Кинетическое и статическое трение
| English | Русский |
|---|---|
| kinetic friction/kɪˈnetɪk ˈfrɪkʃn/ | кинетическое трение |
| static friction/ˈstætɪk ˈfrɪkʃn/ | статическое трение |
| normal force/ˈnɔːml fɔːs/ | сила нормальной реакции опоры |
| coefficient of friction/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv ˈfrɪkʃn/ | коэффициент трения |
Сила трения: позволяет ходить и останавливаться
- Без трения невозможно было бы ни ходить, ни водить машину, ни даже держать карандаш.
- Но та же самая сила тратит энергию и изнашивает тормоза.
- Трение всегда препятствует скольжению между двумя поверхностями.
- Оно бывает двух видов: одно действует до начала скольжения, другое — во время него.
Статическое и кинетическое трение
- Статическое трение действует до начала скольжения. Оно подстраивается под силу вашего толчка до определенного максимума.
- Кинетическое трение действует во время скольжения поверхностей и имеет постоянную величину.
- Пик статического трения обычно немного больше, чем кинетическое — именно поэтому разогнать предмет с места сложнее всего.
Какова его величина?
- Максимальное статическое трение: $f_s \le \mu_s N$.
- Кинетическое трение: $f_k = \mu_k N$.
- Здесь $N$ — это нормальная сила, давящая поверхности друг на друга, а $\mu$ — коэффициент трения.
Приложенная сила против силы трения
Увеличьте приложенную силу и наблюдайте, как трение сопротивляется, пока коробка не вырвется и не ускорится.
На коробке действует нормальная сила $N = 50\ \text{N}$ и коэффициент трения $\mu_s = 0.6$. Каково максимальное статическое трение (в Н)?
$f_s^{max} = \mu_s N = 0.6 \times 50 = 30\ \text{N}$.
Кинетическое трение равно коэффициенту, умноженному на силу ____.
$f_k = \mu_k N$, где $N$ — нормальная сила.
Коробка скользит со скоростью, соответствующей $N = 40\ \text{N}$ и $\mu_k = 0.25$. Найдите кинетическое трение (в Н).
$f_k = \mu_k N = 0.25 \times 40 = 10\ \text{N}$.
От чего зависит и от чего не зависит
- Трение зависит от нормальной силы и коэффициента $\mu$.
- Оно не зависит от площади контакта: кирпич скользит одинаково как на боку, так и на торце.
- Чем сильнее давите (больше $N$), тем больше трение.
Перетаскивание кирпича малой стороной дает больше трения, чем большой плоской стороной.
Трение не зависит от площади контакта — только от нормальной силы и $\mu$. Обе ориентации дают одинаковое трение.
Выберите все факторы, от которых зависит сила трения.
Трение $= \mu N$ — оно зависит от $\mu$ и $N$, а не от того, сколько площади касается.
Трение на наклонной плоскости
- На склоне нормальная сила составляет лишь $N = mg\cos\theta$ (а не весь вес).
- Поэтому доступная для удержания сила трения равна $\mu\,mg\cos\theta$.
- Сравните её с силой, тянущей вдоль склона $mg\sin\theta$, чтобы понять, будет ли объект скользить.
Вы толкаете тяжелый ящик с силой $18\ \text{N}$, и он не двигается. Сила трения покоя, действующая на него, равна...
Сила трения покоя равна силе толкания, поэтому она составляет $18\ \text{N}$ — она достигает значения $\mu_s N$ только в момент скольжения.
Ящик массой $10\ \text{kg}$ стоит на полу с коэффициентом $\mu_s = 0.4$.
- Нормальная сила: $N = mg = 98\ \text{N}$.
- Максимальное статическое трение: $f_s = \mu_s N = 0.4 \times 98 \approx 39\ \text{N}$.
- Толкайте с силой меньше $39\ \text{N}$, и он останется на месте; увеличьте усилие, и он сдвинется.
Статическое трение — это не фиксированное число — оно равно ровно той силе, которая нужна, но не превышает $\mu_s N$. Если вы толкаете тяжелый ящик с силой $20\ \text{N}$, и он не движется, сила трения равна $20\ \text{N}$, а не $\mu_s N$. Максимум достигается только в момент начала проскальзывания.
Трение противодействует скольжению. Статическое трение ($f_s \le \mu_s N$) возрастает, уравновешивая внешнее воздействие, пока не начнется скольжение; кинетическое трение ($f_k = \mu_k N$) остается постоянным после начала движения. Оба вида зависят от нормальной силы $N$ и коэффициента трения $\mu$ — никогда от площади контакта.