Физика · конспекты
★0
Физика › 9 класс › Взаимодействие тел

Тема 11Сила трения

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Сила трениянеровностисила трения скольжениякоэффициент трениятрение качения

По первому закону Ньютона для движения с постоянной скоростью сила не нужна. Почему же лошадь должна всё время тянуть телегу? Из-за силы трения.

Лошадь тянет телегу: сила тяги компенсирует силу трения
Лошадь тянет телегу: сила тяги компенсирует силу трения Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Сила трения — сила, которая возникает при соприкосновении тел и препятствует их движению друг относительно друга.

Причины трения — неровности поверхностей, которые цепляются друг за друга, и притяжение молекул в местах касания.

Под увеличением даже гладкие поверхности шероховаты
Под увеличением даже гладкие поверхности шероховаты Иллюстрация: light-fizika.ru

Трение покоя

Толкаем шкаф, а он не сдвигается. Значит, сила трения покоя равна силе толчка и направлена против неё — иначе шкаф получил бы ускорение. Трение покоя растёт вместе с приложенной силой до некоторого максимального значения.

Сила трения покоя уравновешивает силу толчка
Сила трения покоя уравновешивает силу толчка Иллюстрация: light-fizika.ru

Трение скольжения

Когда сила превысит максимальную силу трения покоя, тело начнёт скользить. Тогда действует сила трения скольжения:

Сила трения скольжения
Fтр=μNF_{\text{тр}}=\mu N

NN — сила нормальной реакции опоры (на горизонтальной поверхности N=mgN=mg), μ\mu — коэффициент трения: безразмерное число, обычно меньше 1. Сила трения направлена против движения.

Сила трения растёт, пока тело покоится, и становится постоянной при скольжении. Коэффициенты трения скольженияСила трения растёт, пока тело покоится, и становится постоянной при скольжении. Коэффициенты трения скольжения
Сила трения растёт, пока тело покоится, и становится постоянной при скольжении. Коэффициенты трения скольжения Иллюстрация: light-fizika.ru

Трение качения

Если тело катится, действует трение качения — оно во много раз меньше трения скольжения. Поэтому люди придумали колесо и подшипники.

Тележку на колёсах тянуть гораздо легче, чем скользящий брусок
Тележку на колёсах тянуть гораздо легче, чем скользящий брусок Иллюстрация: light-fizika.ru
В жизни

Трение бывает полезным: без него мы не смогли бы ходить, а машины — трогаться и тормозить. Автомобиль вперёд толкает сила трения покоя между шинами и дорогой.

Сила тяги автомобиля и сила трения
Сила тяги автомобиля и сила трения Иллюстрация: light-fizika.ru
Пример решения

Ящик массой 20 кг равномерно тянут по полу, коэффициент трения 0,3. Какую силу прикладывают (g=10g=10 Н/кг)?

Движение равномерное, значит F=Fтр=μmg=0,3⋅20⋅10=60F=F_{\text{тр}}=\mu mg=0{,}3\cdot20\cdot10=60 Н.

Образ для запоминания

Трение — «липучка» между поверхностями: прижмёшь сильнее (больше NN) — держит крепче; смажешь или поставишь на колёса — почти отпустит.

⚗ Мини-опыт

Плавно увеличивайте силу тяги и следите за графиком силы трения. При какой силе брусок сдвинется? Поменяйте поверхность и массу бруска.

▶ Симуляция PhET

В «Силах и движении» на экране «Трение» толкайте ящик с нарастающей силой: когда трение покоя сменяется трением скольжения? В «Трении» потрите книги и посмотрите на нагрев молекул.

Силы и движение: основыОткрыть ↗
ТрениеОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1От чего зависит сила трения скольжения?
Fтр=μNF_{\text{тр}}=\mu N.
2Шкаф не сдвигается, когда его толкают с силой 100 Н. Чему равна сила трения покоя?
Шкаф покоится — значит, силы уравновешены.
3Какое трение меньше при одинаковой нагрузке?
Поэтому тяжёлые грузы возят на колёсах.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Брусок массой 2 кг скользит по столу, коэффициент трения 0,2. Найдите силу трения.

    Ответ

    F=0,2⋅2⋅10=4F=0{,}2\cdot2\cdot10=4 Н.

    Как получилось?

  2. Сила трения 30 Н, сила реакции опоры 100 Н. Найдите коэффициент трения.

    Ответ

    μ=30100=0,3\mu=\dfrac{30}{100}=0{,}3.

    Как получилось?

  3. Зачем зимой тротуары посыпают песком?

    Ответ

    Чтобы увеличить коэффициент трения между обувью и льдом.

    Как получилось?

  4. Как направлена сила трения скольжения?

    Ответ

    Против движения тела относительно поверхности.

    Как получилось?

  5. Приведите пример полезного и вредного трения.

    Ответ

    Полезное: ходьба, торможение, гвоздь держится в доске. Вредное: износ и нагрев трущихся деталей машин.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Сани массой 50 кг равномерно тянут по снегу с силой 25 Н. Найдите коэффициент трения.

    Ответ

    μ=2550⋅10=0,05\mu=\dfrac{25}{50\cdot10}=0{,}05.

    Как получилось?

  2. Шайба скользит по льду со скоростью 10 м/с, коэффициент трения 0,05. Какой путь она пройдёт до остановки?

    Ответ

    a=μg=0,5a=\mu g=0{,}5 м/с²; s=v22a=1001=100s=\dfrac{v^2}{2a}=\dfrac{100}{1}=100 м.

    Как получилось?

  3. Брусок массой 3 кг тянут по столу с силой 20 Н, коэффициент трения 0,4. С каким ускорением он движется?

    Ответ

    Fтр=0,4⋅30=12F_{\text{тр}}=0{,}4\cdot30=12 Н; a=20−123≈2,7a=\dfrac{20-12}{3}\approx2{,}7 м/с².

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Сила трения
Возникает при соприкосновении тел и мешает их движению друг относительно друга.
Сила трения скольжения
F = μN; направлена против движения.
Трение покоя
Равно приложенной силе, пока тело не сдвинулось; не больше μN.
Коэффициент трения (μ)
Безразмерное число; зависит от материалов и обработки поверхностей.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.