חיכוך גדול. כוחות חיכוך

כוח החיכוך

סוגים

בנוכחות תנועה יחסית של שני גופים מגע, ניתן לחלק את כוחות החיכוך הנובעים מאינטראקציה ביניהם ל:

• חיכוך החלקה- הכוח הנובע מתנועת תרגום של אחד מהגופים המגעים / מקיימים אינטראקציה ביחס לשני ופועל על גוף זה בכיוון המנוגד לכיוון ההחלקה.
• חיכוך מתגלגל- רגע הכוחות הנובעים מהתגלגלות של אחד משני הגופים הנוגעים / מקיימים אינטראקציה ביחס לשני.
• חיכוך של מנוחה- הכוח הנוצר בין שני גופים המתקשרים ומונע התרחשות של תנועה יחסית. יש להתגבר על כוח זה כדי להפעיל שני גופים המגעים זה לזה. מתרחש במהלך מיקרו-תזוזות (לדוגמה, במהלך דפורמציה) של גופים מגע. הוא פועל בכיוון הפוך לכיוון התנועה היחסית האפשרית.

בפיזיקה של אינטראקציה, החיכוך מתחלק בדרך כלל ל:

• יָבֵשׁ, כאשר המוצקים המקיימים אינטראקציה אינם מופרדים על ידי שכבות נוספות / חומרי סיכה נוספים (כולל חומרי סיכה מוצקים) - מקרה נדיר ביותר בפועל. מאפיין אופייני של חיכוך יבש הוא נוכחות של כוח חיכוך סטטי משמעותי;
• גְבוּל, כאשר אזור המגע עשוי להכיל שכבות ואזורים בעלי אופי שונה (סרטי תחמוצת, נוזל וכן הלאה) - המקרה הנפוץ ביותר בחיכוך החלקה.
• מעורבכאשר אזור המגע מכיל אזורים של חיכוך יבש ונוזל;
• נוזל (צמיג), במהלך האינטראקציה של גופים המופרדים על ידי שכבה של גוף מוצק (אבקת גרפיט), נוזל או גז (חומר סיכה) בעוביים שונים - ככלל, זה מתרחש בזמן חיכוך גלגול, כאשר גופים מוצקים שקועים בנוזל, הגודל של חיכוך צמיג מאופיין בצמיגות של המדיום;
• אלסטוהידרודינמיתכאשר החיכוך הפנימי בחומר הסיכה הוא קריטי. מתרחש עם עלייה במהירויות היחסיות של התנועה.

בשל המורכבות של התהליכים הפיזיקוכימיים המתרחשים באזור של אינטראקציה חיכוך, תהליכי חיכוך ביסודו אינם ניתנים לתיאור באמצעות שיטות המכניקה הקלאסית.

חוק אמונטון-קולומב

המאפיין העיקרי של החיכוך הוא מקדם חיכוך, אשר נקבע על ידי החומרים מהם עשויים המשטחים של הגופים המקיימים אינטראקציה.

במקרים הפשוטים ביותר, כוח החיכוך והעומס הרגיל (או כוח נוֹרמָלִיתגובות) קשורות על ידי אי השוויון

שהופך שווה רק בנוכחות תנועה יחסית. יחס זה נקרא חוק אמונטון-קולומב.

חוק אמונטון-קולומב לגבי הידבקות

עבור רוב זוגות החומרים, ערך מקדם החיכוך אינו עולה על 1 והוא בטווח של 0.1 - 0.5. אם מקדם החיכוך עולה על 1, זה אומר שיש כוח בין הגופים המגעים הַדבָּקָהוהנוסחה לחישוב מקדם החיכוך משתנה ל

.

ערך יישומי

חיכוך במנגנונים ומכונות

ברוב המנגנונים המסורתיים (ICE, מכוניות, הילוכים וכו'), החיכוך משחק תפקיד שלילי, ומפחית את יעילות המנגנון. שמנים וחומרי סיכה טבעיים וסינטטיים שונים משמשים להפחתת החיכוך. במנגנונים מודרניים, למטרה זו, נעשה שימוש גם בתצהיר של ציפויים (סרטים דקים) על חלקים. עם מזעור המנגנונים ויצירת מערכות מיקרו-אלקטרו-מכאניות (MEMS) ומערכות ננו-אלקטרו-מכאניות (NEMS), ערך החיכוך עולה והופך משמעותי מאוד בהשוואה לכוחות הפועלים במנגנון, ובמקביל לא ניתן להפחיתו באמצעות חומרי סיכה קונבנציונליים, מה שגורם להתעניינות תיאורטית ומעשית ניכרת.מהנדסים ומדענים בתחום. כדי לפתור את בעיית החיכוך נוצרות שיטות חדשות לצמצום במסגרת הטריבולוגיה ומדע השטח ( אנגלית).

אחיזת פני השטח

נוכחות החיכוך מספקת את היכולת לנוע על פני השטח. לכן, בהליכה, נובע מחיכוך שהסוליה נצמדת לרצפה, וכתוצאה מכך יש דחיה מהרצפה ותנועה קדימה. באותו אופן, מובטחת היצמדות גלגלי מכונית (אופנוע) למשטח הכביש. במיוחד, כדי להגביר את שיפור האחיזה הזו, מפתחים צורות חדשות וסוגים מיוחדים של גומי לצמיגים, ומותקנות נגד כנפיים על מכוניות מירוץ הלוחצות את המכונית חזק יותר למסלול.

ראה גם

כתבי עת

• חיכוך, בלאי, שימון, Journal of Friction.
• חיכוך ובלאי, כתב עת חיכוך שפורסם על ידי האקדמיה הלאומית למדעים של בלארוס מאז 1980.
• כתב עת לטריבולוגיה, כתב עת בינלאומי על חיכוך.
• לִלבּוֹשׁ, כתב עת בינלאומי על חיכוך ובלאי.
• טבלאות מקדם חיכוך, ערכים מספריים של מקדמי חיכוך.

סִפְרוּת

• Deryagin B.V. מהו חיכוך?מ.: אד. האקדמיה למדעים של ברית המועצות, 1963.
• Kragelsky I. V., Shchedrov V. S. פיתוח מדע החיכוך. חיכוך יבש.מ.: אד. האקדמיה למדעים של ברית המועצות, 1956.
• פרולוב, K.V. (עורך) טריבולוגיה מודרנית: תוצאות וסיכויים. LKI, 2008.
• Bowden F. P., Tabor D. החיכוך והסיכה של מוצקים.הוצאת אוניברסיטת אוקספורד, 2001.
• פרסון בו נ.ג'י: חיכוך החלקה. עקרונות פיזיים ויישומים.שפרינגר, 2002.
• פופוב V.L. Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation, ספרינגר, 2009.
• רבינוביץ א. חיכוך ובלאי של חומרים. Wiley-Interscience, 1995.

קישורים

קרן ויקימדיה. 2010 .

מילים נרדפות:

ראה מה זה "חיכוך" במילונים אחרים:

חיכוך- - תהליך המתרחש על משטח המגע של גופים, הן במנוחה והן בתנועה הדדית. … … אנציקלופדיה של מונחים, הגדרות והסברים לחומרי בניין

אנציקלופדיה מודרנית

חיכוך- התנגדות חיצונית מכנית הנובעת מתנועה יחסית של שני גופים מגע במישור המגע ביניהם. כוח ההתנגדות מכוון מנוגד לתנועה היחסית של הגופים ונקרא כוח החיכוך. חיכוך… … מילון אנציקלופדי מאויר

חיכוך, התנגדות לתנועת גופים במגע, המכוונת לאורך מישור המגע, כמו גם התנגדות לנוזלים או גזים הזורמים לאורך פני השטח. החיכוך עומד ביחס ישר לכוח הדוחס את פני השטח, ותלוי ב... ... מילון אנציקלופדי מדעי וטכני

חיכוך, חיכוך, ראה. 1. יחידות בלבד מצב חפצים מתחככים זה בזה, תנועה של חפץ אחד לאורך פני השטח של אחר שנמצא במגע הדוק איתו. מכונות נשחקות מחיכוך של חלק אחד כנגד חלק אחר. || ההתנגדות לתנועה שמתרחשת... מילון הסבר של אושקוב

חיכוך, ראה לשפשף. מילון ההסבר של דאל. IN AND. דאל. 1863 1866... מילון ההסבר של דאל

חיכוך, I, cf. 1. הכוח המונע תנועה של גוף אחד על פני השטח של גוף אחר (מיוחד). מקדם חיכוך. ת' קינמטית (בין גופים נעים). T. מנוחה (בין גופים ללא תנועה). 2. תנועת חפץ במגע קרוב עם ... ... מילון הסבר של אוז'גוב

באוויר והידרודינמיקה, המרכיבים המשיקים של וקטור כוח פני השטח. אם בבעיות אווירו והידרודינמיות נחקרת התנועה של נוזל או גז על בסיס משוואות Navier-Stokes, אזי הפעולה של כוחות החיכוך נלקחת בחשבון בכל שדה הזרימה, ו... אנציקלופדיה של טכנולוגיה

ההתנגדות לתנועה המתרחשת כאשר מזיזים גופים במגע אחד עם השני. ישנם T. slide (T. 1st type), המופיעים כתוצאה מהחלקת גוף אחד על גוף אחר, ו-T. גלגול (T. 2nd type), המופיעים ב ... ... ימי מילון

בתנאים יבשתיים, חיכוך תמיד מלווה כל תנועה של גופים. עם כל סוגי התנועה המכנית, חלק מהגופים באים במגע עם גופים אחרים או עם הנוזל הרציף או המדיום הגזי המקיף אותם. למגע כזה יש תמיד השפעה רבה על התנועה. יש כוח חיכוך המכוון הפוך לתנועה.

ישנם מספר סוגי חיכוך:

חיכוך יבש מתרחש כאשר גופים מוצקים הנוגעים במגע נעים זה ביחס לזה.

חיכוך צמיג (אחרת נוזלי) מתרחש כאשר גופים מוצקים נעים בתווך נוזלי או גזי, או כאשר נוזל או גז זורם על פני גופים מוצקים נייחים.

חיכוך מתרחש כאשר מופעל כוח על גוף שמנסה להניע את הגוף.

הגורמים לכוח החיכוך הם: החספוס של משטחי המגע והמשיכה ההדדית של מולקולות הגופים המתקשרים.

אבל מה קורה אם לוקחים שני משטחים נקיים לחלוטין?

קושרים חוט לגבעול גביע זכוכית ומניחים אותו על שולחן מכוסה בזכוכית. אם תמשוך בחוט, הזכוכית תגלוש בקלות על הזכוכית. כעת הרטיבו את הכוס במים. הזזת הזכוכית תהפוך להרבה יותר קשה. אם תסתכלו היטב על הזכוכית, תוכלו אפילו להבחין בשריטות. העניין הוא שהמים הסירו שומן וחומרים אחרים שזיהמו את משטחי השפשוף. נוצר מגע בין שני משטחים נקיים לחלוטין, והתברר שקל יותר ליצור שריטות (כלומר, לקרוע פיסות זכוכית) מאשר לקרוע (להזיז) כוס.

דרכים להפחתת כוח החיכוך:

טחינת משטחי שפשוף, מריחת חומרי סיכה והחלפת חיכוך החלקה בחיכוך גלגול.

כוחות החיכוך הם אלקטרומגנטיים באופיים.

במה תלוי כוח החיכוך?

מסוג משטחי המגע ומגודל העומס.
פעם, האמן והמדען האיטלקי הגדול לאונרדו דה וינצ'י, הפתיע את הסובבים אותו, ערך ניסויים מוזרים: הוא גרר חבל לאורך הרצפה, או באורך מלא, או אסף אותו בטבעות. הוא למד: האם כוח החיכוך ההחלקה תלוי באזור הגופים במגע?
כתוצאה מכך, לאונרדו הגיע למסקנה שכוח החיכוך ההחלקה אינו תלוי באזור הגופים במגע, דבר אשר אושר גם על ידי מדענים מודרניים.

איך להסביר את התרחשות החיכוך?

משטחי המגע של הגופים לעולם אינם שטוחים לחלוטין ויש בהם אי סדרים.

יתרה מכך, מקומות הבליטות על משטח אחד אינם עולים בקנה אחד עם מקומות הבליטות בצד השני. אבל תחת דחיסה, הפסגות המחודדות מעוותות ושטח המגע גדל ביחס לעומס המופעל. ההתנגדות לגזירה במקומות של אי סדרים היא הגורם לחיכוך.

בנוסף, אסור לשכוח כי במקרה של משטחים חלקים באופן אידיאלי, תיווצר התנגדות לתנועה עקב כוחות המשיכה בין המולקולות. זה מסביר את ההשפעה על כוח החיכוך של העומס - כוח הלחיצה ותכונותיו של חומרים.

איך מודדים כוח חיכוך?

זה יכול להיעשות עם דינמומטר.
בתנועה אחידה של הגוף, הדינמומטר מראה כוח מתיחה השווה לכוח החיכוך. לנוחות המדידה, לפעמים, במקום למשוך את הספר על השולחן, אפשר להתחיל להזיז את השולחן עצמו, ולהחזיק את הספר במקומו על ידי קשירתו לקפיץ. כוח החיכוך לא ישתנה.

יחידת המדידה של כוח החיכוך ב-SI (כמו כל כוח אחר) היא 1 ניוטון.

מה יותר משתלם: גלגול או החלקה?

מה עדיף, החלקה או גלגול? כמובן, גלגול רווחי יותר מהחלקה. יש צורך בהרבה פחות כוח כדי להמשיך להתגלגל מאשר להמשיך להחליק באותה מהירות. לכן ברור שבקיץ נוסעים בעגלה, ולא במזחלת.

אבל למה הגלגלים מפנים את מקומם להחלקות בחורף? העניין הוא שגלגלים רווחיים יותר מהחלקות רק כשהם מתגלגלים. וכדי שהגלגלים יתגלגלו, חייבת להיות כביש איתן וחלק מתחתיהם, וגם מונע החלקה.

ניסיון. השוואה בין כוח חיכוך מחליק וכוח חיכוך מתגלגל.

הניחו על השולחן כוס עגולה (לא חזיתית) ודחפו אותה כך שתגלוש עם החלק התחתון שלה על השולחן. בתנועה, הזכוכית תעצור.
כעת הניחו את אותה כוס על צידה ודחפו אותה באותו כוח, הזכוכית, המתגלגלת, תנוע עוד יותר. מה הבעיה?
משקל הזכוכית לא השתנה, הקירות והתחתית שלה עשויים מאותה זכוכית, השולחן זהה.
העניין הוא שעכשיו הזכוכית מתגלגלת, לא מחליקה, ותנועתה מואטת על ידי כוח החיכוך המתגלגל, שהוא פי כמה קטן מכוח החיכוך המחליק. במקרים רבים, מסתבר שזה פי 50 יותר מחיכוך מתגלגל!

חיכוך תמיד מאט את התנועה; כדי להתגבר על חיכוך מכל הסוגים, נצרכת כמות עצומה של דלק יקר ערך.
חיכוך גורם לבלאי על משטחי שפשוף.

היסטוריה של מחקר החיכוך

המחקר הראשון של חוקי החיכוך שייך למדען והאמן האיטלקי המפורסם לאונרדו דה וינצ'י (המאה ה-15):
כוח החיכוך הנובע ממגע של גוף עם פני גוף אחר פרופורציונלי לכוח הלחיצה, מכוון נגד כיוון התנועה ואינו תלוי באזור המגע של משטחי המגע.

הוא מדד את כוח החיכוך הפועל על מוטות עץ המחליקים לאורך הלוח, ובהצבת הסורגים על פנים שונות, קבע את התלות של כוח החיכוך באזור התמיכה. אבל, למרבה הצער, יצירותיו של ליאונרדו דה וינצ'י לא פורסמו.

עם זאת, רק בסוף המאה ה-18, המדענים G. Amonton ו-Sh.O. קולומב הציג קבוע פיזי חדש - מקדם החיכוך (k).

לאחר מכן, הנוסחה לכוח החיכוך נגזרה:

Ftr = kN

כאשר N הוא כוח התגובה של התומך, המתאים לכוח הלחץ שמייצר הגוף על פני השטח.

אם הגוף נמצא על משטח אופקי, אז N = Fstrand

ניתן למצוא ערכי מקדם חיכוך עבור חומרים שונים בספרי עיון.

זה ידוע כבר זמן רב שמשטחים משומנים בשומן או אפילו פשוט נרטבים במים גולשים הרבה יותר בקלות. בשנת 1886, או. ריינולדס יצר את התיאוריה הראשונה של סיכה.
ובתחילת המאה ה-20 הופיעה הטריבולוגיה - המדע החוקר חיכוך.

לפעמים חיכוך הוא "נזק"!

חיכוך מאט את התנועה; כדי להתגבר על חיכוך מכל הסוגים, נצרכת כמות עצומה של דלק יקר ערך.
חיכוך גורם לבלאי של משטחי שפשוף: סוליות, צמיגי רכב, חלקי מכונות נמחקים. הם מנסים להפחית חיכוך מזיק.

אבל לפעמים חיכוך זה טוב!

ואז הם מנסים להגדיל אותו, למשל, כשהולכים בקרח.

מה אם לא היה חיכוך?

זוכה פרס נובל, הפיזיקאי השוויצרי צ'ארלס גיום אמר: "תארו לעצמכם שאפשר לחסל חיכוך לחלוטין, אז אף גוף, בין אם הוא בגודל של גוש אבן או קטן, כמו גרגר חול, לעולם לא ינוח אחד על השני, הכל. יחליק ויתגלגל עד שלא יהיה באותה רמה. אם לא היה חיכוך, כדור הארץ היה ללא אי אחידות, כמו נוזל."

קרא הכל על חיכוך

על חיכוך לסקרנים..........

מעניין

עלייה בכוח ההתנגדות לתנועה עם עלייה במהירות מביאה לתנועה אחידה יציבה של הגוף בעת נפילה מגובה רב בנוזל או בגז (למשל באטמוספירה). כך שצנחן חופשי לפני פתיחת המצנח יכול לרכוש מהירות של עד 50 מ' לשנייה בלבד, וטיפות גשם, בהתאם לגודלן, מגיעות למהירות של 2 עד 7 מ' לשנייה.

מקדם החיכוך הנמוך ביותר לגוף מוצק (0.02) הוא טפלון המוכר לכם. לכל אדם מודרני יש סירים ומחבתות עם ציפוי טפלון נון-סטיק במטבח.

אם כל החלונות של רכבת נוסעת ייפתחו בו-זמנית, אזי זרימת האוויר סביבה תתדרדר עד כדי כך שההתנגדות לתנועה תגדל בכרבע.

חליפות צלילה שתוכננו במיוחד לדייג חנית וצלילה חופשית מגיעות עם ציפוי חלק במיוחד מבחוץ כדי להפחית את הפסדי החיכוך בעת גלישה במים.

שאלה לכולם!

הסוס מושך את העגלה. היכן מועיל כוח החיכוך, ואיפה הוא מזיק?
אה, קדימה!

1. כוח החיכוך מתרחש כאשר הגופים נמצאים במגע ישיר ומופנה תמיד לאורך משטח המגע. כוח החיכוך הסטטי נוצר כאשר כוח מסוים F מופעל על גוף במנוחה, שאינו מניע את הגוף. מודול כוח החיכוך הסטטי שווה לכוח המופעל F והוא מכוון מנוגד לכוח המופעל על גוף במנוחה במקביל למשטח המגע שלו עם גוף אחר.

2. האם כוח החיכוך הסטטי פועל על שולחן העומד על הרצפה?

2. לא, כל עוד לא מפעילים עליו כוח F, שבעזרתו נרצה להזיז אותו.

3. מהו כוח לחץ? האם זה חייב להיות כוח הכבידה?

3. כוח הלחץ הוא כוח התגובה של התומך, והוא לא תמיד עולה בקנה אחד עם כוח הכבידה.

4. מהו מקדם החיכוך?

4. מקדם חיכוך - מקדם מידתיות בין כוח החיכוך של המנוחה לכוח הלחץ הרגיל.

5. אדם דוחף ארון ספרים, אבל ארון הספרים נשאר דומם. האם לא מופר כאן החוק השני של ניוטון, לפיו גוף שמופעל עליו כוח משנה את מהירותו?

5. לא, כי בחוק ניוטון, הכוח F הוא התוצאה של כל הכוחות הפועלים על הגוף. במקרה זה, הכוח הפועל על הארון מאוזן על ידי כוח החיכוך הסטטי והתוצאה היא אפס, לכן, גם התאוצה וגם התזוזה של הארון שווים לאפס.

החלק של המכניקה שבו לומדים את התנועה מבלי להתחשב בסיבות הגורמות לאופי כזה או אחר של תנועה נקרא קינמטיקה.
תנועה מכניתנקרא שינוי במיקום הגוף ביחס לגופים אחרים
מערכת התייחסותלקרוא לגוף ההתייחסות, למערכת הקואורדינטות הקשורה אליו ולשעון.
גוף התייחסותנקרא הגוף, יחסית אליו נחשב המיקום של גופים אחרים.
נקודה חומריתנקרא גוף שניתן להזניח את מימדיו בבעיה זו.
מַסלוּלנקרא קו מנטלי, אשר במהלך תנועתו מתאר נקודה חומרית.

לפי צורת המסלול, התנועה מחולקת ל:
א) ישר- המסלול הוא קטע קו ישר;
ב) עקום- המסלול הוא קטע של העקומה.

נָתִיב- זהו אורך המסלול שהנקודה החומרית מתארת ​​לפרק זמן נתון. זהו ערך סקלרי.
מעבר דירההוא וקטור המחבר את המיקום ההתחלתי של נקודת חומר עם המיקום הסופי שלה (ראה איור).

חשוב מאוד להבין במה שונה נתיב מתנועה. ההבדל החשוב ביותר הוא שהתנועה היא וקטור עם ההתחלה בנקודת היציאה ועם הסוף ביעד (זה לא משנה בכלל באיזה מסלול עברה התנועה הזו). והנתיב הוא, להיפך, ערך סקלרי המשקף את אורך המסלול שעבר.

תנועה ישרה אחידהנקראת תנועה שבה נקודה חומרית עושה את אותן תנועות לכל מרווחי זמן שווים
מהירות תנועה ישרה אחידהנקרא היחס בין התנועה לזמן שבו התרחשה תנועה זו:

לתנועה לא אחידה השתמש במושג מהירות ממוצעת.לעתים קרובות המהירות הממוצעת מוזנת כערך סקלרי. זוהי המהירות של תנועה אחידה כזו, שבה הגוף עובר באותו מסלול באותו זמן כמו בתנועה לא אחידה:

מהירות מיידיתנקרא מהירות הגוף בנקודה נתונה במסלול או בזמן נתון.
תנועה ישרה מואצת באופן אחיד- זוהי תנועה ישרה שבה המהירות המיידית עבור כל מרווחי זמן שווים משתנה באותה כמות

תְאוּצָהנקרא היחס בין השינוי במהירות המיידית של הגוף לזמן שבו התרחש שינוי זה:

התלות של קואורדינטת הגוף בזמן בתנועה ישרה אחידה יש ​​את הצורה: x = x 0 + V x t, כאשר x 0 היא הקואורדינטה הראשונית של הגוף, V x היא מהירות התנועה.
נפילה חופשיתנקרא תנועה מואצת אחידה עם תאוצה מתמדת g \u003d 9.8 מ' לשנייה 2ללא תלות במסה של הגוף הנופל. זה מתרחש רק בהשפעת כוח הכבידה.

המהירות בנפילה חופשית מחושבת על ידי הנוסחה:

תזוזה אנכית מחושבת על ידי הנוסחה:

אחד מסוגי התנועה של נקודה חומרית הוא תנועה במעגל. בתנועה כזו, מהירות הגוף מכוונת לאורך משיק הנמשך למעגל בנקודה בה נמצא הגוף (מהירות לינארית). ניתן לתאר את מיקומו של גוף על מעגל באמצעות רדיוס הנמשך ממרכז המעגל אל הגוף. תנועת הגוף בעת תנועה לאורך מעגל מתוארת על ידי הפיכת רדיוס המעגל המחבר את מרכז המעגל עם הגוף. היחס בין זווית הסיבוב של הרדיוס למרווח הזמן שבמהלכו התרחש סיבוב זה מאפיין את מהירות התנועה של הגוף סביב המעגל ונקרא מהירות זוויתית ω:

המהירות הזוויתית קשורה למהירות הליניארית על ידי היחס

כאשר r הוא רדיוס המעגל.
הזמן שלוקח לגוף להשלים מהפכה אחת נקרא תקופת מחזור.ההדדיות של התקופה - תדירות המחזור - ν

מכיוון שבתנועה אחידה לאורך מעגל, מודול המהירות אינו משתנה, אך כיוון המהירות משתנה, בתנועה כזו יש תאוצה. הוא נקרא תאוצה צנטריפוגלית, הוא מכוון לאורך הרדיוס למרכז המעגל:

מושגי יסוד וחוקי דינמיקה

החלק של המכניקה החוקר את הסיבות שגרמו להאצת הגופים נקרא דִינָמִיקָה

החוק הראשון של ניוטון:
ישנן מסגרות התייחסות כאלה לגביהן הגוף שומר על מהירותו קבועה או נמצא במנוחה אם לא פועלים עליו גופים אחרים או פעולתם של גופים אחרים מתוגמלת.
התכונה של גוף לשמור על מצב של מנוחה או תנועה ישרה אחידה עם כוחות חיצוניים מאוזנים הפועלים עליו נקראת אִינֶרצִיָה.התופעה של שמירה על מהירות של גוף עם כוחות חיצוניים מאוזנים נקראת אינרציה. מערכות ייחוס אינרציאליותנקראות מערכות שבהן מתקיים החוק הראשון של ניוטון.

עקרון היחסות של גלילאו:
בכל מערכות ההתייחסות האינרציאלית באותם תנאים ראשוניים, כל התופעות המכניות מתרחשות באותו אופן, כלומר. לציית לאותם חוקים
מִשׁקָלהוא מדד לאינרציה של הגוף
כּוֹחַהוא מדד כמותי לאינטראקציה של גופים.

החוק השני של ניוטון:
הכוח הפועל על גוף שווה למכפלת מסת הגוף והתאוצה שמעניק כוח זה:
$F↖(→) = m⋅a↖(→)$

הוספת הכוחות היא למצוא את התוצאה של מספר כוחות, מה שיוצר את אותו האפקט כמו מספר כוחות הפועלים בו זמנית.

החוק השלישי של ניוטון:
הכוחות שבהם שני גופים פועלים זה על זה נמצאים על אותו קו ישר, שווים בגודלם ומנוגדים בכיוון:
$F_1↖(→) = -F_2↖(→) $

חוק ניוטון III מדגיש שלפעולת הגופים זה על זה יש אופי של אינטראקציה. אם גוף A פועל על גוף B, אז גוף B פועל גם על גוף A (ראה איור).

או בקיצור, כוח הפעולה שווה לכוח התגובה. לעתים קרובות עולה השאלה: מדוע סוס מושך מזחלת אם גופים אלה מתקשרים בכוחות שווים? זה אפשרי רק באמצעות אינטראקציה עם הגוף השלישי - כדור הארץ. הכוח בו הפרסות נחות על הקרקע חייב להיות גדול מכוח החיכוך של המזחלת על הקרקע. אחרת, הפרסות יחליקו והסוס לא יזוז.
אם הגוף נתון לדפורמציה, אז נוצרים כוחות המונעים דפורמציה זו. כוחות כאלה נקראים כוחות אלסטיים.

חוק הוקכתוב בצורה

כאשר k הוא קשיחות הקפיץ, x הוא דפורמציה של הגוף. הסימן "−" מציין שהכוח והעיוות מכוונים לכיוונים שונים.

כאשר גופים נעים זה ביחס לזה, נוצרים כוחות המעכבים את התנועה. כוחות אלו נקראים כוחות חיכוך.הבחנה בין חיכוך סטטי לחיכוך החלקה. כוח חיכוך מחליקמחושב לפי הנוסחה

כאשר N הוא כוח התגובה של התומך, µ הוא מקדם החיכוך.
כוח זה אינו תלוי באזור של גופי השפשוף. מקדם החיכוך תלוי בחומר ממנו עשויים הגופים ובאיכות טיפול פני השטח שלהם.

חיכוך של מנוחהמתרחשת כאשר הגופים אינם זזים זה ביחס לזה. כוח החיכוך הסטטי יכול להשתנות מאפס לערך מקסימלי כלשהו

כוחות כבידהנקראים הכוחות שבהם כל שני גופים נמשכים זה לזה.

חוק הכבידה:
כל שני גופים נמשכים זה לזה בכוח שהוא ביחס ישר למכפלת המסות שלהם וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם.

כאן R הוא המרחק בין הגופים. חוק הכבידה האוניברסלית בצורה זו תקף עבור נקודות חומריות או עבור גופים כדוריים.

משקל גוףנקרא הכוח שבו הגוף לוחץ על תומך אופקי או מותח את המתלה.

כוח משיכההוא הכוח שבו כל הגופים נמשכים לכדור הארץ:

עם תמיכה קבועה, משקל הגוף שווה בערכו המוחלט לכוח הכובד:

אם גוף זז אנכית עם תאוצה, משקלו ישתנה.
כאשר גוף נע בתאוצה כלפי מעלה, משקלו

ניתן לראות כי משקל הגוף גדול ממשקל הגוף המנוח.

כאשר גוף נע בתאוצה כלפי מטה, משקלו

במקרה זה, משקל הגוף קטן ממשקל הגוף המנוחה.

חוסר משקלנקראת תנועה כזו של הגוף, שבה התאוצה שלו שווה להאצת הנפילה החופשית, כלומר. a = g. זה אפשרי אם רק כוח אחד פועל על הגוף - כוח הכבידה.
לוויין אדמה מלאכותיהוא גוף עם מהירות V1 המספיקה לנוע במעגל סביב כדור הארץ
רק כוח אחד פועל על הלוויין של כדור הארץ - כוח הכבידה, המכוון למרכז כדור הארץ
מהירות קוסמית ראשונה- זו המהירות שיש לדווח לגוף כדי שיסתובב סביב כדור הארץ במסלול מעגלי.

כאשר R הוא המרחק ממרכז כוכב הלכת ללוויין.
עבור כדור הארץ, סמוך לפני השטח שלו, מהירות הבריחה הראשונה היא

1.3. מושגים וחוקי יסוד של סטטיקה והידרוסטטיקה

גוף (נקודה חומרית) נמצא במצב של שיווי משקל אם הסכום הווקטורי של הכוחות הפועלים עליו שווה לאפס. ישנם 3 סוגי איזון: יציב, לא יציב ואדיש.אם, כאשר מוציאים גוף משיווי משקל, מתעוררים כוחות הנוטים להחזיר את הגוף הזה, זה איזון יציב.אם מתעוררים כוחות הנוטים להרחיק את הגוף עוד יותר ממצב שיווי המשקל, זה מצב מעורער; אם לא יתעוררו כוחות - אָדִישׁ(ראה איור 3).


כשאנחנו לא מדברים על נקודה חומרית, אלא על גוף שיכול להיות לו ציר סיבוב, אז כדי להשיג מיקום שיווי משקל, בנוסף לשוויון לאפס מסכום הכוחות הפועלים על הגוף, יש צורך שהסכום האלגברי של המומנטים של כל הכוחות הפועלים על הגוף יהיה שווה לאפס.

כאן ד היא זרוע הכוח. כתף של כוח d הוא המרחק מציר הסיבוב לקו הפעולה של הכוח.

מצב שיווי משקל מנוף:
הסכום האלגברי של המומנטים של כל הכוחות המסובבים את הגוף שווה לאפס.
על ידי לחץהם קוראים לגודל פיזיקלי השווה ליחס בין הכוח הפועל על האתר בניצב לכוח זה לבין שטח האתר:

לגבי נוזלים וגזים תקף חוק פסקל:
הלחץ מופץ לכל הכיוונים ללא שינוי.
אם נוזל או גז נמצאים בשדה הכבידה, אז כל שכבה גבוהה יותר לוחצת על הנמוכות יותר, וככל שהנוזל או הגז שקועים בפנים, הלחץ עולה. לנוזלים

כאשר ρ הוא צפיפות הנוזל, h הוא עומק החדירה לנוזל.

נוזל הומגני בכלים מתקשרים מוגדר באותה רמה. אם נוזל עם צפיפות שונה נשפך לברכיים של כלי תקשורת, אז הנוזל עם צפיפות גבוהה יותר מותקן בגובה נמוך יותר. במקרה הזה

הגבהים של עמודי הנוזל עומדים ביחס הפוך לצפיפויות:

לחץ הידראוליהוא כלי מלא בשמן או נוזל אחר, שבו חותכים שני חורים, נסגרים על ידי בוכנות. לבוכנות יש גדלים שונים. אם מופעל כוח מסוים על בוכנה אחת, אז הכוח המופעל על הבוכנה השנייה מתברר כשונה.
לפיכך, המכבש ההידראולי משמש להמרת גודל הכוח. מאז הלחץ מתחת לבוכנות חייב להיות זהה, אז

לאחר מכן A1 = A2.
גוף השקוע בנוזל או בגז נתון לכוח ציפה כלפי מעלה מצדו של הנוזל או הגז הזה, הנקרא כוחו של ארכימדס
הערך של כוח הציפה נקבע חוק ארכימדס: כוח ציפה פועל על גוף השקוע בנוזל או בגז, מכוון אנכית כלפי מעלה ושווה למשקל הנוזל או הגז שנעקר על ידי הגוף:

כאשר ρ נוזל הוא צפיפות הנוזל בו טבול הגוף; V שקוע - נפח החלק השקוע של הגוף.

מצב ריחוף גוף- גוף צף בנוזל או בגז כאשר כוח הציפה הפועל על הגוף שווה לכוח הכבידה הפועל על הגוף.

1.4. חוקי שימור

מומנטום הגוףנקראת כמות פיזיקלית השווה למכפלת מסת הגוף ומהירותו:

מומנטום הוא כמות וקטורית. [p] = ק"ג m/s. יחד עם המומנטום של הגוף, הם משתמשים לעתים קרובות דחף כוח.זה מכפלה של כוח כפול משך הזמן שלו.
השינוי בתנע של גוף שווה לתנע של הכוח הפועל על אותו גוף. עבור מערכת מבודדת של גופים (מערכת שגופיה פועלים רק זה עם זה), חוק שימור המומנטום: סכום הדחפים של גופים של מערכת מבודדת לפני האינטראקציה שווה לסכום הדחפים של אותם גופים לאחר האינטראקציה.
עבודה מכניתהם קוראים לכמות פיזיקלית השווה למכפלת הכוח הפועל על הגוף, תזוזה של הגוף והקוסינוס של הזווית בין כיוון הכוח לתזוזה:

כּוֹחַהיא העבודה שנעשתה ליחידת זמן.

היכולת של גוף לעשות עבודה מאופיינת בכמות הנקראת אֵנֶרְגִיָה.אנרגיה מכנית מחולקת ל קינטיות ופוטנציאל.אם גוף יכול לעשות עבודה בגלל התנועה שלו, אומרים שיש לו אנרגיה קינטית.האנרגיה הקינטית של תנועת התרגום של נקודה חומרית מחושבת על ידי הנוסחה

אם גוף יכול לעשות עבודה על ידי שינוי מיקומו ביחס לגופים אחרים או על ידי שינוי מיקומם של חלקי הגוף, יש לו אנרגיה פוטנציאלית.דוגמה לאנרגיה פוטנציאלית: גוף מורם מעל פני הקרקע, האנרגיה שלו מחושבת לפי הנוסחה

כאשר h הוא גובה ההרמה

אנרגיית קפיץ דחוסה:

כאשר k הוא קבוע הקפיץ, x הוא העיוות המוחלט של הקפיץ.

סכום האנרגיה הפוטנציאלית והקינטית הוא אנרגיה מכנית.למערכת מבודדת של גופים במכניקה, חוק שימור האנרגיה המכנית: אם כוחות חיכוך (או כוחות אחרים המובילים לפיזור אנרגיה) אינם פועלים בין גופיה של מערכת מבודדת, אזי סכום האנרגיות המכניות של גופי מערכת זו אינו משתנה (חוק שימור האנרגיה במכניקה) . אם יש כוחות חיכוך בין גופים של מערכת מבודדת, אז במהלך האינטראקציה חלק מהאנרגיה המכנית של הגופים מועבר לאנרגיה פנימית.

1.5. רעידות וגלים מכניים

תנודותנקראות תנועות שיש להן מידה כזו או אחרת של חזרה בזמן. תנודות נקראות מחזוריות אם הערכים של הכמויות הפיזיקליות המשתנות בתהליך התנודות חוזרים על עצמם במרווחים קבועים.
תנודות הרמוניותתנודות כאלה נקראות שבהן הגודל הפיזיקלי המתנודד x משתנה לפי חוק הסינוס או הקוסינוס, כלומר.

הערך A, השווה לערך המוחלט הגדול ביותר של הגודל הפיזיקלי המתנודד x, נקרא משרעת תנודה. הביטוי α = ωt + ϕ קובע את הערך של x בזמן נתון ונקרא שלב התנודה. תקופה ט'הזמן שלוקח לגוף מתנודד לבצע תנודה אחת שלמה נקרא. תדירות תנודות מחזוריותנקרא מספר התנודות השלמות ליחידת זמן:

התדר נמדד ב-s-1. יחידה זו נקראת הרץ (Hz).

מטוטלת מתמטיתהיא נקודה חומרית בעלת מסה m התלויה על חוט בלתי ניתן להרחבה ומתנדנדת במישור אנכי.
אם קצה אחד של הקפיץ קבוע ללא תנועה, וגוף כלשהו בעל מסה m מחובר לקצהו השני, אז כאשר הגוף יוצא משיווי המשקל, הקפיץ יתמתח והגוף יתנדנד על הקפיץ בצורה אופקית או אנכית. מָטוֹס. מטוטלת כזו נקראת מטוטלת קפיצית.

תקופת התנודה של מטוטלת מתמטיתנקבע על ידי הנוסחה

כאשר l הוא אורך המטוטלת.

תקופת תנודת העומס על הקפיץנקבע על ידי הנוסחה

כאשר k היא קשיחות הקפיץ, m היא מסת העומס.

התפשטות תנודות במדיה אלסטית.
תווך נקרא אלסטי אם יש כוחות אינטראקציה בין חלקיקיו. גלים הם תהליך התפשטות של תנודות במדיה אלסטית.
הגל נקרא רוחבי, אם חלקיקי המדיום מתנודדים בכיוונים המאונכים לכיוון התפשטות הגל. הגל נקרא אֹרכִּי, אם התנודות של חלקיקי התווך מתרחשות בכיוון התפשטות הגל.
אֹרֶך גַלהמרחק בין שתי הנקודות הקרובות ביותר המתנודדות באותו שלב נקרא:

כאשר v היא מהירות התפשטות הגלים.

גלי קולהנקראים גלים, תנודות בהן מתרחשות בתדרים מ-20 עד 20,000 הרץ.
מהירות הקול שונה בסביבות שונות. מהירות הקול באוויר היא 340 מטר לשנייה.
גלים קולייםהנקראים גלים, שתדר התנודה שלהם עולה על 20,000 הרץ. גלים אולטראסוניים אינם נתפסים על ידי האוזן האנושית.

עוד בשנות בית הספר, בכיתה ז' או ח', כל אחד מתוודע למושג חדש של פיזיקה דינמית - חיכוך. עם זאת, רבים, לאחר שהתבגרו, שוכחים כיצד פועל הכוח הזה. בואו ננסה להבין את הנושא הזה.

הגדרת מושג

חיכוך הוא תופעה שיש לה את המשמעות הבאה: כאשר שני גופים באים במגע זה עם זה, נוצרת אינטראקציה מיוחדת במקום המגע ביניהם, המונעת מהגופים להמשיך לנוע זה ביחס לזה. ברור שניתן לחשב את ערך האינטראקציה של הגופים הללו. בדיוק אותו הדבר ומאפיין את האינטראקציה הזו מבחינה כמותית. אם מתרחש חיכוך בין גופים מוצקים (לדוגמה, אינטראקציה של ספר עם מדף ספרים או תפוח עם שולחן), אז אינטראקציה זו נקראת חיכוך יבש.

יש להבין שחיכוך הוא כוח בעל אופי אלקטרומגנטי. המשמעות היא שהגורם לכוח זה הוא האינטראקציה בין החלקיקים המרכיבים גוף זה או אחר.

מה זה חיכוך?

בשל מגוון החפצים הקיימים בעולמנו, ניתן לקבוע שלכל אחד מהם יש מבנה משלו ומאפיינים בודדים. המשמעות היא שהאינטראקציה בין פריטים שונים תהיה שונה. להבנה נכונה של המהות והפתרון המוכשר של בעיות רבות בפיזיקה, נהוג להפריד מותנית בין שלושה סוגי חיכוך. אז בואו נסתכל על כל אחד בנפרד:

• חיכוך ראשון- זהו חיכוך המנוחה, המתרחש בהעדר תנועה יחסית של שני גופים. אנחנו יכולים לראות דוגמאות שלו בכל מקום, כי הכוח שנוצר מהחיכוך הזה שומר על איזון עצמים. למשל, סחורה על מסוע נע, מסמר שננעץ בקיר או אדם שעומד על הרצפה.
• חיכוך החלקה- זה בתנאי החיכוך השני. ערך ההחלקה מוגדר כך: כאשר מופעל על גוף בשיווי משקל כוח גדול מכוח החיכוך הסטטי, כוח החיכוך המחליק מתחיל לפעול, והגוף נע.
• ולבסוף חיכוך מתגלגל, מסביר את האינטראקציה של שני גופים, שאחד מהם מתגלגל על ​​פני השטח של השני. ההבדל בהחלקה והחלקה מוסבר בכך שבכל תנועה, אזורי הגוף נעקרים לאורך משטח המגע, ובמקום קשרים בין מולקולריים שבורים נוצרים חדשים. ובמקרה שבו הגלגל מתגלגל מבלי להחליק, הקשרים המולקולריים נשברים הרבה יותר מהר כאשר חלקי הגלגל מורמים מאשר בעת החלקה. מסתבר שכוח החיכוך המתגלגל קטן מכוח ההחלקה.

היכן וכיצד ניתן להשתמש בחיכוך?

חיכוך הוא תופעה הכרחית, שבלעדיה לא היינו יכולים לעשות דברים אלמנטריים: ללכת, לשבת או פשוט להחזיק חפצים בידיים. לכן, אל תזלזל בחשיבות החיכוך. כפי שאמר הפיזיקאי הצרפתי גיום: "אם לא היה חיכוך, כדור הארץ שלנו היה ללא חספוס אחד, זה היה כמו טיפת נוזל".

אולי הדוגמה הטובה ביותר המאפיינת את החיכוך בצורה המדויקת ביותר היא פעולת גלגל. עוד בעת העתיקה, הבחינו שכוחות החיכוך המתגלגלים נמוכים בהרבה מכוחות החיכוך ההחלקה. היתרונות הבלתי ניתנים להכחשה של חיכוך גלגול הם שגרמו לאנשים לשים בולי עץ או גלילים כדי להעביר משאות כבדים ומגושמים. עם הזמן, אנשים שיפרו את הידע שלהם על התכונות המדהימות של חיכוך מתגלגל, צפו בתנועה של עצמים בהשפעת כוחות החיכוך, ולבסוף המציאו את הגלגל! בעולם המודרני, אי אפשר לדמיין חיים בלי החלקים הבלתי ניתנים להחלפה האלה, כי גלגלים הם ה"מנועים" השניים של כל תחבורה!

כיצד לחשב את ערך כוח החיכוך?

כמו לכל דבר אחר, יש לו ערכים שלמים. על מנת לקבוע במדויק כמה כוח נדרש לתנועה או סוגים אחרים של עבודה, יש צורך לחשב את כוח החיכוך הסטטי. מהנדסים עושים זאת בדרך כלל כאשר, למשל, הם בונים מפעלים או ממציאים מכשירים חדשים. עם זאת, אפילו תלמידי בית ספר רגילים מתמודדים עם משימות מסוימות שבהן נדרש לחשב את כוח החיכוך. אז, כדי לחשב את הערך שלו, אתה רק צריך להשתמש בנוסחה פשוטה: F חיכוך = K * N, כאשר k הוא מקדם החיכוך. הערך של כל המקדמים תלוי תמיד במשטח האובייקט שעליו הגוף נע או מקיים אינטראקציה. ה-"N" בנוסחה שלנו פירושו הכוח על הגוף. זה תלוי בעיקר במסה של הגוף שנמצאת במגע עם משטח התמיכה.

חשב את ערך הכוח בבעיה

נניח שגוף בעל מסה m = 3 ק"ג נמצא על לוח אופקי. בין לוח העץ לגוף הוא 0.3. איך למצוא את הערך של כוח החיכוך? זה מאוד פשוט, כל מה שאתה צריך לעשות הוא לחבר את הערכים שלנו לנוסחה. צריך רק לקחת בחשבון ש-N במקרה הזה שווה למשקל הגוף (לפי החוק ה-3 של ניוטון). אז, הכוח הרצוי הוא (m * g) * k \u003d (3 ק"ג * 10 m / s 2) * 0.3 \u003d 9 H.