Wielkie tarcie. Siły tarcia

Siła tarcia

Rodzaje

W przypadku ruchu względnego dwóch stykających się ciał siły tarcia wynikające z ich wzajemnego oddziaływania można podzielić na:

• Tarcie ślizgowe- siła wynikająca z ruchu postępowego jednego ze stykających się/oddziałujących ciał względem drugiego i działająca na to ciało w kierunku przeciwnym do kierunku poślizgu.
• tarcie toczne- moment sił powstałych w wyniku toczenia się jednego z dwóch stykających się/oddziałujących ciał względem drugiego.
• Tarcie spoczynku- siła, która powstaje między dwoma stykającymi się ciałami i zapobiega wystąpieniu ruchu względnego. Siłę tę należy pokonać, aby wprawić w ruch dwa stykające się ze sobą ciała. Występuje podczas mikroprzemieszczeń (na przykład podczas deformacji) stykających się ciał. Działa w kierunku przeciwnym do kierunku możliwego ruchu względnego.

W fizyce interakcji tarcie zwykle dzieli się na:

• suchy, gdy oddziałujące ze sobą ciała stałe nie są oddzielone żadnymi dodatkowymi warstwami/smarami (w tym smarami stałymi) – w praktyce przypadek bardzo rzadki. Charakterystyczną cechą wyróżniającą tarcie suche jest występowanie znacznej siły tarcia statycznego;
• granica, gdy powierzchnia styku może zawierać warstwy i obszary o różnym charakterze (warstwy tlenkowe, ciecz itp.) - najczęstszy przypadek tarcia ślizgowego.
• mieszany gdy obszar styku zawiera obszary tarcia suchego i płynnego;
• ciecz (lepka), podczas oddziaływania ciał oddzielonych warstwą ciała stałego (sproszkowanego grafitu), cieczy lub gazu (smaru) o różnej grubości - z reguły występuje podczas tarcia tocznego, gdy ciała stałe zanurzone są w cieczy, wielkość tarcia lepkiego charakteryzuje się lepkością ośrodka;
• elastohydrodynamiczny gdy tarcie wewnętrzne środka smarnego jest krytyczne. Występuje wraz ze wzrostem względnych prędkości ruchu.

Ze względu na złożoność procesów fizykochemicznych zachodzących w strefie oddziaływania tarciowego procesy tarcia zasadniczo nie dają się opisać metodami mechaniki klasycznej.

Prawo Amontona-Coulomba

Główną cechą tarcia jest współczynnik tarcia, który jest określony przez materiały, z których wykonane są powierzchnie oddziałujących ciał.

W najprostszych przypadkach siła tarcia i obciążenie normalne (lub siła normalna reakcje) są powiązane nierównością

który staje się równy tylko w obecności ruchu względnego. Zależność ta nazywana jest prawem Amontona-Coulomba.

Prawo Amontona-Coulomba dotyczące przyczepności

Dla większości par materiałów wartość współczynnika tarcia nie przekracza 1 i mieści się w przedziale 0,1 - 0,5. Jeśli współczynnik tarcia przekracza 1, oznacza to, że między stykającymi się ciałami działa siła przyczepność a wzór do obliczania współczynnika tarcia zmienia się na

.

Stosowana wartość

Tarcie w mechanizmach i maszynach

W większości tradycyjnych mechanizmów (ICE, samochody, przekładnie itp.) tarcie odgrywa negatywną rolę, zmniejszając sprawność mechanizmu. Różne naturalne i syntetyczne oleje i smary są stosowane w celu zmniejszenia tarcia. W nowoczesnych mechanizmach stosuje się w tym celu również osadzanie powłok (cienkich warstw) na częściach. Wraz z miniaturyzacją mechanizmów i tworzeniem układów mikroelektromechanicznych (MEMS) i nanoelektromechanicznych (NEMS) wartość tarcia wzrasta i staje się bardzo znacząca w porównaniu z siłami działającymi w mechanizmie, a jednocześnie nie może być zmniejszona przy użyciu konwencjonalnych smarów, co powoduje duże zainteresowanie teoretyczne i praktyczne inżynierów i naukowców w tej dziedzinie. Aby rozwiązać problem tarcia, tworzone są nowe metody jego zmniejszania w ramach tribologii i nauki o powierzchni ( język angielski).

Przyczepność powierzchniowa

Obecność tarcia zapewnia możliwość poruszania się po powierzchni. Tak więc podczas chodzenia podeszwa przylega do podłogi w wyniku tarcia, w wyniku czego następuje odpychanie od podłogi i ruch do przodu. W ten sam sposób zapewniona jest przyczepność kół samochodu (motocykla) do nawierzchni drogi. W szczególności, aby zwiększyć poprawę tej przyczepności, opracowywane są nowe formy i specjalne rodzaje gumy do opon, aw samochodach wyścigowych montowane są antypoślizgi, które mocniej dociskają samochód do toru.

Zobacz też

Czasopisma

• Tarcie, Zużycie, Smarowanie, Dziennik tarcia.
• Tarcie i zużycie, czasopismo frykcyjne wydawane przez Narodową Akademię Nauk Białorusi od 1980 roku.
• Dziennik trybologii, międzynarodowe czasopismo poświęcone tarciu.
• nosić, międzynarodowe czasopismo poświęcone tarciu i zużyciu.
• Tabele współczynników tarcia, wartości liczbowe współczynników tarcia.

Literatura

• Deryagin B.V. Co to jest tarcie? M.: Wyd. Akademia Nauk ZSRR, 1963.
• Kragelsky I. V., Szczedrow V. S. Rozwój nauki o tarciu. Suche tarcie. M.: Wyd. Akademia Nauk ZSRR, 1956.
• Frolov, KV (red.) Nowoczesna tribologia: wyniki i perspektywy. LKI, 2008.
• Bowden FP, Tabor D. Tarcie i smarowanie ciał stałych. Oxford University Press, 2001.
• Persson Bo NJ: Tarcie ślizgowe. Zasady fizyczne i zastosowania . Springera, 2002.
• Popow V.L. Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation, Springer, 2009.
• Rabinowicz E. Tarcie i zużycie materiałów. Wiley-Interscience, 1995.

Spinki do mankietów

Fundacja Wikimedia. 2010 .

Synonimy:

Zobacz, co „Tarcie” znajduje się w innych słownikach:

Tarcie- - proces zachodzący na powierzchni styku ciał, zarówno w spoczynku, jak i we wzajemnym ruchu. … … Encyklopedia terminów, definicji i wyjaśnień materiałów budowlanych

Współczesna encyklopedia

Tarcie- zewnętrzny, mechaniczny opór wynikający ze względnego ruchu dwóch stykających się ciał w płaszczyźnie ich styku. Siła oporu jest skierowana przeciwnie do względnego ruchu ciał i nazywana jest siłą tarcia. Tarcie… … Ilustrowany słownik encyklopedyczny

TARCIE, przeciwstawianie się ruchowi stykających się ciał, skierowane wzdłuż płaszczyzny styku, a także opór cieczy lub gazów płynących po powierzchni. Tarcie jest wprost proporcjonalne do siły ściskającej powierzchnię i zależy od ... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

TARCIE, tarcie, zob. 1. tylko jednostki Stan przedmiotów ocierających się o siebie, ruch jednego przedmiotu po powierzchni drugiego, który jest z nim w bliskim kontakcie. Maszyny zużywają się w wyniku tarcia jednej części o drugą. || Opór ruchu, który występuje... Słownik wyjaśniający Uszakowa

TARCIE, patrz rub. Słownik wyjaśniający Dahla . W I. Dal. 1863 1866 ... Słownik wyjaśniający Dahla

TARCIE, I, zob. 1. Siła, która uniemożliwia ruch jednego ciała na powierzchni drugiego (specjalne). Współczynnik tarcia. Kinematyczny t. (między poruszającymi się ciałami). T. odpoczynek (między nieruchomymi ciałami). 2. Ruch obiektu w bliskim kontakcie z ... ... Słownik wyjaśniający Ożegowa

W aerodynamice i hydrodynamice składowe styczne wektora siły powierzchniowej. Jeżeli w zagadnieniach aerodynamicznych i hydrodynamicznych bada się ruch cieczy lub gazu na podstawie równań Naviera-Stokesa, to uwzględnia się działanie sił tarcia w całym polu przepływu i... Encyklopedia technologii

Opór ruchu, który pojawia się, gdy poruszające się ciała stykają się ze sobą. Istnieją T. ślizgowe (T. 1. rodzaj), pojawiające się w wyniku przesuwania się jednego ciała po drugim, oraz T. toczenie (T. 2. rodzaj), pojawiające się w ... ... Słowniku morskim

W warunkach lądowych tarcie zawsze towarzyszy każdemu ruchowi ciał. We wszystkich rodzajach ruchu mechanicznego niektóre ciała stykają się albo z innymi ciałami, albo z otaczającym je ciągłym ośrodkiem płynnym lub gazowym. Taki kontakt zawsze ma duży wpływ na ruch. Istnieje siła tarcia skierowana przeciwnie do ruchu.

Istnieje kilka rodzajów tarcia:

Tarcie suche występuje, gdy stykające się ciała stałe poruszają się względem siebie.

Lepkie (inaczej płynne) tarcie występuje, gdy ciała stałe poruszają się w ośrodku ciekłym lub gazowym lub gdy ciecz lub gaz przepływa obok nieruchomych ciał stałych.

Tarcie występuje, gdy na ciało działa siła, która próbuje je poruszyć.

Przyczynami siły tarcia są: chropowatość stykających się powierzchni oraz wzajemne przyciąganie się cząsteczek stykających się ciał.

Ale co się stanie, jeśli weźmiesz dwie idealnie czyste powierzchnie?

Przywiąż nitkę do nóżki szklanego kielicha i umieść go na stole pokrytym szkłem. Jeśli pociągniesz za sznurek, szkło z łatwością ześlizgnie się po szkle. Teraz zwilż szklankę wodą. Przesuwanie szkła stanie się znacznie trudniejsze. Jeśli przyjrzysz się uważnie szkłu, możesz nawet zauważyć rysy. Chodzi o to, aby woda usuwała tłuszcz i inne substancje, które zanieczyszczały powierzchnie trące. Powstał styk między dwiema idealnie czystymi powierzchniami i okazało się, że łatwiej jest zrobić rysy (czyli wyrwać kawałki szkła) niż oderwać (przesunąć) szkło.

Sposoby zmniejszenia siły tarcia:

Szlifowanie powierzchni trących, nakładanie smarów i zamiana tarcia ślizgowego na tarcie toczne.

Siły tarcia mają charakter elektromagnetyczny.

Od czego zależy siła tarcia?

Od rodzaju powierzchni styku i wielkości obciążenia.
Pewnego razu wielki włoski artysta i naukowiec Leonardo da Vinci, zaskakując otaczających go ludzi, przeprowadzał dziwne eksperymenty: ciągnął linę po podłodze, albo na całej długości, albo zbierając ją w pierścienie. Studiował: czy siła tarcia ślizgowego zależy od powierzchni stykających się ciał?
W rezultacie Leonardo doszedł do wniosku, że siła tarcia ślizgowego nie zależy od powierzchni stykających się ciał, co potwierdzają również współcześni naukowcy.

Jak wytłumaczyć występowanie tarcia?

Powierzchnie styku ciał nigdy nie są idealnie płaskie i mają nieregularności.

Ponadto miejsca występów na jednej powierzchni nie pokrywają się z miejscami występów na drugiej. Jednak podczas ściskania spiczaste wierzchołki ulegają deformacji, a powierzchnia styku zwiększa się proporcjonalnie do przyłożonego obciążenia. To właśnie odporność na ścinanie w miejscach występowania nierówności jest przyczyną tarcia.

Ponadto nie wolno nam zapominać, że w przypadku idealnie gładkich powierzchni opór ruchu powstaną na skutek sił przyciągania między cząsteczkami.Tłumaczy to wpływ na siłę tarcia ładunku – siłę nacisku i właściwości materiały.

Jak zmierzyć siłę tarcia?

Można to zrobić za pomocą dynamometru.
Przy równomiernym ruchu ciała dynamometr pokazuje siłę pociągową równą sile tarcia. Dla wygody mierzenia czasami zamiast ciągnąć książkę po stole, możesz zacząć przesuwać sam stół i przytrzymać książkę w miejscu, przywiązując ją do sprężyny. Siła tarcia się nie zmieni.

Jednostką miary siły tarcia w SI (jak każda inna siła) jest 1 niuton.

Co jest bardziej opłacalne: rolowanie czy przesuwanie?

Co jest lepsze, ślizganie się czy toczenie? Oczywiście rolowanie jest bardziej opłacalne niż przesuwanie. Znacznie mniejsza siła jest potrzebna do toczenia się, niż do ślizgania się z tą samą prędkością. Dlatego jasne jest, że latem jeżdżą wozem, a nie saniami.

Ale dlaczego koła wpadają w poślizg zimą? Rzecz w tym, że koła są bardziej opłacalne niż płozy tylko wtedy, gdy się toczą. A żeby koła się toczyły, musi być pod nimi solidna, gładka droga, a do tego antypoślizgowa.

DOŚWIADCZENIE. Porównanie siły tarcia ślizgowego i siły tarcia tocznego.

Umieść okrągłą (nie fasetowaną) szklankę na stole i popchnij ją tak, aby zsunęła się spodem po stole. Poruszając się, szkło zatrzyma się.
Teraz połóż tę samą szklankę na boku i popchnij ją z taką samą siłą, a szklanka, tocząc się, przesunie się dalej. O co chodzi?
Waga szklanki się nie zmieniła, jej ścianki i dno są z tego samego szkła, stół ten sam.
Rzecz w tym, że teraz szkło toczy się, a nie ślizga, a jego ruch jest spowalniany przez siłę tarcia toczenia, która jest wielokrotnie mniejsza niż siła tarcia ślizgu. W wielu przypadkach okazuje się, że jest to 50 razy więcej niż tarcie toczne!

Tarcie zawsze spowalnia ruch; aby pokonać wszelkiego rodzaju tarcia, zużywa się ogromną ilość cennego paliwa.
Tarcie powoduje zużycie trących się powierzchni.

HISTORIA BADANIA TARCIA

Pierwsze badanie praw tarcia należy do słynnego włoskiego naukowca i artysty Leonarda da Vinci (XV wiek):
siła tarcia powstająca w wyniku kontaktu ciała z powierzchnią innego ciała jest proporcjonalna do siły nacisku skierowanej przeciwnie do kierunku ruchu i nie zależy od powierzchni styku stykających się powierzchni.

Zmierzył siłę tarcia działającą na drewniane pręty przesuwające się po desce i umieszczając pręty na różnych powierzchniach, określił zależność siły tarcia od powierzchni podparcia. Ale niestety prace Leonarda da Vinci nie zostały opublikowane.

Jednak dopiero pod koniec XVIII wieku naukowcy G. Amonton i Sh.O. Kulomb wprowadził nową stałą fizyczną - współczynnik tarcia (k).

Następnie wyprowadzono wzór na siłę tarcia:

Ftr = kN

Gdzie N jest siłą reakcji podpory, odpowiadającą sile nacisku wytwarzanej przez ciało na powierzchnię.

Jeśli ciało znajduje się na poziomej powierzchni, to N = Fstrand

Wartości współczynnika tarcia dla różnych materiałów można znaleźć w podręcznikach.

Od dawna wiadomo, że powierzchnie nasmarowane tłuszczem lub nawet po prostu zwilżone wodą znacznie łatwiej się ślizgają. W 1886 roku O. Reynolds stworzył pierwszą teorię smarowania.
A na początku XX wieku pojawiła się tribologia - nauka badająca tarcie.

Czasami tarcie jest „krzywdą”!

Tarcie spowalnia ruch; aby pokonać wszelkiego rodzaju tarcia, zużywa się ogromną ilość cennego paliwa.
Tarcie powoduje zużycie powierzchni trących: podeszwy, opony samochodowe, części maszyn ulegają wytarciu. Starają się zmniejszyć szkodliwe tarcie.

Ale czasami tarcie jest dobre!

Następnie starają się go zwiększyć, na przykład podczas chodzenia po lodzie.

A gdyby nie było tarcia?

Laureat Nagrody Nobla, szwajcarski fizyk Charles Guillaume powiedział: „Wyobraź sobie, że tarcie można całkowicie wyeliminować, a wtedy żadne ciało, czy to wielkości bloku kamienia, czy małe jak ziarnko piasku, nigdy nie spocznie na sobie, wszystko będzie się przesuwać i toczyć, aż nie będzie na tym samym poziomie. Gdyby nie było tarcia, Ziemia byłaby pozbawiona nierówności, jak ciecz”.

PRZECZYTAJ WSZYSTKO O TARCIU

O tarciu dla ciekawskich..........

CIEKAWY

Wzrost siły oporu ruchu wraz ze wzrostem prędkości prowadzi do stałego, równomiernego ruchu ciała podczas upadku z dużej wysokości w cieczy lub gazie (na przykład w atmosferze). Tak więc spadochroniarz przed otwarciem spadochronu może osiągnąć prędkość zaledwie do 50 m/s, a krople deszczu w zależności od wielkości osiągają prędkość od 2 do 7 m/s.

Najniższy współczynnik tarcia dla ciała stałego (0,02) to znany ci teflon. Każdy nowoczesny człowiek ma w kuchni garnki i patelnie z nieprzywierającą powłoką teflonową.

Jeśli wszystkie okna jadącego pociągu zostaną otwarte w tym samym czasie, przepływ powietrza wokół niego pogorszy się tak bardzo, że opory ruchu wzrosną o około jedną czwartą.

Pianki, które są specjalnie zaprojektowane do łowiectwa podwodnego i freedivingu, mają ultra gładką powłokę na zewnątrz, aby zmniejszyć straty tarcia podczas ślizgania się po wodzie.

PYTANIE DO WSZYSTKICH!

Koń ciągnie wóz. Gdzie siła tarcia jest użyteczna, a gdzie szkodliwa?
Ach, daj spokój!

1. Siła tarcia występuje, gdy ciała stykają się bezpośrednio i jest zawsze skierowana wzdłuż powierzchni styku. Siła tarcia statycznego powstaje, gdy na ciało w spoczynku działa pewna siła F, która nie wprawia ciała w ruch. Moduł siły tarcia statycznego jest równy przyłożonej sile F i jest skierowany przeciwnie do siły przyłożonej do ciała w spoczynku równolegle do powierzchni jego kontaktu z innym ciałem.

2. Czy siła tarcia statycznego działa na stół stojący na podłodze?

2. Nie, o ile nie przyłożymy do niego siły F, z jaką chcemy go poruszyć.

3. Co to jest siła nacisku? Czy to musi być grawitacja?

3. Siła nacisku jest siłą reakcji podpory i nie zawsze pokrywa się z siłą grawitacji.

4. Jaki jest współczynnik tarcia?

4. Współczynnik tarcia - współczynnik proporcjonalności między spoczynkową siłą tarcia a siłą nacisku normalnego.

5. Ktoś popycha regał, ale regał stoi nieruchomo. Czy nie jest tu naruszone drugie prawo Newtona, zgodnie z którym ciało pod wpływem siły zmienia swoją prędkość?

5. Nie, ponieważ w prawie Newtona siła F jest wypadkową wszystkich sił działających na ciało. W tym przypadku siła działająca na szafkę jest równoważona przez siłę tarcia statycznego, a wypadkowa wynosi zero, zatem zarówno przyspieszenie, jak i przemieszczenie szafy są równe zeru.

Nazywa się tę część mechaniki, w której ruch jest badany bez uwzględnienia przyczyn, które powodują taki lub inny charakter ruchu kinematyka.
Ruch mechaniczny nazywamy zmianą położenia ciała względem innych ciał
Układ odniesienia wywołaj ciało odniesienia, powiązany z nim układ współrzędnych i zegar.
Organ referencyjny zwane ciałem, względem którego rozważane jest położenie innych ciał.
materialny punkt nazywamy ciałem, którego wymiary w tym zadaniu można pominąć.
trajektoria zwaną linią mentalną, która podczas swego ruchu opisuje punkt materialny.

Zgodnie z kształtem trajektorii ruch dzieli się na:
A) prostoliniowy- trajektoria jest odcinkiem linii prostej;
B) krzywolinijny- trajektoria jest odcinkiem krzywej.

Ścieżka- jest to długość trajektorii, którą opisuje punkt materialny w danym okresie czasu. Jest to wartość skalarna.
poruszający jest wektorem łączącym położenie początkowe punktu materialnego z jego położeniem końcowym (patrz rys.).

Bardzo ważne jest, aby zrozumieć, czym ścieżka różni się od ruchu. Najważniejsza różnica polega na tym, że ruch jest wektorem, którego początek znajduje się w punkcie wyjścia, a koniec w miejscu docelowym (w ogóle nie ma znaczenia, jaką trasą przebiegał ten ruch). Natomiast ścieżka jest wartością skalarną, która odzwierciedla długość przebytej trajektorii.

Jednostajny ruch prostoliniowy zwany ruchem, w którym punkt materialny wykonuje te same ruchy w równych odstępach czasu
Szybkość ruchu jednostajnego prostoliniowego zwany stosunkiem ruchu do czasu, w którym ten ruch nastąpił:

W przypadku ruchu nierównomiernego użyj pojęcia Średnia prędkość. Często średnia prędkość jest podawana jako wartość skalarna. Jest to prędkość takiego ruchu jednostajnego, w którym ciało pokonuje tę samą drogę w tym samym czasie, co przy ruchu nierównym:

chwilowa prędkość zwana prędkością ciała w danym punkcie trajektorii lub w danym czasie.
Ruch prostoliniowy jednostajnie przyspieszony- jest to ruch prostoliniowy, w którym prędkość chwilowa dla dowolnych równych przedziałów czasu zmienia się o tę samą wartość

przyśpieszenie zwany stosunkiem zmiany chwilowej prędkości ciała do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła:

Zależność współrzędnej ciała od czasu w ruchu jednostajnym prostoliniowym ma postać: x = x 0 + V x t, gdzie x 0 to początkowa współrzędna ciała, V x to prędkość ruchu.
swobodny spadek zwany ruchem jednostajnie przyspieszonym ze stałym przyspieszeniem g \u003d 9,8 m / s 2 niezależnie od masy spadającego ciała. Występuje tylko pod wpływem grawitacji.

Prędkość spadania swobodnego oblicza się ze wzoru:

Przemieszczenie pionowe oblicza się ze wzoru:

Jednym z rodzajów ruchu punktu materialnego jest ruch po okręgu. Przy takim ruchu prędkość ciała jest kierowana wzdłuż stycznej poprowadzonej do okręgu w punkcie, w którym znajduje się ciało (prędkość liniowa). Położenie ciała na okręgu można opisać za pomocą promienia poprowadzonego od środka koła do ciała. Ruch ciała poruszającego się po okręgu opisuje się obracając promień okręgu łączący środek koła z ciałem. Stosunek kąta obrotu promienia do przedziału czasu, w którym nastąpił ten obrót, charakteryzuje prędkość ruchu ciała wokół koła i nazywa się prędkość kątowa ω:

Prędkość kątowa jest powiązana z prędkością liniową za pomocą zależności

gdzie r jest promieniem okręgu.
Czas, w jakim ciało wykonuje jeden obrót, nazywa się okres obiegu. Odwrotność okresu - częstotliwość obiegu - ν

Ponieważ przy ruchu jednostajnym po okręgu moduł prędkości nie zmienia się, ale zmienia się kierunek prędkości, przy takim ruchu występuje przyspieszenie. Jest on nazywany przyspieszenie dośrodkowe, jest skierowany wzdłuż promienia do środka okręgu:

Podstawowe pojęcia i prawa dynamiki

Część mechaniki, która bada przyczyny, które spowodowały przyspieszenie ciał, nazywa się dynamika

Pierwsze prawo Newtona:
Istnieją takie układy odniesienia, względem których ciało utrzymuje stałą prędkość lub pozostaje w spoczynku, jeśli żadne inne ciała na nie nie działają lub działanie innych ciał jest kompensowane.
Nazywa się właściwość ciała do utrzymywania stanu spoczynku lub ruchu jednostajnie prostoliniowego przy równowadze sił zewnętrznych bezwładność. Zjawisko utrzymywania prędkości ciała przy zrównoważonych siłach zewnętrznych nazywa się bezwładnością. inercyjne układy odniesienia zwane układami, w których spełnione jest pierwsze prawo Newtona.

Zasada względności Galileusza:
we wszystkich inercjalnych układach odniesienia w tych samych warunkach początkowych wszystkie zjawiska mechaniczne przebiegają w ten sam sposób, tj. przestrzegać tych samych praw
Waga jest miarą bezwładności ciała
Siła jest ilościową miarą interakcji ciał.

Drugie prawo Newtona:
Siła działająca na ciało jest równa iloczynowi masy ciała i przyspieszenia wywołanego przez tę siłę:
$F↖(→) = m⋅a↖(→)$

Dodawanie sił polega na znalezieniu wypadkowej kilku sił, która daje taki sam efekt, jak kilka działających jednocześnie sił.

Trzecie prawo Newtona:
Siły, z którymi dwa ciała działają na siebie, znajdują się na tej samej prostej, są równe co do wielkości i przeciwnie skierowane:
$F_1↖(→) = -F_2↖(→) $

III prawo Newtona podkreśla, że ​​oddziaływanie ciał na siebie ma charakter oddziaływania. Jeśli ciało A działa na ciało B, to ciało B działa również na ciało A (patrz rysunek).

Krótko mówiąc, siła działania jest równa sile reakcji. Często pojawia się pytanie: dlaczego koń ciągnie sanie, skoro te ciała oddziałują z równymi siłami? Jest to możliwe tylko poprzez interakcję z trzecim ciałem - Ziemią. Siła, z jaką kopyta spoczywają na ziemi, musi być większa niż siła tarcia sań o ziemię. W przeciwnym razie kopyta będą się ślizgać, a koń nie ruszy.
Jeśli ciało zostanie poddane deformacji, wówczas powstają siły, które zapobiegają tej deformacji. Siły takie nazywamy siły sprężyste.

Prawo Hooke'a napisane w formularzu

gdzie k to sztywność sprężyny, x to odkształcenie ciała. Znak „-” wskazuje, że siła i odkształcenie są skierowane w różnych kierunkach.

Kiedy ciała poruszają się względem siebie, powstają siły, które utrudniają ruch. Siły te nazywają się siły tarcia. Rozróżnij tarcie statyczne i tarcie ślizgowe. siła tarcia ślizgowego obliczone według wzoru

gdzie N to siła reakcji podpory, µ to współczynnik tarcia.
Siła ta nie zależy od powierzchni ciał ocierających się. Współczynnik tarcia zależy od materiału, z którego wykonane są korpusy oraz jakości obróbki ich powierzchni.

Tarcie spoczynku występuje, gdy ciała nie poruszają się względem siebie. Siła tarcia statycznego może wahać się od zera do pewnej wartości maksymalnej

Siły grawitacyjne nazywamy siłami przyciągania dowolnych dwóch ciał.

Prawo grawitacji:
dowolne dwa ciała przyciągają się siłą, która jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Tutaj R jest odległością między ciałami. Prawo powszechnego ciążenia w tej postaci obowiązuje albo dla punktów materialnych, albo dla ciał kulistych.

masy ciała nazywana siłą, z jaką ciało naciska na poziomą podporę lub rozciąga zawieszenie.

Powaga to siła, z jaką wszystkie ciała są przyciągane do Ziemi:

Przy stałym podparciu ciężar ciała jest równy wartości bezwzględnej sile grawitacji:

Jeśli ciało porusza się pionowo z przyspieszeniem, to jego ciężar się zmieni.
Kiedy ciało porusza się z przyspieszeniem w górę, jego ciężar

Można zauważyć, że ciężar ciała jest większy niż ciężar ciała w spoczynku.

Kiedy ciało porusza się z przyspieszeniem w dół, jego ciężar

W tym przypadku ciężar ciała jest mniejszy niż ciężar ciała spoczywającego.

nieważkość nazywamy takim ruchem ciała, w którym jego przyspieszenie jest równe przyspieszeniu swobodnego spadania, tj. za = g. Jest to możliwe, jeśli na ciało działa tylko jedna siła - siła grawitacji.
sztuczny satelita ziemi to ciało o prędkości V1 wystarczającej do poruszania się po okręgu wokół Ziemi
Na satelitę Ziemi działa tylko jedna siła - grawitacja skierowana w stronę środka Ziemi
pierwsza prędkość kosmiczna- jest to prędkość, z jaką należy zgłosić ciało, aby obracało się wokół planety po orbicie kołowej.

gdzie R jest odległością od środka planety do satelity.
Dla Ziemi, w pobliżu jej powierzchni, pierwsza prędkość ucieczki wynosi

1.3. Podstawowe pojęcia i prawa statyki i hydrostatyki

Ciało (punkt materialny) znajduje się w stanie równowagi, jeżeli suma wektorów działających na nie sił jest równa zeru. Istnieją 3 rodzaje sald: stabilny, niestabilny i obojętny. Jeśli po wytrąceniu ciała z równowagi powstają siły, które dążą do przywrócenia tego ciała, to jest to stabilna równowaga. Jeśli pojawią się siły, które mają tendencję do odsuwania ciała jeszcze dalej od położenia równowagi, to niepewna pozycja; jeśli nie pojawią się żadne siły - obojętny(Patrz rys. 3).


Kiedy mówimy nie o punkcie materialnym, ale o ciele, które może mieć oś obrotu, to aby osiągnąć położenie równowagi, oprócz równości do zera sumy sił działających na ciało, konieczne jest aby suma algebraiczna momentów wszystkich sił działających na ciało była równa zeru.

Tutaj d jest ramieniem siły. Ramię siły d jest odległością od osi obrotu do linii działania siły.

Warunek równowagi dźwigni:
algebraiczna suma momentów wszystkich sił obracających ciało jest równa zeru.
Przez nacisk nazywają wielkość fizyczną równą stosunkowi siły działającej na miejsce prostopadłe do tej siły do ​​powierzchni tego miejsca:

Obowiązuje dla cieczy i gazów Prawo Pascala:
ciśnienie rozkłada się we wszystkich kierunkach bez zmian.
Jeśli ciecz lub gaz znajduje się w polu grawitacji, to każda wyższa warstwa naciska na dolną, a gdy ciecz lub gaz są zanurzone, ciśnienie wzrasta. Do płynów

gdzie ρ to gęstość cieczy, h to głębokość penetracji cieczy.

Jednorodna ciecz w naczyniach połączonych jest ustawiona na tym samym poziomie. Jeśli do kolan naczyń połączonych wlewa się ciecz o różnej gęstości, to ciecz o większej gęstości jest instalowana na niższej wysokości. W tym przypadku

Wysokości kolumn cieczy są odwrotnie proporcjonalne do gęstości:

Prasa hydrauliczna to naczynie wypełnione olejem lub inną cieczą, w którym wycięte są dwa otwory zamykane tłokami. Tłoki mają różne rozmiary. Jeśli pewna siła zostanie przyłożona do jednego tłoka, wówczas siła przyłożona do drugiego tłoka okaże się inna.
W ten sposób prasa hydrauliczna służy do przekształcania wielkości siły. Ponieważ ciśnienie pod tłokami musi być takie samo

Następnie A1 = A2.
Na ciało zanurzone w cieczy lub gazie działa siła wyporu skierowana do góry od strony tej cieczy lub gazu, która nazywa się potęga Archimedesa
Wartość siły wyporu jest ustawiona prawo Archimedesa: na ciało zanurzone w cieczy lub gazie działa siła wyporu skierowana pionowo do góry i równa ciężarowi cieczy lub gazu wypartego przez to ciało:

gdzie ρ ciecz jest gęstością cieczy, w której zanurzone jest ciało; V zanurzony - objętość zanurzonej części ciała.

Stan unoszenia się ciała- ciało pływa w cieczy lub gazie, gdy siła wyporu działająca na to ciało jest równa sile grawitacji działającej na to ciało.

1.4. Prawa konserwatorskie

pęd ciała nazywana wielkością fizyczną równą iloczynowi masy ciała i jego prędkości:

Pęd jest wielkością wektorową. [p] = kgm/s. Wraz z pędem ciała często używają impuls siłowy. Jest iloczynem siły razy jej czas trwania.
Zmiana pędu ciała jest równa pędowi siły działającej na to ciało. Dla izolowanego układu ciał (układu, którego ciała oddziałują tylko ze sobą), prawo zachowania pędu: suma impulsów ciał izolowanego układu przed oddziaływaniem jest równa sumie impulsów tych samych ciał po oddziaływaniu.
Praca mechaniczna nazywają wielkość fizyczną, która jest równa iloczynowi siły działającej na ciało, przemieszczenia ciała i cosinusa kąta między kierunkiem siły a przemieszczeniem:

Moc to praca wykonana w jednostce czasu.

Zdolność ciała do pracy charakteryzuje się wielkością tzw energia. Energia mechaniczna dzieli się na kinetyczna i potencjalna. Mówi się, że jeśli ciało może wykonać pracę dzięki swemu ruchowi energia kinetyczna. Energię kinetyczną ruchu postępowego punktu materialnego oblicza się według wzoru

Jeśli ciało może wykonać pracę, zmieniając swoje położenie względem innych ciał lub zmieniając położenie części ciała, to tak energia potencjalna. Przykład energii potencjalnej: ciało uniesione nad ziemię, jego energię oblicza się według wzoru

gdzie h jest wysokością windy

Skompresowana energia sprężyny:

gdzie k jest stałą sprężystości, x jest bezwzględnym odkształceniem sprężyny.

Suma energii potencjalnej i kinetycznej wynosi energia mechaniczna. Dla izolowanego układu ciał w mechanice, prawo zachowania energii mechanicznej: jeżeli między ciałami izolowanego układu nie działają siły tarcia (lub inne siły prowadzące do rozproszenia energii), to suma energii mechanicznych ciał tego układu nie zmienia się (prawo zachowania energii w mechanice) . Jeżeli między ciałami izolowanego układu występują siły tarcia, to podczas interakcji część energii mechanicznej ciał zamienia się w energię wewnętrzną.

1.5. Wibracje i fale mechaniczne

fluktuacje nazywane są ruchami, które mają taki lub inny stopień powtórzenia w czasie. Oscylacje nazywane są okresowymi, jeśli wartości wielkości fizycznych, które zmieniają się w procesie oscylacji, powtarzają się w regularnych odstępach czasu.
Wibracje harmoniczne nazywamy takie oscylacje, w których oscylująca wielkość fizyczna x zmienia się zgodnie z prawem sinusa lub cosinusa, tj.

Nazywa się wartość A, równą największej wartości bezwzględnej oscylującej wielkości fizycznej x amplituda oscylacji. Wyrażenie α = ωt + ϕ określa wartość x w danym czasie i nazywa się fazą oscylacji. Koniec dyskusji Czas potrzebny oscylującemu ciału na wykonanie jednego pełnego drgania nazywa się. Częstotliwość drgań okresowych nazywana liczbą pełnych oscylacji w jednostce czasu:

Częstotliwość mierzona jest w s-1. Ta jednostka nazywa się hercem (Hz).

Wahadło matematyczne jest materialnym punktem o masie m zawieszonym na nieważkiej nierozciągliwej nici i oscylującym w płaszczyźnie pionowej.
Jeżeli jeden koniec sprężyny jest nieruchomy, a do drugiego końca przyczepione jest jakieś ciało o masie m, to po wytrąceniu tego ciała z równowagi sprężyna się rozciągnie, a ciało oscyluje na sprężynie poziomo lub pionowo samolot. Takie wahadło nazywa się wahadłem sprężynowym.

Okres oscylacji wahadła matematycznego jest określony przez formułę

gdzie l jest długością wahadła.

Okres oscylacji obciążenia sprężyny jest określony przez formułę

gdzie k to sztywność sprężyny, m to masa ładunku.

Rozchodzenie się drgań w ośrodkach sprężystych.
Ośrodek nazywamy elastycznym, jeśli między jego cząsteczkami występują siły oddziaływania. Fale to proces propagacji drgań w ośrodkach sprężystych.
Fala się nazywa poprzeczny, jeśli cząstki ośrodka oscylują w kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Fala się nazywa wzdłużny, jeśli oscylacje cząstek ośrodka zachodzą w kierunku rozchodzenia się fali.
Długość fali odległość między dwoma najbliższymi punktami oscylującymi w tej samej fazie nazywa się:

gdzie v jest prędkością propagacji fali.

fale dźwiękowe zwane falami, w których oscylacje występują z częstotliwościami od 20 do 20 000 Hz.
Prędkość dźwięku jest różna w różnych środowiskach. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 340 m/s.
fale ultradźwiękowe zwane falami, których częstotliwość oscylacji przekracza 20 000 Hz. Fale ultradźwiękowe nie są odbierane przez ludzkie ucho.

Jeszcze w latach szkolnych, w siódmej lub ósmej klasie, każda osoba zapoznaje się z nowym pojęciem fizyki dynamicznej - tarciem. Jednak wielu, dojrzewając, zapomina, jak działa ta siła. Spróbujmy zrozumieć ten temat.

Definicja pojęcia

Tarcie jest zjawiskiem, które ma następujące znaczenie: kiedy dwa ciała stykają się ze sobą, w miejscu ich kontaktu powstaje specjalna interakcja, która uniemożliwia dalsze poruszanie się ciał względem siebie. Oczywiste jest, że można obliczyć wartość interakcji tych ciał. dokładnie to samo i charakteryzuje tę interakcję ilościowo. Jeśli występuje tarcie między ciałami stałymi (na przykład interakcja książki z półką na książki lub jabłka ze stołem), to interakcja ta nazywana jest tarciem suchym.

Należy rozumieć, że tarcie jest siłą o charakterze elektromagnetycznym. Oznacza to, że przyczyną tej siły jest interakcja między cząstkami tworzącymi to lub inne ciało.

Jakie jest tarcie?

Ze względu na różnorodność obiektów występujących w naszym świecie można stwierdzić, że każdy z nich ma swoją własną budowę i indywidualne właściwości. Oznacza to, że interakcja między różnymi przedmiotami będzie inna. Aby poprawnie zrozumieć istotę i kompetentne rozwiązanie wielu problemów w fizyce, zwykle warunkowo oddziela się trzy rodzaje tarcia. Spójrzmy więc na każdy z osobna:

• Pierwsze tarcie- jest to tarcie spoczynkowe, które występuje przy braku względnego ruchu dwóch ciał. Wszędzie widzimy jego przykłady, ponieważ siła generowana przez to tarcie utrzymuje przedmioty w równowadze. Na przykład towary na ruchomym przenośniku taśmowym, gwóźdź wbity w ścianę lub osoba stojąca na podłodze.
• Tarcie ślizgowe- jest to warunkowo drugie tarcie. Wartość poślizgu definiuje się w następujący sposób: gdy na ciało w równowadze działa siła większa niż siła tarcia statycznego, zaczyna działać siła tarcia poślizgu i ciało się porusza.
• I w końcu tarcie toczne, wyjaśniając interakcję dwóch ciał, z których jedno toczy się po powierzchni drugiego. Różnicę i poślizg tłumaczy się faktem, że przy każdym ruchu obszary ciała są przemieszczane wzdłuż długości powierzchni styku, a zamiast zerwanych wiązań międzycząsteczkowych powstają nowe. A w przypadku, gdy koło toczy się bez poślizgu, wiązania molekularne pękają znacznie szybciej, gdy sekcje koła są unoszone, niż podczas poślizgu. Okazuje się, że siła tarcia toczenia jest mniejsza niż siła ślizgu.

Gdzie i jak można wykorzystać tarcie?

Tarcie jest nieodzownym zjawiskiem, bez którego nie bylibyśmy w stanie wykonywać elementarnych czynności: chodzić, siedzieć czy po prostu trzymać przedmiotów w dłoniach. Dlatego nie lekceważ znaczenia tarcia. Jak powiedział francuski fizyk Guillaume: „Gdyby nie było tarcia, nasza Ziemia byłaby pozbawiona choćby jednej chropowatości, byłaby jak kropla cieczy”.

Być może najlepszym przykładem, który najdokładniej charakteryzuje tarcie, jest działanie koła. Już w starożytności zauważono, że siły tarcia tocznego są znacznie mniejsze niż siły tarcia ślizgowego. To niezaprzeczalne zalety tarcia tocznego spowodowały, że ludzie umieszczali kłody lub walce, aby przenosić ciężkie i nieporęczne ładunki. Z biegiem czasu ludzie pogłębiali swoją wiedzę na temat niesamowitych właściwości tarcia tocznego, obserwowali ruch przedmiotów pod wpływem sił tarcia, aż w końcu wynaleźli koło! We współczesnym świecie nie sposób wyobrazić sobie życia bez tych niezastąpionych części, ponieważ koła to drugi „silnik” każdego środka transportu!

Jak obliczyć wartość siły tarcia?

Jak każdy inny, ma wartości całkowite. Aby dokładnie określić, jaka siła jest potrzebna do ruchu lub innego rodzaju pracy, konieczne jest obliczenie siły tarcia statycznego. Inżynierowie zwykle tak robią, gdy na przykład budują fabryki lub wymyślają nowe urządzenia. Jednak nawet zwykli uczniowie mają do czynienia z pewnymi zadaniami, w których wymagane jest obliczenie siły tarcia. Aby więc obliczyć jego wartość, wystarczy użyć prostego wzoru: F tarcie = K * N, gdzie k jest współczynnikiem tarcia. Wartość wszystkich współczynników zależy zawsze od powierzchni obiektu, po którym porusza się lub oddziałuje ciało. „N” w naszym wzorze oznacza siłę działającą na ciało. Zależy to przede wszystkim od masy ciała, które styka się z powierzchnią oparcia.

Oblicz wartość siły w zadaniu

Załóżmy, że na poziomej desce leży ciało o masie m=3kg. między drewnianą deską a korpusem wynosi 0,3. Jak znaleźć wartość siły tarcia? To bardzo proste, wystarczy tylko podstawić nasze wartości do wzoru. Trzeba tylko wziąć pod uwagę, że N w tym przypadku jest równe ciężarowi ciała (zgodnie z III zasadą Newtona). Tak więc pożądana siła to (m * g) * k \u003d (3 kg * 10 m / s 2) * 0,3 \u003d 9 H.