Потери на трение в шариковом подшипнике раз в 20-30 меньше, чем в подшипнике скольжения! Подшипники качения делают не только с шариками, но и с роликами разной формы. Без подшипников качения современная промышленность и транспорт были бы невозможны.

В настоящее время широко применяется такой способ уменьшения трения при движении транспортных средств, как воздушная подушка.

Воздушная подушка - это слой сжатого воздуха под транспортным средством, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Слой сжатого воздуха создаётся вентиляторами. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

Первым идею подобной машины на воздушной подушке высказал К.Э. Циолковский в 1927 году, в работе «Сопротивление воздуха и скорый поезд». Это бесколесный экспресс, который мчится над бетонной дорогой, опираясь на воздушную подушку - слой сжатого воздуха.

Вы никогда не задумывались, почему ваши руки становятся теплыми, когда вы трете их друг о друга, или почему трением двух деревяшек можно добыть огонь? Ответ – трение! Когда два тела перемещаются относительно друг друга, появляется сила трения, препятствующая такому перемещению. Трение может вызвать высвобождение энергии в виде тепла, согревая руки, высекая огонь и так далее. Чем больше трение, тем больше энергии высвобождается, поэтому, увеличив трение между движущимися частями в механической системе, вы получите немало тепла!

Шаги

Поверхности трущихся тел

Когда два тела перемещаются относительно друг друга, могут возникнуть следующие три процесса: неровности на поверхности тел мешают движению тел относительно друг друга; одна или обе поверхности тел могут деформироваться в результате такого перемещения; атомы каждой поверхности могут взаимодействовать друг с другом. Все перечисленные процессы участвуют в возникновении трения. Поэтому для увеличения трения выберите тела с абразивной поверхностью (например, наждачная бумага), с деформируемой поверхностью (например, резиновой) или с поверхностью, имеющей адгезивные свойства (например, липкую).

Сильнее прижмите тела друг к другу, чтобы увеличить трение, так как сила трения пропорциональна силе, действующей на трущееся тела (силе, направленной перпендикулярно направлению перемещения тел относительно друг друга).

Если одно тело находится в движении, остановите его. До сих пор мы рассматривали трение скольжения, возникающее при перемещении тел относительно друг друга. Трение скольжения намного меньше трения покоя, то есть силы, которую необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение. Поэтому труднее сдвинуть с места тяжелый предмет, чем управлять им, когда он уже движется.

Проведите простой эксперимент, чтобы понять разницу между трением скольжения и трением покоя. Поставьте стул на гладкий пол (не на ковер). Убедитесь, что на ножках стула нет резиновых или других накладок, препятствующих его скольжению. Толкните стул, чтобы передвинуть его. Вы заметите, что как только стул пришел в движение, вам стало легче толкать его, потому что трение скольжения между стулом и полом меньше трения покоя.

Избавьтесь от смазки между двумя поверхностями, чтобы увеличить трение. Смазочные материалы (масла, вазелин и так далее) значительно уменьшают силу трения между трущимися телами, потому что коэффициент трения между твердыми телами значительно выше коэффициента трения между твердым телом и жидкостью.
- Проведите простой эксперимент. Потрите сухие руки друг о друга, и вы заметите, что их температура повысилась (они согрелись). Теперь намочите руки и потрите их еще раз. Теперь вам не только легче тереть руки друг о друга, но и нагреваются они меньше (или медленнее).
Избавьтесь от подшипников, колес и других катящихся тел, чтобы избавиться от трения качения и получить трение скольжения, которое намного больше первого (поэтому катить одно тело относительно другого проще, чем толкать/тянуть его).
- Например, представьте, что вы положили тела одинаковой массы в сани и на колесную тележку. Тележку с колесами намного легче передвигать (трение качения), чем сани (трение скольжения).
Увеличьте вязкость жидкости, чтобы увеличить силу трения. Трение имеет место не только при перемещении твердых тел, но и в жидкостях и газах (вода и воздух, соответственно). Трение между жидкостью и твердым телом зависит от нескольких факторов, например, вязкости жидкости – чем больше вязкость жидкости, тем больше сила трения.

Лобовое сопротивление
1. Увеличьте площадь поверхности тела. Как отмечалось выше, при движении твердых тел в жидкостях и газах также возникает сила трения. Сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах, называется лобовым сопротивлением (иногда его называют сопротивлением воздуха или сопротивлением воды). Лобовое сопротивление больше при увеличении площади поверхности тела, которая направлена перпендикулярно направлению движения тела сквозь жидкость или газ.
  - Например, возьмите дробинку массой 1 г и лист бумаги той же массы и одновременно отпустите их. Дробинка сразу же упадет на пол, а лист бумаги будет медленно опускаться вниз. Тут как раз виден принцип лобового сопротивления – площадь поверхности бумаги намного больше, чем у дробинки, поэтому сопротивление воздуха больше и бумага падает на пол медленнее.
2. Используйте форму тела с большим коэффициентом лобового сопротивления. По площади поверхности тела, направленной перпендикулярно движению, можно судить о лобовом сопротивлении только в общих чертах. Тела различной формы взаимодействуют с жидкостями и газами по-разному (при движении тел сквозь газ или жидкость). Например, круглая плоская пластина имеет большее лобовое сопротивление, чем круглая шарообразная пластина. Величина, характеризующая лобовое сопротивление тел различной формы, называется коэффициентом лобового сопротивления.
  
  Используйте тела менее обтекаемой формы. Как правило, большие тела кубической формы имеют высокое лобовое сопротивление. Такие тела имеют прямоугольные углы и не сужаются к концу. С другой стороны, тела обтекаемой формы имеют закругленные края и обычно сужаются к концу.
3. Используйте тела без сквозных отверстий. Любое сквозное отверстие в теле уменьшает лобовое сопротивление, так как позволяет воздуху или воде течь сквозь такое отверстие (благодаря отверстиям уменьшается площадь поверхности тела, перпендикулярная движению). Чем больше сквозные отверстия, тем меньше лобовое сопротивление. Вот почему парашюты, которые предназначены для создания большого лобового сопротивления (чтобы замедлить скорость падения), сделаны из прочного, легкого шелка или нейлона, а не из марли.
  - Например, вы сможете увеличить скорость движения ракетки для пинг-понга, если просверлите в ней несколько отверстий (чтобы уменьшить площадь поверхности ракетки и соответственно уменьшить лобовое сопротивление).
4. Увеличьте скорость тела, чтобы повысить лобовое сопротивление (это верно для тел любой формы и сделанных из любого материала). Чем выше скорость объекта, тем сквозь больший объем жидкости или газа оно должно пройти и тем больше лобовое сопротивление. Тела, движущиеся на очень высоких скоростях, испытывают огромное лобовое сопротивление, поэтому они должны быть обтекаемыми; в противном случае сила сопротивления разрушит их.
  - Например, рассмотрим Lockheed SR-71 – экспериментальный самолет-разведчик, построенный во времена холодной войны. Этот самолет мог летать с высокой скоростью М = 3,2 и, несмотря на его обтекаемую форму, испытывал огромное лобовое сопротивление (такое большое, что металл, из которого был сделан фюзеляж самолета, расширялся при нагревании, возникающем при трении).
- Не забывайте, что при трении высвобождается много энергии в виде тепла. Например, не прикасайтесь к тормозным колодкам автомобиля непосредственно после торможения!
- Имейте в виду, что высокие силы сопротивления могут привести к разрушению тела, движущегося в жидкости. Например, если во время прогулки на катере вы положите в воду кусок фанеры (так, чтобы ее поверхность была направлена перпендикулярно движению катера), то, скорее всего, фанера сломается.

трение закон скольжение качение

Рис. 15.

Во всех машинах есть одна общая черта: в любой из них что-нибудь обязательно вращается. И везде есть неразлучная пара - ось и её подпорка - подшипник

Рис. 16.

Подшипник состоит из двух колец. Одно из них - внутреннее - плотно насажено на ось и вращается вместе с ней. Другое - наружное кольцо - неподвижно зажато между основанием и крышкой подшипника.

Воздушная подушка (рис. 17) -- это слой сжатого воздуха под транспортным средством, который приподнимает его над поверхностью воды или земли. Слой сжатого воздуха создаётся вентиляторами. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого судна двигаться над различными препятствиями на суше или над волнами на воде.

Рис. 17

Схема работы судна с воздушной подушкой: 1 -- маршевые винты; 2 -- поток воздуха; 3 -- вентилятор; 4 -- гибкая перепонка (юбка).

Трение играет важную роль в повседневной жизни. Эту силу приходится учитывать при проектировании самых различных технических систем, принцип действия которых основан на непосредственном соприкосновении движущихся частей. Не всегда трение является вредным фактором, но все же в большинстве случаев разработчики стараются самыми разнообразными способами уменьшить .

Инструкция

В самом простом случае постарайтесь изменить степень шероховатости поверхностей соприкасающихся объектов. Этого можно добиться путем шлифовки. Тела, взаимодействующие поверхности которых являются гладкими, доведенными до глянца, будут двигаться друг относительно друга значительно легче.

По возможности замените одну из соприкасающихся поверхностей на ту, которая имеет более низкий коэффициент трения. Это может быть искусственное покрытие- так, тефлон имеет один из самых низких коэффициентов трения, равный 0,02. Изменить проще тот элемент системы, который играет роль инструмента.

Используйте смазочные материалы, введя их между трущимися поверхностями. Этот способ применяется, например, в лыжном спорте, когда на рабочую поверхность лыж наносится специальная парафиновая смазка, соответствующая температуре снега. Смазки, применяемые в других технических системах, могут быть жидкими (масло) или сухими (графитовый порошок).

Рассмотрите возможность применения «газообразной смазки». Речь идет о так называемой «воздушной подушке». Уменьшение силы трения происходит в этом случае за счет создания потока воздуха между соприкасавшимися ранее поверхностями. Метод используется при проектировании вездеходов, предназначенных для преодоления труднопроходимых местностей.

Если в рассматриваемой системе используется трение скольжения, замените его на трение качения. Проделайте простой эксперимент. Поставьте на ровную поверхность стола обычный стакан и рукой попытайтесь его сдвинуть. Теперь положите стакан на бок и сделайте то же самое. Во втором случае сдвинуть предмет с места будет значительно легче, поскольку вид трения изменился.

Используйте подшипники в узлах, где происходит трение. Эти элементы позволяют преобразовать вид движения, тем самым существенно снизить потери на трение, уменьшив его силу. Этот способ наиболее широко применяется в технике.

На первый взгляд, излишняя сила трения вредна. Она уменьшает КПД механизмов, изнашивает детали. Но есть случаи, когда силу трения необходимо увеличить. Например, при качении колес необходимо улучшить их сцепление с дорогой. Посмотрите, каким образом это можно сделать.

Инструкция

Чтобы понять, как увеличить силу трения, вспомните, от чего она зависит. Рассмотрите формулу: Fтр=мN, где м – коэффициент трения, N – сила реакции опоры, Н. Сила реакции опоры, в свою очередь, зависит от массы: N=G=mg, где G - вес тела, Н- m – масса тела, кг- g – ускорение свободного падения, м/с2.

Из формулы можно сделать вывод, что сила трения зависит от коэффициента трения. Коэффициент трения определяется для каждой пары взаимодействующих материалов и зависит от природы материала и качества поверхности.

Таким образом, первый способ увеличить трение – изменить материал скользящей поверхности. Наверное, вы замечали, что в одной обуви практически невозможно передвигаться по влажному кафельному полу, а в другой вы не ощущаете каких-либо неудобств. Это объясняется тем, что подошвы ботинок сделаны из различных материалов. Скользкая обувь имеет низкий коэффициент трения скольжения подошвы относительно влажного кафеля.

Второй способ – увеличить шероховатость поверхности. Пример - зимние шины для автомобиля имеют более рельефный протектор, чем летние. За счет этого на скользкой зимней дороге автомобиль может уверенно двигаться.

Третий способ – увеличение массы. Как видно из формулы, сила трения напрямую зависит от массы. Это объясняет, почему груженому автомобилю в отдельных случаях легче выбраться из грязи, чем тому, что налегке. Это правило работает при определенном качестве грунта – в вязкую, болотистую почву тяжелая машина просядет больше, чем легкая.

Четвертый способ – удаление смазки. Представьте транспортер технологической линии, состоящий из вращающихся валиков, на которые натянута лента. Валики транспортера начинают проскальзывать по ленте, если они загрязнены. В этом случае грязь действует как смазка. Очистив детали механизма, вы увеличите силу трения и повысите КПД оборудования.

Пятый способ – полировка. Отполировав поверхность, вы можете увеличить силу трения. Это объясняется тем, что при соприкосновении отполированных поверхностей включаются силы межмолекулярного притяжения. Например, очень трудно раздвинуть два листа стекла, сложенных вместе.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Все интересное

Сила торможения – это сила трения скольжения. Если сила, приложенная к телу, превышает по значению максимальную силу трения, то тело начинает двигаться. Сила трения скольжения всегда действует в направлении, противоположном скорости. Инструкция1Для…

Трение – важное свойство, которым обладают все предметы на земле. Если бы не было трения, то жизнь на планете наверняка развивалась бы по какому-нибудь иному сценарию и, возможно, вообще присутствовала бы в другой форме. Привычный для всех мир…

Если тело движется с ускорением, то на него обязательно оказывает влияние некая сила. Для него она и является слой тяги в данный момент времени. В реальном мире, даже если тело движется равномерно и прямолинейно, сила тяги должна преодолевать силы…

Тормозной путь – это расстояние от начала торможения до полной остановки автомобиля или другого вида транспорта. Оно может быть различным в зависимости от скорости, массы автомобиля, типа покрытия, по которому он движется. Все это нужно учитывать…

Если сила, направленная параллельно поверхности, на которой стоит тело, превышает силу трения покоя, то начнется движение. Оно будет продолжаться до тех пор, пока движущая сила будет превышать силу трения скольжения, зависящую от коэффициента…

Любое движение тел, так или иначе, сопровождается трением. При любом механическом движении происходит соприкосновение тел между собой. Это явление происходит также в жидкой или газообразной среде. При этом, возникает вопрос, что такое сила трения? Она возникает при любой степени взаимодействия тел между собой и направлена в сторону, противоположную движению. На само движение эта сила оказывает непосредственное влияние.

Виды силы трения

Сила трения существует в нескольких видах. В первую очередь, это сухое трение, которое разделяется, как качения и скольжения. Оно образуется, когда твердые тела, движущиеся относительно друг друга соприкасаются между собой.

Если твердые тела движутся через жидкую или газообразную среду, то появляется вязкое или жидкое трение. То же самое явление происходит, когда твердые тела неподвижны, а жидкости или газы текут мимо них. В том случае, когда при попытке сдвинуть неподвижное тело, к нему прикладывается определенная сила, возникает трение покоя.

Основная причина, в результате которой появляется сила трения, заключается в неровностях поверхностей, соприкасающихся между собой. Кроме того, на величину в значительной степени влияет взаимное притяжение молекул, возникающее между телами.

Как уменьшить силу трения

Для того, чтобы уменьшить силу трения, соприкасающиеся поверхности могут быть отшлифованы. Кроме того, трущиеся места смазываются, а трение скольжения заменяется более эффективным трением качения.

Выступающие места на одной из поверхностей никогда не совпадают с такими же выступами на другой. Однако, при совершении сжатия, эти выступы деформируются, что приводит к увеличению площади контакта в пропорции с приложенной нагрузкой. Именно эти места неровностей, сопротивляющиеся сдвигу, служат причиной возникновения силы трения. При этом, не следует забывать, что даже на идеально гладких поверхностях, сила трения появится за счет молекулярного притяжения.

Кроме того, необходимо знать, что это величина, которую можно измерить специальным прибором - динамометром. Если тело движется равномерно, то в этом случае сила тяги, отраженная на динамометре, равна силе трения.

Единицей измерения силы трения как и любой другой силы, является один ньютон.

Нередко возникает вопрос, что более эффективно - трение качения или скольжения. Здесь все зависит от конкретных условий. Например, для нормального качения колес, поверхность должна быть твердой, гладкой и не скользкой. И, наоборот, по скользкой поверхности лучше всего скользить. Именно правильный выбор способен дать максимальный эффект.

Шаги

Поверхности трущихся тел

Лобовое сопротивление

Инструкция

Инструкция

Виды силы трения

Как уменьшить силу трения