Вместе с опытным преподавателем физики выясним, какой бывает сила трения, от чего она зависит и откуда берется.
Запомним основные правила и решим несколько задач, чтобы закрепить материал. И вспомним, где в нашей жизни это может пригодиться.Что такое сила трения в физике
При малейшей попытке сдвинуть одно тело относительно другого с учетом специфики нашей планеты на них начинает воздействовать сила трения. И направлена она всегда вдоль поверхности, с которой тела соприкасаются (1). К примеру, представьте на столе коробку, которую вы решили передвинуть. Пока она стоит и в тот момент, когда ее дно заскользило по столешнице, на нее действует сила трения. Причем и на поверхность, по которой она двигается, тоже.
Кто и как открыл силу трения
Помните знаменитый портрет Моны Лизы «Джоконда»? Ее гениальный автор, средневековый живописец, ученый и изобретатель Леонардо да Винчи, был первым, кто обратил внимание на это явление. Он исследовал силу трения, но его выводы не стали достоянием современников.
Как и труды о силе трения античных ученых — Аристотеля, Витрувия, Плиния. Только спустя столетия, в 1699 году свое открытие — три закона сухого трения Амонтона — увековечил французский физик Гийом Амонтон. Изучение этого явления с тех пор стало активным, и к ХХ веку появилась даже отдельная наука — трибология.
О значимости распространенной силы трения высказался нобелевский лауреат, физик Шарль Гийом, отметив, что не будь ее в сегодняшнем виде, все на земле скользило и катилось бы, пока не оказалось на одном уровне, и поверхность земли стала бы напоминать жидкость.
Откуда берется сила трения
Возникает трение потому, что даже кажущиеся глазу идеально гладкими поверхности на самом деле такими не являются. Они цепляют и трутся друг о друга микроскопическими выступами.
По этим причинам она зависит не от площади взаимодействующих предметов, а от их веса и гладкости — чем больше шершавостей, тем сильнее трение. Потому, например, на автомобильные шины наносят рельефный рисунок — протектор.
У силы трения есть две характеристики:
1. Величина.
2. Направление.
А измеряется она, как и любая другая сила, в ньютонах и обозначается буквой F.
Сухое и вязкое трение
Тела в нашей жизни взаимодействуют в разных условиях.
Вязкое трение появляется в результате движения в жидкостях или газах. Например, между плывущей лодкой и водой в реке. Обычно сила вязкого трения меньше силы сухого, потому что жидкость или газ выступают в качестве смазки и уменьшают сцепку между телами. В дождь сцепление шины автомобиля с асфальтом, покрытым тонким слоем воды, хуже, чем на сухом асфальте. Эту особенность стали использовать, добавляя смазку между деталями двигателей, станков, что продлевает срок их службы.
Виды силы трения и чему она равна
Любой наблюдательный человек может подтвердить, что два тела движутся относительно друг друга разными способами. Шар в боулинге катится по полу, санки по снегу — скользят. А когда шкаф просто стоит в углу, между ним и полом или стенами, если он плотно к ним прилегает, есть сила трения или нет?
На самом деле выделяют три вида силы сухого трения:
- покоя;
- скольжения;
- качения.
Чтобы разобраться, рассмотрим каждую в отдельности.
Сила трения покоя
Сила трения скольжения
Сила трения качения
В каком классе на уроках физики изучают силу трения
Сила трения — это тема для изучения на уроках физики в 7-м классе общеобразовательной школы. Родители могут помочь ребенку закрепить материал, обсудив с ним примеры из окружающего мира.
Роль силы трения в жизни
— С силой трения мы встречаемся повсеместно, — поясняет Николай Герасимов. — Благодаря ей мы ходим, а автомобили ездят. Она не дает шнуркам развязываться, молнии на куртке расстегиваться, домам разваливаться на отдельные кирпичи, а самим кирпичам распадаться в крошку.
Часто сила трения носит и негативный характер. Она позволяет нам ходить, но при этом подошва обуви стирается. Она мешает открывать дверь, поэтому петли приходится смазывать. Без смазки не обойтись и в двигателях, например автомобильных: поршень и цилиндр из-за большой силы трения могут нагреться и расплавиться.Таких примеров положительного и отрицательного проявления силы трения можно привести очень много.
Мнение эксперта
— Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, — говорит Николай Герасимов. — Еще лучше один раз сделать самому, чем десять раз посмотреть, как делают другие. Подавляющее большинство изучаемых в школьном курсе физики явлений можно увидеть, внимательно посмотрев вокруг. Не представляет большого труда многие из этих явлений осознать в ходе самостоятельно проведенного эксперимента, что может стать хорошей базой для дальнейшего усвоения темы.
Например, в наших задачах требуется передвинуть тумбочку, стоящую на паркете, ламинате или линолеуме. Можно попытаться передвинуть ее как есть, но далеко не всегда это легко получиться сделать, да и велика вероятность поцарапать пол. Какая сила нам мешает? Достаточно большая сила сухого трения. Как ее можно уменьшить, что позволит облегчить выполнение задачи и избежать негативных последствий? Можно, например, под ножки тумбочки положить влажные тряпки, обеспечив тем самым смазку.
Что нужно запомнить о силе трения
Сегодня это явление кажется нам повседневным, а запомнить формулы по силам любому школьнику. Но так было не всегда, давайте вспомним основные факты о силе трения.
2. Это происходит из-за микронеровностей любых материалов и электромагнитных полей.
3. Первым изучать силу трения начал Леонардо да Винчи в XV веке, но в виде закона ее изложил в XVII веке Гийом Амонтон. С ростом машиностроения, где требовалось снизить негативную роль трения, в ХХ веке появилась отдельная наука — трибология.
4. Существует сухое и вязкое трение, во втором случае между телами есть смазка или они погружены в жидкость или газ.
5. При сухом трении действуют три вида силы трения — покоя, скольжения и качения.
6. Сила трения покоя равна силе тяги.
7. Сила трения скольжения больше сил трения покоя и сил трения качения.
Список источников:
1. Перышкин А. Физика. 7-й класс. 2013.