Kohde: vahvistaa kitkasta ja kitkatyypeistä saatua tietoa.

Edistyminen:

1. Opiskele teoreettinen osa
2. Täytä taulukko 1.
3. Ratkaise tehtävä taulukon 2 vaihtoehdon mukaan.
4. Vastaa turvakysymyksiin.

pöytä 1

taulukko 2

	Luistelija ajaa tasaisella vaakasuoralla jääpinnalla inertialla 80 m. Määritä kitkavoima ja alkunopeus, jos luistelijan massa on 60 kg ja kitkakerroin 0,015
	4,9 kg painava kappale on vaakatasossa. Mikä voima täytyy kohdistaa kehoon vaakasuunnassa, jotta se saa kiihtyvyyden 0,5 m / s 2 kitkakertoimella 0,1?
	500 g:n puupalikka lepää vaakasuoralla pöydällä, jonka saa liikkeelle 300 g:n paino, joka on ripustettu pöydän päähän kiinnitetyn lohkon yli heitetyn langan pystypäästä. Kitkakerroin tangon liikkeen aikana on 0,2. Millä kiihtyvyydellä lohko liikkuu?

Kitkavoima on voima, joka esiintyy koskettavien kappaleiden pintojen välillä. Jos pintojen välillä ei ole voitelua, kitkaa kutsutaan kuivaksi. Kuivakitkavoima on suoraan verrannollinen pintoja toisiaan vasten puristavaan voimaan ja suuntautuu mahdollisen liikkeen vastakkaiseen suuntaan. Suhteellisuuskerrointa kutsutaan kitkakertoimeksi. Puristusvoima on kohtisuorassa pintaan nähden. Sitä kutsutaan normaaliksi tukireaktioksi.

Nesteiden ja kaasujen kitkan lait eroavat kuivakitkan laeista. Kitka nesteessä ja kaasussa riippuu liikkeen nopeudesta: pienillä nopeuksilla se on verrannollinen neliöön ja suurilla nopeuksilla se on verrannollinen nopeuden kuutioon.

Ratkaisukaavat:

Kun "k" on kitkakerroin, "N" on tuen normaali reaktio.

Newtonin toinen laki ja liikeyhtälöt vektorimuodossa. F = ma

Newtonin kolmannen lain mukaan N = - mg

ilmaisu nopeudelle

Liikeyhtälöt tasaisesti kiihdytetylle kinemaattiselle liikkeelle

; 0 - V = a t jossa 0 on loppunopeus V on alkunopeus

Algoritmi tyypillisen ongelman ratkaisemiseksi:

1. Kirjoita lyhyesti muistiin ongelman tila.

2. Kuvaamme tilan graafisesti mielivaltaisessa vertailukehyksessä osoittaen kehoon (pisteeseen) vaikuttavat voimat, mukaan lukien tuen normaalireaktio ja kitkavoima, kehon nopeus ja kiihtyvyys.

3. Korjaamme ja nimeämme vertailujärjestelmän kuvassa ottamalla käyttöön ajan origon ja määrittämällä voimien ja kiihtyvyyden koordinaattiakselit. On parempi suunnata yksi akseleista tuen normaalia reaktiota pitkin ja aloittaa ajan laskeminen sillä hetkellä, kun kappale (piste) on koordinaatin nollassa.

4. Kirjoitetaan vektorimuodossa Newtonin toinen laki ja liikeyhtälöt. Liike- ja nopeusyhtälöt ovat siirtymän (polun) ja nopeuden riippuvuuksia ajasta.

5. Kirjoitamme samoihin yhtälöihin skalaarimuodossa: projektioihin koordinaattiakseleille. Kirjoitamme muistiin kitkavoiman lausekkeen.

6. Ratkaisemme yhtälöt yleisessä muodossa.

7. Korvaa yleisen ratkaisun arvot, laske.

8. Kirjoita vastaus muistiin.

Teoreettinen osa
Kitka on kosketuksissa olevien kappaleiden vastus liikkeelle suhteessa toisiinsa. Kitka seuraa jokaista mekaanista liikettä, ja tällä seikalla on olennainen seuraus nykyaikaisessa teknisessä kehityksessä.
Kitkavoima on vastusvoima, joka vastustaa toisiinsa kosketuksissa olevien kappaleiden liikettä.Kitka selittyy kahdella syyllä: kappaleiden hankauspintojen karheudella ja niiden välisellä molekyylivuorovaikutuksella. Jos ylitämme mekaniikan rajat, on sanottava, että kitkavoimat ovat sähkömagneettista alkuperää, samoin kuin kimmovoimat. Kumpikin edellä mainituista kahdesta kitkan syystä eri tapauksissa ilmenee eri määrin. Esimerkiksi, jos kiinteiden hankauskappaleiden kosketuspinnoissa on merkittäviä epäsäännöllisyyksiä, niin tässä syntyvän kitkavoiman päätermi johtuu juuri tästä seikasta, ts. hankauskappaleiden pintojen epätasaisuudet, epätasaisuudet Toistensa suhteen kitkalla liikkuvien kappaleiden tulee koskettaa pintoja tai liikkua toistensa ympäristössä. Kappaleiden liikettä toisiinsa nähden ei saa syntyä kitkan vuoksi, jos käyttövoima on pienempi kuin suurin staattinen kitkavoima. Jos kiinteiden hankauskappaleiden kosketuspinnat ovat täydellisesti kiillotettuja ja sileitä, niin tässä tapauksessa syntyvän kitkavoiman päätermi määräytyy kappaleiden hankauspintojen välisen molekyylin adheesion mukaan.

Tarkastellaan yksityiskohtaisemmin liuku- ja lepokitkavoimien syntyprosessia kahden koskettavan kappaleen risteyksessä. Jos katsot kappaleiden pintoja mikroskoopilla, näet mikrokarheuksia, jotka kuvaamme suurennettuna (kuva 1, a) Tarkastellaan kosketuksissa olevien kappaleiden vuorovaikutusta yhden epäsäännöllisyyden parin esimerkillä ( harjanne ja kouru) (Kuva 3, b). Siinä tapauksessa, että liikettä ei yritä aiheuttaa voimaa, vuorovaikutuksen luonne molemmilla mikrokarheuksilla on samanlainen. Tässä vuorovaikutuksen luonteessa kaikki vuorovaikutusvoiman vaakasuuntaiset komponentit tasapainottavat toisiaan, ja kaikki pystysuorat summautuvat ja muodostavat voiman N (tukireaktio) (kuva 2, a).

Erilainen kuva kappaleiden vuorovaikutuksesta saadaan, kun voima alkaa vaikuttaa yhteen kappaleista. Tässä tapauksessa kosketuspisteet ovat pääasiassa kuvan vasemmalla puolella olevilla "rinteillä". Ensimmäinen keho painaa toista. Tämän paineen intensiteettiä kuvaa voima R. Toinen kappale vaikuttaa Newtonin kolmannen lain mukaisesti ensimmäiseen kappaleeseen, jonka voimakkuutta kuvaa voima R (tukireaktio). Voima R

voidaan hajottaa komponenteiksi: voimaksi N, joka on suunnattu kohtisuoraan kappaleiden kosketuspintaa vastaan, ja voimaksi Fsc, joka kohdistuu voiman F vaikutusta vastaan ​​(kuva 2, b).

Kun on tarkasteltu kappaleiden vuorovaikutusta, on huomioitava kaksi seikkaa.
1) Kahden kappaleen vuorovaikutuksessa syntyy Newtonin kolmannen lain mukaisesti kaksi voimaa R ja R"; sen huomioimisen helpottamiseksi ongelmia ratkaistaessa jaamme voiman R komponenteiksi N ja Fsc (Ftr liikkeen tapauksessa).
2) Voimat N ja F Tp ovat luonteeltaan samanlaisia ​​(sähkömagneettinen vuorovaikutus); se ei voisi olla toisin, koska nämä ovat saman voiman R komponentteja.
Nykytekniikassa liukukitkan korvaaminen vierintäkitkalla on erittäin tärkeää kitkavoimien haitallisten vaikutusten vähentämiseksi. Vierintäkitkavoima määritellään voimaksi, joka tarvitaan kappaleen tasaiseen suoraviivaiseen vierimiseen vaakatasossa. Kokemus on osoittanut, että vierintäkitkavoima lasketaan kaavalla:

jossa F on vierintäkitkavoima; k on vierintäkitkakerroin; P on vierintäkappaleen puristusvoima tukeen ja R on vierintäkappaleen säde.

Käytännön perusteella on selvää, kaavasta käy selvästi ilmi, että mitä suurempi vierintäkappale on, sitä vähemmän estettä tukipinnan epätasaisuus sille tekee.
Huomaa, että vierintäkitkakerroin, toisin kuin liukukitkakerroin, on nimetty arvo ja se ilmaistaan ​​pituusyksiköissä - metreissä.
Liukukitka korvataan vierintäkitkalla, tarpeellisissa ja mahdollisissa tapauksissa vaihtamalla liukulaakerit vierintälaakereihin.

On ulkoista ja sisäistä kitkaa (muuten kutsutaan viskositeetiksi). Tämän tyyppistä kitkaa kutsutaan ulkoiseksi, jossa kiinteiden kappaleiden kosketuspisteissä syntyy voimia, jotka estävät kappaleiden keskinäistä liikettä ja kohdistuvat tangentiaalisesti niiden pintoihin.

Sisäkitka (viskositeetti) on eräänlainen kitka, joka koostuu siitä tosiasiasta, että keskinäinen siirtymä. Neste- tai kaasukerrosten välissä on tangentiaalisia voimia, jotka estävät tällaisen liikkeen.

Ulkoinen kitka jaetaan lepokitkaan (staattinen kitka) ja kinemaattinen kitka. Lepokitka syntyy kiinteiden kiinteiden kappaleiden välillä, kun jokin niistä yrittää liikkua. Toisiaan koskettavien liikkuvien jäykkien kappaleiden välillä on kinemaattista kitkaa. Kinemaattinen kitka puolestaan ​​jakautuu liukukitkaan ja vierintäkitkaan.

Kitkavoimilla on tärkeä rooli ihmisen elämässä. Joissakin tapauksissa hän käyttää niitä ja toisissa taistelee niitä vastaan. Kitkavoimat ovat luonteeltaan sähkömagneettisia.
Kitkavoimatyypit.
Kitkavoimat ovat luonteeltaan sähkömagneettisia, ts. kitkavoimat perustuvat molekyylien sähköisiin vuorovaikutusvoimiin. Ne riippuvat kappaleiden liikkumisnopeudesta suhteessa toisiinsa.
Kitkaa on 2 tyyppiä: kuiva ja nestemäinen.
1. Nestekitka on voima, joka syntyy, kun kiinteä kappale liikkuu nesteessä tai kaasussa tai kun yksi nestekerros (kaasu) liikkuu suhteessa toiseen ja hidastaa tätä liikettä.

Nesteissä ja kaasuissa ei ole staattista kitkavoimaa.
Pienillä nopeuksilla nesteessä (kaasussa):
Ftr = k1v,
jossa k1 on ilmanvastuskerroin, riippuen rungon muodosta, koosta ja väliaineen valosta. Kokemuksesta päätetty.

Suurilla nopeuksilla:
Ftr = k2v,
missä k2 on ilmanvastuskerroin.
2. Kuivakitka on voima, joka syntyy kappaleiden suorasta kosketuksesta, ja se kohdistuu aina sähkömagneettisten kappaleiden kosketuspintoja pitkin juuri molekyylisidoksia katkaisemalla.
Lepon kitka.
Harkitse tangon vuorovaikutusta pöydän pinnan kanssa Koskettavien kappaleiden pinta ei ole ehdottoman tasainen Suurin vetovoima esiintyy aineiden atomien välillä, jotka ovat vähimmäisetäisyydellä toisistaan, eli mikroskooppisilla ulkonemat. Kosketuksissa olevien kappaleiden atomien kokonaisvetovoima on niin merkittävä, että tankoon kohdistuvan ulkoisen voiman vaikutuksesta samansuuntaisesti sen pinnan kanssa, joka koskettaa sen pöytää, tanko pysyy levossa. Tämä tarkoittaa, että tankoon vaikuttava voima on absoluuttisesti sama kuin ulkoinen voima, mutta vastakkaiseen suuntaan. Tämä voima on staattinen kitkavoima.Kun kohdistettu voima saavuttaa suurimman kriittisen arvon, joka riittää katkaisemaan ulkonemien väliset sidokset, tanko alkaa liukua pöydällä. Suurin staattinen kitkavoima ei riipu pinnan kosketuspinta-alasta, vaan Newtonin kolmannen lain mukaan normaalipainevoima on absoluuttisesti sama kuin tukireaktiovoima N.
Suurin staattinen kitkavoima on verrannollinen normaalipaineen voimaan:

missä μ on staattinen kitkakerroin.

Staattinen kitkakerroin riippuu pintakäsittelyn luonteesta ja materiaalien yhdistelmästä, joka muodostaa kosketuskappaleet. Tasaisten kosketuspintojen korkealaatuinen käsittely johtaa houkutettujen atomien määrän kasvuun ja vastaavasti staattisen kitkakertoimen kasvuun.

Staattisen kitkavoiman maksimiarvo on verrannollinen kappaleen alustaan ​​kohdistaman paineen voimamoduuliin F d.
Staattisen kitkakertoimen arvo voidaan määrittää seuraavasti. Anna rungon (tasainen tanko) olla kaltevassa tasossa AB (kuva 3). Siihen vaikuttaa kolme voimaa: painovoima F, staattinen kitkavoima Fp ja tukireaktiovoima N. Painovoiman normaalikomponentti Fp on kehon tuella tuottama painevoima Fd, ts.
FН = Fд. Painovoiman tangentiaalinen komponentti Ft on voima, joka pyrkii liikuttamaan kehoa kaltevassa tasossa.
Pienillä kaltevuuskulmilla a voima Ft tasapainotetaan staattisen kitkavoiman Fp avulla ja kappale on levossa kaltevalla tasolla (Newtonin kolmannen lain mukainen tukireaktiovoima N on suuruudeltaan yhtä suuri ja vastakkainen voiman kanssa Fd, eli se tasapainottaa sen).
Lisäämme kaltevuuskulmaa a, kunnes runko alkaa liukua alas kaltevaa tasoa pitkin. Tässä hetkessä
Fт=FпmaxFrom Fig. 3 osoittaa, että Ft = Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
saamme
fн=sin/cos=tg.
Kun on mitattu kulma, jossa kappaleen liukuminen alkaa, on mahdollista laskea staattisen kitkakertoimen fp arvo kaavalla.

Riisi. 3. Lepon kitka.
liukuva kitka

Liukukitka syntyy, kun kosketuksissa olevien kappaleiden suhteellinen liike liikkuu.
Liukukitkavoima suunnataan aina vastakkaiseen suuntaan kosketuksissa olevien kappaleiden suhteelliseen nopeuteen nähden.
Kun yksi kappale alkaa liukua toisen kappaleen pinnalla, alun perin liikkumattomien kappaleiden atomien (molekyylien) väliset sidokset katkeavat ja kitka vähenee. Kappaleiden suhteellisessa liikkeessä atomien välille muodostuu jatkuvasti uusia sidoksia. Tässä tapauksessa liukukitkavoima pysyy vakiona, hieman pienempänä kuin staattinen kitkavoima. Kuten suurin staattinen kitkavoima, liukukitkavoima on verrannollinen normaalipainevoimaan ja siten tukireaktiovoimaan:
, missä on liukukitkakerroin () kosketuspintojen ominaisuuksien mukaan.

Riisi. 3. Liukukitka

testikysymykset

1. Mikä on ulkoinen ja sisäinen kitka?
2. Millainen kitka on staattinen kitka?
3. mitä on kuiva- ja nestekitka?
4. Mikä on suurin staattinen kitkavoima?
5. Kuinka määrittää staattisen kitkakertoimen arvo?

1. Jotta keho (pöydällä makaava kirja, lattialla oleva laatikko jne.) voisi liikkua, siihen on kohdistettava voima. Tässä tapauksessa, kun voimaa lisätään asteittain, keho pysyy levossa jonkin aikaa, ja tietyllä käytetyn voiman arvolla se alkaa liikkua. Kahden kappaleen välisen suoran kosketuksen synnyttämää voimaa kutsutaan kitkavoima. Tämä voima kohdistuu aina kosketuspintaa pitkin.

Pöydällä makaavaan kirjaan vaikuttavat pystytasossa toisiaan tasapainottavat painovoimat \(\vec(F)_t \) ja elastisuus (tuen reaktio), vaakatasossa siihen kohdistuva voima. se \(\vec(F ) \) . Koska kirja pysyy liikkumattomana jonkin aikaa, tämä tarkoittaa, että vaakatasossa vaikuttaa toinen voima, joka on absoluuttisesti yhtä suuri kuin voima \(\vec(F) \) ja joka on suunnattu sen vastakkaiseen suuntaan. Tämä voima on staattinen kitkavoima. Mitä suurempi kehoon kohdistettu voima (kun se ei liiku), sitä suurempi on staattinen kitkavoima.

Staattinen kitkavoima on itseisarvoltaan yhtä suuri ja suunnattu vastakkain lepotilassa olevaan kappaleeseen kohdistuvan voiman kanssa, joka on samansuuntainen kuin sen kosketuspinta toisen kappaleen kanssa.

2. Tietyllä kehoon kohdistuvan voiman arvolla ​\(\vec(F) \) ​ se alkaa liikkua. Kun tanko alkaa liikkua, staattisen kitkavoiman maksimiarvo on \(\vec(F)_(tr.max) \) , joka on yhtä suuri kuin liukukitkavoima. Mitä suurempi kappaleen puristusvoima tähän pintaan nähden kohtisuorassa olevien kappaleiden kosketuspinnalla (normaali painevoima), sitä suurempi on suurin staattinen kitkavoima, ts. ​\((F_(tr))_(max)=\mu N \) , missä \(\mu \) ​ on kitkakerroin.

Suurin staattinen kitkavoima on suoraan verrannollinen normaalipaineen voimaan.

Staattinen kitkavoima estää kehoa lähtemästä liikkeelle. Toisaalta staattisen kitkan voima voi olla syynä kehon liikkeen kiihtymiseen. Joten kävellessä pohjaan vaikuttava staattinen kitkavoima \\ (F_ (tr) \) kertoo meille kiihtyvyyden. Voima \(F \) ​, joka on absoluuttisesti sama kuin staattinen kitkavoima ja suunnattu vastakkaiseen suuntaan, antaa kiihtyvyyden tuelle.

3. Kun kappale liikkuu, siihen vaikuttaa myös kitkavoima, sitä kutsutaan liukuva kitkavoima. Liukukitkavoima on voima, joka vaikuttaa, kun yksi kappale liukuu toisen pinnan yli ja suuntautuu vastakkaiseen suuntaan kappaleen liikettä vastaan. Se on hieman pienempi kuin suurin staattinen kitkavoima ja se on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin kehon liike suhteessa sen kanssa kosketukseen olevaan kehoon.

Liukukitkavoima on suoraan verrannollinen normaalipainevoimaan: \((F_(tr))_(max)=\mu N \) . Tässä kaavassa \ (N \) ​ on normaalipaineen voima, ts. voima, joka vaikuttaa kohtisuoraan kosketuksissa olevien kappaleiden pintaan nähden; \(\mu \) ​ - kitkakerroin. Kitkakerroin luonnehtii kosketuksissa olevien kappaleiden pintoja. Se määritetään kokeellisesti ja esitetään taulukoissa.

Kitkaa aiheuttavat epätasaiset pinnat. Hyvin kiillotettujen pintojen tapauksessa kappaleiden pinnoilla sijaitsevat molekyylit sijaitsevat lähellä toisiaan ja molekyylien välisen vuorovaikutuksen voimat ovat melko suuret.

4. Jos kappale vierii toisen kappaleen pinnalla, siihen vaikuttaa myös kitkavoima. Se - vierintäkitkavoima. Se on suoraan verrannollinen normaalipaineen voimaan (tukireaktio) \(N \) ja kääntäen verrannollinen vierintäkappaleen säteeseen \(R \) ​: \(F_(set)=\mu\frac(N)(R) \)​, jossa ​\(\mu \) ​ on vierintäkitkakerroin.

5. On olemassa useita käytännön ongelmia, joissa kitkavoima on otettava huomioon. Erityisen tärkeitä ovat liikenteeseen liittyvät tehtävät. On hyvin tunnettua, että onnettomuuksien välttämiseksi autojen välillä tulee säilyttää tietty etäisyys; sateisella tai jäisellä säällä sen tulisi olla suurempi kuin kuivalla säällä.

Matkaa, jonka auto kulkee jarruttaessaan täydelliseen pysähtymiseen, kutsutaan jarrutusmatkaksi. Jarrutusmatka lasketaan kaavalla ​\(s=\frac(v^2)(2a) \) .

Osa 1

1. Kitkakerrointa mitattaessa tankoa siirrettiin pöydän vaakasuoraa pintaa pitkin ja kitkavoiman arvoksi saatiin ​\(F_1 \) . Sitten tankoon asetettiin kuorma, jonka massa on 2 kertaa suurempi kuin tangon massa, ja saatiin kitkavoiman arvo \(F_2\). Tässä tapauksessa kitkavoima \ (F_2 \)

1) on yhtä suuri kuin \(F_1 \)
2) 2 kertaa enemmän \(F_1 \)
3) 3 kertaa enemmän \(F_1 \)
4) 2 kertaa vähemmän \ (F_1 \)

2. Taulukossa on esitetty kitkavoiman ja normaalipainevoiman mittaustulokset näiden suureiden välisen suhteen tutkimuksessa.

Säännöllisyys ​\(\mu=N/F_(tr) \) ​ täyttyy normaalille painevoimalle

1) vain 0,4 N - 2,0 N
2) vain 0,4 N - 3 N
3) vain 0,4 N - 4,5 N
4) vain 2,0 N - 4,5 N

3. Kitkavoimaa mitattaessa tankoa siirrettiin pöydän vaakasuoraa pintaa pitkin ja saatiin kitkavoiman arvo \(F_1 \). Sitten tankoa siirrettiin asettamalla se pöydälle kasvolla, jonka pinta-ala on 2 kertaa suurempi kuin ensimmäisessä tapauksessa, ja saatiin kitkavoiman arvo \(F_2\). Kitkavoima \(F_2 \)

1) on yhtä suuri kuin \(F_1 \)
2) 2 kertaa enemmän \(F_1 \)
3) 2 kertaa vähemmän \ (F_1 \)
4) 4 kertaa vähemmän \ (F_1 \)

4. Kaksi puupalkkaa, joiden massa on \(m_1 \) ​ ja \(m_2 \), liukuu vaakasuoraa, samalla tavalla käsiteltyä pöytäpintaa pitkin. Liukukitkavoima \(F_1 \) ja \(F_1 \) vaikuttavat tangoihin, vastaavasti. Tiedetään, että ​\(F_2=2F_1 \) . Siksi ​\(m_1 \) ​

1) \(m_1\)
2) \(2m_2\)
3)\(m_2/2\)
4) vastaus riippuu kitkakertoimen arvosta

5. Kuvassa on kaavioita kitkavoiman riippuvuudesta normaalipaineen voimasta. Vertaa kitkakertoimen arvoja.

1) ​\(\mu_2=\mu_1 \) ​
2) ​\(\mu_2>\mu_1 \)
3) \(\mu_2<\mu_1 \)
4) \(\mu_2>>\mu_1 \)

6. Opiskelija suoritti kokeen mittaamaan kitkavoimaa, joka vaikuttaa kahteen vaakasuoraa pintaa pitkin liikkuvaan kappaleeseen. Ensimmäisen kappaleen massa ​\(m_1 \) , toisen kappaleen massa ​\(m_2 \) ​ ja ​\(m_1 =2m_2 \) . Hän sai kuvassa esitetyt tulokset kaavion muodossa. Millaisen johtopäätöksen voidaan tehdä kaavion analysoinnista?

1) normaali painevoima \(N_2=2N_1 \) ​
2) normaali painevoima \ (N_1 \u003d N_2 \)
3) kitkakerroin ​\(\mu_1=\mu_2 \) ​
4) kitkakerroin ​\(\mu_2=2\mu_1 \) ​

7. Kaksi samanmassaista autoa liikkuu toinen asfalttitiellä ja toinen hiekkatiellä. Kaavio näyttää näiden ajoneuvojen kitkavoiman arvot. Vertaa kitkakertoimen arvoja (​\(\mu_1 \) ​ ja \(\mu_2 \) ).

1) ​\(\mu_2=0,3\mu_1 \) ​
2) \(\mu_2=\mu_1 \)
3) \(\mu_2=1,5\mu_1\)
4) \(\mu_2=3\mu_1\)

8. Kuvassa on kaavio kitkavoiman riippuvuudesta normaalipaineen voimasta. Mikä on kitkakerroin?

1) 0,5
2) 0,2
3) 2
4) 5

9. 3 kg painava kelkka liukuu vaakatasossa. Niiden juoksijoiden liukukitkavoima tiellä on 6 N. Mikä on juoksijoiden liukukitkakerroin tiellä?

1) 0,2
2) 0,5
3) 2
4) 5

10. Kun 40 kg painava kappale liikkuu vaakasuoraa pintaa pitkin, vaikuttaa liukukitkavoima 10 N. Mikä liukukitkavoima muuttuu, kun kehon massa pienenee 5 kertaa?

1) 1 N
2) 2 N
3) 4 N
4) 5 N

11. Määritä vastaavuus fyysisen suuren (vasen sarake) ja sen muutoksen luonteen (oikea sarake) välillä taulukkoa pitkin liikkuvan tangon massan kasvaessa. Kirjoita vastaukseesi valittujen vastausten numerot peräkkäin.

FYSIKAALINEN MÄÄRÄ
A. Kitkavoima
B. Kitkakerroin
B. Normaali painevoima

ARVONMUUTOKSEN LUONNE
1) vähenee
2) lisääntyy
3) ei muutu

12. Valitse alla olevista väitteistä kaksi oikeaa ja kirjoita niiden numerot taulukkoon.

1) Staattinen kitkavoima on suurempi kuin kehoon kohdistuva voima.
2) Vierintäkitkavoima on pienempi kuin liukukitkavoima samalla ruumiinmassalla.
3) Liukukitkakerroin on suoraan verrannollinen normaalipaineen voimaan.
4) Kitkavoima riippuu liikkuvan kappaleen tukipinta-alasta, jonka pinta on tasakäsitelty.
5) Suurin staattinen kitkavoima on yhtä suuri kuin liukukitkavoima.

Osa 2

13. Auto, jonka nopeus on 72 km/s, alkaa hidastaa vauhtia moottorin ollessa sammutettuna ja ajaa matkaa 100 m. Mikä on auton kiihtyvyys ja jarrutusaika?

Vastaukset

Määritelmä

Kitkavoimalla kutsutaan voimaksi, joka esiintyy kappaleiden suhteellisen liikkeen (tai liikeyrityksen) aikana ja joka on seurausta vastustuskyvystä ympäristön tai muiden kappaleiden liikettä vastaan.

Kitkavoimat syntyvät, kun kosketuksissa olevat kappaleet (tai niiden osat) liikkuvat suhteessa toisiinsa. Tässä tapauksessa kitkaa, joka ilmenee koskettavien kappaleiden suhteellisen liikkeen aikana, kutsutaan ulkoiseksi. Yhden kiinteän kappaleen osien (kaasu, neste) välillä esiintyvää kitkaa kutsutaan sisäiseksi.

Kitkavoima on vektori, jolla on suunta hankauspintojen (kerrosten) tangenttia pitkin. Tässä tapauksessa tämä voima on suunnattu vastustamaan näiden pintojen (kerrosten) suhteellista siirtymää. Joten jos kaksi nestekerrosta liikkuu toistensa päällä liikkuessaan eri nopeuksilla, niin suuremmalla nopeudella liikkuvaan kerrokseen kohdistuvalla voimalla on liikettä vastakkainen suunta. Hitaammalla nopeudella liikkuvaan kerrokseen vaikuttava voima suuntautuu liikettä pitkin.

Kitkan tyypit

Kiinteiden aineiden pintojen välistä kitkaa kutsutaan kuivaksi. Sitä ei tapahdu vain liukupintojen aikana, vaan myös yritettäessä aiheuttaa pintojen liikettä. Tämä luo staattisen kitkavoiman. Liikkuvien kappaleiden välillä esiintyvää ulkoista kitkaa kutsutaan kinemaattiseksi.

Kuivakitkan lait osoittavat, että staattisen kitkan maksimivoima ja liukukitkavoima eivät riipu kitkalle alttiina olevien kosketuspintojen pinta-alasta. Nämä voimat ovat verrannollisia hankauspintoja puristavan normaalipainevoiman (N) moduuliin:

missä on mittaton kitkakerroin (levossa tai liukuessa). Tämä kerroin riippuu hankauskappaleiden pintojen luonteesta ja kunnosta, esimerkiksi karheudesta. Jos kitkaa syntyy liukumisen seurauksena, niin kitkakerroin on nopeuden funktio. Melko usein kitkakertoimen sijasta käytetään kitkakulmaa, joka on yhtä suuri:

Kulma on yhtä suuri kuin tason pienin kaltevuuskulma horisonttiin nähden, jossa tällä tasolla makaava kappale alkaa liukua painovoiman vaikutuksesta.

Kitkalakia pidetään tarkempana, mikä ottaa huomioon kitkan kohteena olevien kappaleiden molekyylien väliset vetovoimat:

missä S on kappaleiden kokonaiskosketuspinta-ala, p 0 on molekyylien vetovoimien aiheuttama lisäpaine, on todellinen kitkakerroin.

Kiinteän kappaleen ja nesteen (tai kaasun) välistä kitkaa kutsutaan viskoosiksi (nesteeksi). Viskoosikitkavoima tulee yhtä suureksi kuin nolla, jos kappaleiden suhteellisen liikkeen nopeus katoaa.

Kun kappale liikkuu nesteessä tai kaasussa, ilmaantuu väliaineen vastusvoimat, jotka voivat kasvaa huomattavasti suuremmiksi kuin kitkavoimat. Liukukitkavoiman suuruus riippuu kappaleen pinnan muodosta, koosta ja kunnosta, kappaleen nopeudesta suhteessa väliaineeseen, väliaineen viskositeetista. Ei kovin suurilla nopeuksilla kitkavoima lasketaan kaavalla:

jossa miinusmerkki tarkoittaa, että kitkavoiman suunta on päinvastainen kuin nopeusvektorin suunta. Kappaleiden nopeuksien kasvaessa viskoosissa väliaineessa lineaarinen laki (4) muuttuu neliömäiseksi:

Kertoimet ja ovat olennaisesti riippuvaisia ​​kappaleiden muodosta, mitoista, pintojen tilasta ja väliaineen viskositeetista.

Lisäksi erotetaan vierintäkitka. Ensimmäisenä approksimaationa vierintäkitka lasketaan kaavalla:

missä k on vierintäkitkakerroin, jolla on pituusmitta ja joka riippuu kosketukseen joutuvien kappaleiden materiaalista ja pintojen laaduista jne. N on normaalipaineen voima, r on vierintäkappaleen säde.

Kitkavoiman yksiköt

Kitkavoiman (sekä minkä tahansa muun voiman) perusmittayksikkö SI-järjestelmässä on: [P]=H

GHS:ssä: [P]=dyn.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

Esimerkki

Harjoittele. Pieni runko lepää vaakasuoralla levyllä. Levy pyörii akselin ympäri, joka kulkee sen keskipisteen kautta kohtisuorassa tasoon nähden kulmanopeudella . Millä etäisyydellä levyn keskustasta kappale voi olla tasapainossa, jos kiekon ja kappaleen välinen kitkakerroin on ?

Ratkaisu. Kuvataan kuviossa 1 voimat, jotka vaikuttavat pyörivälle kiekolle asetettuun kappaleeseen.

Newtonin toisen lain mukaan meillä on:

Y-akselin projektiossa yhtälöstä (1.1) saadaan:

X-akselin projektiossa meillä on:

jossa pienen kappaleen liikkeen kiihtyvyys on moduuliltaan yhtä suuri kuin kokonaiskiihtyvyyden normaalikomponentti. Löydämme loput kitkat seuraavasti:

otamme huomioon lausekkeen (1.2), niin meillä on.

Kitkavoima syntyy kahden kappaleen kosketuspisteessä ja estää näiden kappaleiden keskinäisen liikkeen suhteessa toisiinsa. Se on aina suunnattu vastakkain kappaleiden liikettä tai ulkoisen voiman vaikutussuuntaa vastaan. Jos ruumiit ovat paikallaan. Kitkan seurauksena mekaaninen energia muuttuu lämpöenergiaksi.

Kitka jaetaan lepokitkaan ja liikkeen kitkaan. Liikkeen kitka puolestaan ​​jakautuu vierintäkitkaan ja liukukitkaan. Kitkaa syntyy, kun kosketuksissa olevat kappaleet yrittävät liikkua suhteessa toisiinsa.

Formula 1 - Kitkavoima.

N - Tukireaktiovoima.

Mu - Kitkakerroin.

Lepokitka, kuten nimestä voi päätellä, tapahtuu, kun kehoihin kohdistetaan ulkoinen voima, joka pyrkii siirtämään niitä suhteessa toisiinsa. Mutta liikettä ei vielä ole. Liikettä ei tapahdu juuri siksi, että lepokitkavoima estää sen. Sillä hetkellä, kun ulkoinen voima ylittää staattisen kitkavoiman, syntyy liukukitkavoima.

Kitkavoiman syynä on kosketuskappaleiden pinnan epätasaisuus. Vaikka pinnat näyttävät sileiltä, ​​pinta on itse asiassa suurella suurennuksella karhea. Juuri nämä epäsäännöllisyydet kahden kappaleen pinnalla takertuvat toisiinsa.

Kuva 1 - Kosketuspinnat.

Vaikuttaa siltä, ​​​​että jos pinnat kiillotetaan peilipintaiseksi, niiden välisen kitkan pitäisi, jos ei kokonaan kadota, niin varmasti laskea minimiarvoon. Mutta käytännössä se ei ole niin yksinkertaista. Erittäin sileillä pinnoilla ilmenee toinen kitkaa lisäävä tekijä. Tämä on molekyylienvälinen vetovoima. Materiaalin erittäin hienolla käsittelyllä kahden kappaleen aineen molekyylit ovat niin lähellä toisiaan, että syntyy niin voimakkaita vetovoimia, jotka estävät kappaleita liikkumasta suhteessa toisiinsa.

Kitkavoiman suuruuteen vaikuttaa tietysti myös voima, joka painaa kappaleita toisiaan vasten. Mitä korkeampi se on, sitä suurempi on kitkavoima. Jos pyöräilet talvella, lumessa tyhjät kelkat tulevat riittävän helposti ulos. Jos lapsi istuu kelkassa, on vaikeampi vetää häntä. No, jos aikuinen istuu niissä, mietit kahdesti, kannattaako niitä ylipäätään vetää. Kaikissa näissä tapauksissa kelkkarinteiden pinnan ja lumen pinnan laatu on ennallaan. Mutta painovoima on erilainen, mikä johtaa kitkavoiman lisääntymiseen.

Liukukitkan lisäksi mukana on myös vierintäkitkavoima. Jälleen ilmiön ydin piilee nimessä. Toisin sanoen tämä on kitka, joka tapahtuu yhden esineen vieriessä toisen pinnalla. Vierintäkitka on monta kertaa pienempi kuin liukukitka.

Kuvittele metallipallo, joka pyörii pöydän pinnalla. Pöydän ja itse pallon muodonmuutoksen vuoksi niiden välinen kosketuspaikka ei ole piste, vaan tietty pinta. Tämän seurauksena tukireaktion sovelluskohta siirtyy hieman eteenpäin tasapainokeskuksesta. Ja tuen reaktio on hieman taaksepäin. Tämän seurauksena painovoima kompensoi tuen reaktion normaalia osaa ja tangentiaalinen komponentti on vierintäkitkavoima.