Ţintă: Pentru a consolida cunoștințele acumulate despre frecare și tipurile de frecare.

Proces de lucru:

1. Studiază partea teoretică
2. Completați tabelul 1.
3. Rezolvați problema conform opțiunii din tabelul 2.
4. Răspunde la întrebări de securitate.

tabelul 1

masa 2

	Un patinator conduce pe o suprafață netedă orizontală de gheață cu o inerție de 80 m. Determinați forța de frecare și viteza inițială dacă masa patinatorului este de 60 kg și coeficientul de frecare este 0,015
	Un corp cu o masă de 4,9 kg se află pe un plan orizontal. Ce forță trebuie aplicată corpului în direcția orizontală pentru a-i da o accelerație de 0,5 m/s 2 cu un coeficient de frecare de 0,1?
	Pe o masă orizontală se află un bloc de lemn cu masa de 500 g, care este pus în mișcare de o greutate de 300 g suspendat pe capătul vertical al unui fir aruncat peste un bloc fixat la capătul mesei. Coeficientul de frecare în timpul mișcării barei este 0,2. Cu ce ​​accelerație se va mișca blocul?

Forța de frecare este forța care apare între suprafețele corpurilor în contact. Dacă nu există lubrifiere între suprafețe, atunci frecarea se numește uscată. Forța de frecare uscată este direct proporțională cu forța care presează suprafețele una față de cealaltă și este îndreptată în direcția opusă mișcării posibile. Coeficientul de proporționalitate se numește coeficient de frecare. Forța de presare este perpendiculară pe suprafață. Se numește reacție normală de sprijin.

Legile frecării în lichide și gaze diferă de legile frecării uscate. Frecarea într-un lichid și gaz depinde de viteza de mișcare: la viteze mici este proporțională cu pătratul, iar la viteze mari este proporțională cu cubul vitezei.

Formule de rezolvare:

Unde „k” este coeficientul de frecare, „N” este reacția normală a suportului.

A doua lege a lui Newton și ecuațiile de mișcare în formă vectorială. F=ma

Conform celei de-a treia legi a lui Newton N = - mg

expresie pentru viteza

Ecuații de mișcare pentru mișcarea cinematică uniform accelerată

; 0 - V = a t unde 0 este viteza finală V este viteza inițială

Algoritm pentru rezolvarea unei probleme tipice:

1. Scrieți pe scurt starea problemei.

2. Reprezentăm starea grafic într-un cadru de referință arbitrar, indicând forțele care acționează asupra corpului (punctului), inclusiv reacția normală a suportului și forța de frecare, viteza și accelerația corpului.

3. Corectăm și desemnăm sistemul de referință din figură introducând originea timpului și precizând axele de coordonate pentru forțe și accelerație. Este mai bine să direcționați una dintre axe de-a lungul reacției normale a suportului și să începeți să numărați timpul în momentul în care corpul (punctul) se află la coordonatele zero.

4. Scriem sub formă vectorială a doua lege a lui Newton și ecuațiile mișcării. Ecuațiile mișcării și ale vitezei sunt dependențele deplasării (calei) și ale vitezei în timp.

5. Scriem în aceleași ecuații sub formă scalară: în proiecții pe axele de coordonate. Scriem expresia forței de frecare.

6. Rezolvăm ecuații într-o formă generală.

7. Înlocuiți valorile în soluția generală, calculați.

8. Notează răspunsul.

Partea teoretică
Frecarea este rezistența corpurilor în contact la mișcare unul față de celălalt. Frecarea însoțește fiecare mișcare mecanică, iar această împrejurare are o consecință esențială în progresul tehnic modern.
Forța de frecare este forța de rezistență la mișcarea corpurilor în contact unele față de altele.Fricarea se explică prin două motive: rugozitatea suprafețelor de frecare ale corpurilor și interacțiunea moleculară dintre ele. Dacă depășim limitele mecanicii, atunci trebuie spus că forțele de frecare sunt de origine electromagnetică, precum și forțele de elasticitate. Fiecare dintre cele două cauze de frecare de mai sus în cazuri diferite se manifestă într-o măsură diferită. De exemplu, dacă suprafețele de contact ale corpurilor solide de frecare au nereguli semnificative, atunci termenul principal din forța de frecare care apare aici se va datora tocmai acestei circumstanțe, adică. denivelări, rugozități ale suprafețelor corpurilor de frecare.Corpurile care se deplasează cu frecare unele față de altele trebuie să atingă suprafețele sau să se miște una în mediul celeilalte. Mișcarea corpurilor unul față de celălalt poate să nu apară din cauza prezenței frecării dacă forța de antrenare este mai mică decât forța maximă de frecare statică. Dacă suprafețele de contact ale corpurilor solide de frecare sunt perfect lustruite și netede, atunci termenul principal al forței de frecare care apare în acest caz va fi determinat de aderența moleculară dintre suprafețele de frecare ale corpurilor.

Să luăm în considerare mai detaliat procesul de apariție a forțelor de frecare de alunecare și de repaus la joncțiunea a două corpuri în contact. Dacă vă uitați la suprafețele corpurilor la microscop, veți vedea microrugozități, pe care le vom descrie într-o formă mărită (Fig. 1, a). Să luăm în considerare interacțiunea corpurilor în contact folosind exemplul unei perechi de nereguli ( creastă și jgheab) (Fig. 3, b). În cazul în care nu există nicio forță care încearcă să provoace mișcare, natura interacțiunii pe ambele pante ale microrugozităților este similară. Cu această natură a interacțiunii, toate componentele orizontale ale forței de interacțiune se echilibrează reciproc, iar toate cele verticale sunt însumate și alcătuiesc forța N (reacția de sprijin) (Fig. 2, a).

O imagine diferită a interacțiunii corpurilor se obține atunci când o forță începe să acționeze asupra unuia dintre corpuri. În acest caz, punctele de contact vor fi predominant pe „pantele” rămase în figură. Primul corp va pune presiune pe al doilea. Intensitatea acestei presiuni este caracterizată de forța R. Cel de-al doilea corp, conform legii a treia a lui Newton, va acționa asupra primului corp.Intensitatea acestei acțiuni este caracterizată de forța R (reacția de sprijin).Forța R.

pot fi descompuse în componente: forța N, îndreptată perpendicular pe suprafața de contact a corpurilor, și forța Fsc, îndreptată împotriva acțiunii forței F (Fig. 2, b).

După luarea în considerare a interacțiunii corpurilor, trebuie remarcate două puncte.
1) În interacțiunea a două corpuri, în conformitate cu cea de-a treia lege a lui Newton, apar două forțe R și R"; pentru comoditatea luării în considerare la rezolvarea problemelor, descompunem forța R în componentele N și Fsc (Ftr în caz de mișcare).
2) Forțele N și F Tp sunt de aceeași natură (interacțiune electromagnetică); nu ar putea fi altfel, deoarece acestea sunt componente ale aceleiași forțe R.
În tehnologia modernă, înlocuirea frecării de alunecare cu frecarea de rulare este de mare importanță pentru a reduce efectele dăunătoare ale forțelor de frecare. Forța de frecare la rulare este definită ca forța necesară pentru rularea rectilinie uniformă a unui corp pe un plan orizontal. Din experiență s-a stabilit că forța de frecare la rulare se calculează cu formula:

unde F este forța de frecare de rulare; k este coeficientul de frecare la rulare; P este forța de presiune a corpului de rulare pe suport și R este raza corpului de rulare.

Din practică este evident, din formulă este clar că, cu cât raza corpului de rulare este mai mare, cu atât denivelările suprafeței de sprijin îi reprezintă mai puțin obstacol.
Rețineți că coeficientul de frecare de rulare, spre deosebire de coeficientul de frecare de alunecare, este o valoare numită și este exprimată în unități de lungime - metri.
Frecarea de alunecare se înlocuiește cu frecarea de rulare, în cazurile necesare și posibile, prin înlocuirea lagărelor de alunecare cu lagăre de rulare.

Există frecare externă și internă (altfel numită vâscozitate). Acest tip de frecare se numește exterioară, în care în punctele de contact ale corpurilor solide apar forțe care împiedică mișcarea reciprocă a corpurilor și sunt direcționate tangențial la suprafețele acestora.

Frecarea internă (vâscozitatea) este un tip de frecare, constând în faptul că cu deplasare reciprocă. Straturi de lichid sau gaz între ele există forțe tangențiale care împiedică o astfel de mișcare.

Frecarea externă este împărțită în frecare în repaus (frecare statică) și frecare cinematică. Frecarea de repaus apare între corpurile solide fixe atunci când oricare dintre ele încearcă să se miște. Frecarea cinematică există între corpuri rigide în mișcare care se ating reciproc. Frecarea cinematică, la rândul său, este împărțită în frecare de alunecare și frecare de rulare.

Forțele de frecare joacă un rol important în viața umană. În unele cazuri le folosește, iar în altele se luptă cu ei. Forțele de frecare sunt de natură electromagnetică.
Tipuri de forțe de frecare.
Forțele de frecare sunt de natură electromagnetică, adică forțele de frecare se bazează pe forțele electrice de interacțiune a moleculelor. Ele depind de viteza de mișcare a corpurilor unul față de celălalt.
Există 2 tipuri de frecare: uscată și lichidă.
1. Frecarea lichidului este o forță care apare atunci când un corp solid se mișcă într-un lichid sau gaz, sau când un strat de lichid (gaz) se mișcă față de altul și încetinește această mișcare.

În lichide și gaze, nu există forță statică de frecare.
La viteze mici într-un lichid (gaz):
Ftr= k1v,
unde k1 este coeficientul de rezistență, în funcție de forma, dimensiunea corpului și de lumina din mediu. Determinat de experiență.

La viteze mari:
Ftr= k2v,
unde k2 este coeficientul de rezistență.
2. Frecarea uscată este o forță care decurge din contactul direct al corpurilor și este întotdeauna direcționată de-a lungul suprafețelor de contact ale corpurilor electromagnetice tocmai prin ruperea legăturilor moleculare.
Frecarea repausului.
Luați în considerare interacțiunea barei cu suprafața mesei.Suprafața corpurilor în contact nu este absolut uniformă.Forța cea mai mare de atracție are loc între atomii de substanțe care se află la o distanță minimă unul de celălalt, adică pe microscop. proeminențe. Forța totală de atracție a atomilor corpurilor în contact este atât de semnificativă încât și sub acțiunea unei forțe externe aplicate barei paralele cu suprafața contactului acesteia cu masa, bara rămâne în repaus. Aceasta înseamnă că o forță care acționează asupra barei este egală în valoare absolută cu forța externă, dar direcționată opus. Această forță este forța de frecare statică.Când forța aplicată atinge valoarea critică maximă suficientă pentru a rupe legăturile dintre proeminențe, bara începe să alunece pe masă. Forța maximă de frecare statică nu depinde de aria de contact a suprafeței.Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța normală de presiune este egală în valoare absolută cu forța de reacție a suportului N.
Forța maximă de frecare statică este proporțională cu forța presiunii normale:

unde μ este coeficientul de frecare static.

Coeficientul de frecare statică depinde de natura tratamentului de suprafață și de combinația de materiale care alcătuiesc corpurile de contact. Prelucrarea de înaltă calitate a suprafețelor de contact netede duce la o creștere a numărului de atomi atrași și, în consecință, la o creștere a coeficientului de frecare statică.

Valoarea maximă a forţei de frecare statică este proporţională cu modulul de forţă F d al presiunii exercitate de corp asupra suportului.
Valoarea coeficientului de frecare static poate fi determinată după cum urmează. Lăsați corpul (bara plată) să se afle pe un plan înclinat AB (Fig. 3). Trei forțe acționează asupra ei: gravitația F, forța de frecare statică Fp și forța de reacție a suportului N. Componenta normală Fp a gravitației este forța de presiune Fd produsă de corp pe suport, adică.
FН=Fд. Componenta tangențială Ft a gravitației este forța care tinde să miște corpul în jos pe un plan înclinat.
La unghiuri mici de înclinare a, forța Ft este echilibrată de forța statică de frecare Fp și corpul este în repaus pe planul înclinat (forța de reacție a suportului N conform celei de-a treia legi a lui Newton este egală ca mărime și opusă ca direcție forței). Fd, adică îl echilibrează).
Vom mări unghiul de înclinare a până când corpul începe să alunece în jos pe planul înclinat. In acest moment
Fт=FpmaxDin fig. 3 arată că Ft=Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
primim
fн=sin/cos=tg.
După măsurarea unghiului la care începe alunecarea corpului, este posibil să se calculeze valoarea coeficientului de frecare statică fp prin formula.

Orez. 3. Frecarea repausului.
frecare de alunecare

Frecarea de alunecare are loc atunci când mișcarea relativă a corpurilor de contact.
Forța de frecare de alunecare este întotdeauna îndreptată în direcția opusă vitezei relative a corpurilor în contact.
Când un corp începe să alunece pe suprafața altui corp, legăturile dintre atomii (moleculele) corpurilor inițial imobile sunt rupte, iar frecarea scade. Odată cu mișcarea relativă suplimentară a corpurilor, se formează constant noi legături între atomi. În acest caz, forța de frecare de alunecare rămâne constantă, puțin mai mică decât forța de frecare statică. La fel ca forța de frecare statică maximă, forța de frecare de alunecare este proporțională cu forța normală de presiune și, prin urmare, cu forța de reacție a suportului:
, unde este coeficientul de frecare de alunecare (), în funcție de proprietățile suprafețelor de contact.

Orez. 3. Frecare de alunecare

întrebări de testare

1. Ce este frecarea externă și internă?
2. Ce tip de frecare este frecarea statică?
3. ce este frecarea uscată și lichidă?
4. Care este forța maximă de frecare statică?
5. Cum se determină valoarea coeficientului de frecare statică?

1. Pentru ca un corp (o carte întinsă pe o masă, o cutie pe podea etc.) să se miște, trebuie să i se aplice o forță. În acest caz, cu o creștere treptată a forței, corpul va rămâne în repaus pentru o perioadă de timp, iar la o anumită valoare a forței aplicate, va începe să se miște. Forța generată de contactul direct între două corpuri se numește forța de frecare. Această forță este întotdeauna direcționată de-a lungul suprafeței de contact.

O carte întinsă pe o masă este acționată în plan vertical de forțele de echilibrare ale gravitației ​\(\vec(F)_t \) , și elasticitatea (reacția suportului), în plan orizontal forța aplicată acesteia \ (\vec(F ) \) . Deoarece cartea rămâne nemișcată o perioadă de timp, aceasta înseamnă că în plan orizontal acționează o altă forță, egală în valoare absolută cu forța \(\vec(F) \) și îndreptată în sens opus acesteia. Această forță este forța de frecare statică. Cu cât este mai mare forța aplicată corpului (în timp ce acesta nu se mișcă), cu atât este mai mare forța de frecare statică.

Forța de frecare statică este egală în valoare absolută și direcționată opus forței aplicate unui corp în repaus paralel cu suprafața de contact cu un alt corp.

2. La o anumită valoare a forței aplicate corpului ​\(\vec(F) \) ​ acesta începe să se miște. În momentul în care bara începe să se miște, forța de frecare statică are o valoare maximă \(\vec(F)_(tr.max) \) , care este egală cu forța de frecare de alunecare. Cu cât este mai mare forța de presiune a corpului pe suprafața de contact a corpurilor perpendiculară pe această suprafață (forța normală de presiune), cu atât este mai mare forța de frecare statică maximă, adică. ​\((F_(tr))_(max)=\mu N \) , unde ​\(\mu \) ​ este coeficientul de frecare.

Forța maximă de frecare statică este direct proporțională cu forța presiunii normale.

Forța de frecare statică împiedică corpul să înceapă să se miște. Pe de altă parte, forța de frecare statică poate fi cauza accelerării mișcării corpului. Deci, la mers, forța de frecare statică \\ (F_ (tr) \) , care acționează asupra tălpii, ne spune accelerația. Forța ​\(F \)​, egală în valoare absolută cu forța statică de frecare și îndreptată în sens opus, conferă accelerație suportului.

3. Când un corp se mișcă, asupra lui va acționa și o forță de frecare, se numește forța de frecare de alunecare. Forța de frecare de alunecare este forța care acționează atunci când un corp alunecă pe suprafața altuia și este îndreptat în direcția opusă mișcării corpului. Este puțin mai mică decât forța maximă de frecare statică și este îndreptată în direcția opusă mișcării corpului față de corpul în contact cu acesta.

Forța de frecare de alunecare este direct proporțională cu forța normală de presiune: \((F_(tr))_(max)=\mu N \) . În această formulă ​ \ (N \) ​ este forța presiunii normale, adică. forță care acționează perpendicular pe suprafața corpurilor în contact; ​\(\mu \) ​ - coeficientul de frecare. Coeficientul de frecare caracterizează suprafețele corpurilor în contact. Se determină experimental și se prezintă în tabele.

Frecarea este cauzată de suprafețe neuniforme. În cazul suprafețelor bine lustruite, moleculele situate pe suprafețele corpurilor sunt situate aproape unele de altele, iar forțele de interacțiune intermoleculară sunt destul de mari.

4. Dacă un corp se rostogolește pe suprafața altui corp, atunci asupra lui acționează și forța de frecare. Aceasta este - forța de frecare de rulare. Este direct proporțională cu forța presiunii normale (reacția suportului) ​\(N \) ​ și invers proporțională cu raza ​\(R \) ​ a corpului de rulare: ​ \(F_(set)=\mu\frac(N)(R) \)​, unde ​\(\mu \) ​ este coeficientul de frecare la rulare.

5. Există o serie de probleme practice în care este necesar să se țină cont de forța de frecare. De o importanță deosebită sunt sarcinile asociate traficului. Este bine cunoscut faptul că pentru a evita accidentele trebuie păstrată o anumită distanță între mașini; pe vreme ploioasă sau în condiții de gheață, ar trebui să fie mai mare decât pe vreme uscată.

Distanța pe care o parcurge o mașină când frânează până la o oprire completă se numește distanță de oprire. Distanța de frânare se calculează folosind formula ​\(s=\frac(v^2)(2a) \) .

Partea 1

1. La măsurarea coeficientului de frecare, bara a fost deplasată de-a lungul suprafeței orizontale a mesei și s-a obținut valoarea forței de frecare ​\(F_1 \) . Apoi a fost pusă o sarcină pe bară, a cărei masă este de 2 ori mai mare decât masa barei și s-a obținut valoarea forței de frecare \(F_2\). În acest caz, forța de frecare \ (F_2 \)

1) este egal cu \(F_1 \)
2) de 2 ori mai mult \(F_1 \)
3) de 3 ori mai mult \(F_1 \)
4) de 2 ori mai puțin \ (F_1 \)

2. Tabelul prezintă rezultatele măsurătorilor forței de frecare și forței normale de presiune în studiul relației dintre aceste mărimi.

Regularitatea ​\(\mu=N/F_(tr) \) ​ este îndeplinită pentru forța normală de presiune

1) doar 0,4 N până la 2,0 N
2) doar 0,4 N până la 3 N
3) doar 0,4 N până la 4,5 N
4) numai 2,0 N până la 4,5 N

3. La măsurarea forței de frecare, bara a fost deplasată de-a lungul suprafeței orizontale a mesei și s-a obținut valoarea forței de frecare \(F_1 \). Apoi bara a fost mutată, așezând-o pe masă cu o față, a cărei zonă este de 2 ori mai mare decât în ​​primul caz și s-a obținut valoarea forței de frecare \(F_2\). Forța de frecare \(F_2 \)

1) este egal cu \(F_1 \)
2) de 2 ori mai mult \(F_1 \)
3) de 2 ori mai puțin \ (F_1 \)
4) de 4 ori mai puțin \ (F_1 \)

4. Două blocuri de lemn de masă \(m_1 \) ​ și \(m_2 \) alunecă de-a lungul unei suprafețe de masă orizontale, tratate identic. Forța de frecare de alunecare \(F_1 \) și, respectiv, \(F_1 \) acţionează asupra barelor. Se știe că ​\(F_2=2F_1 \) . Prin urmare, ​\(m_1 \) ​

1) \(m_1\)
2) \(2m_2\)
3)\(m_2/2\)
4) răspunsul depinde de valoarea coeficientului de frecare

5. Figura prezintă grafice ale dependenței forței de frecare de forța presiunii normale. Comparați valorile coeficientului de frecare.

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

6. Elevul a efectuat un experiment pentru a măsura forța de frecare care acționează asupra a două corpuri care se deplasează de-a lungul suprafețelor orizontale. Masa primului corp ​\(m_1 \) , masa celui de-al doilea corp ​\(m_2 \) ​ și ​\(m_1 =2m_2 \) . El a obținut rezultatele prezentate în figură sub forma unei diagrame. Ce concluzie se poate trage din analiza diagramei?

1) forța normală de presiune ​\(N_2=2N_1 \) ​
2) forța normală de presiune \ (N_1 \u003d N_2 \)
3) coeficientul de frecare ​\(\mu_1=\mu_2 \) ​
4) coeficientul de frecare ​\(\mu_2=2\mu_1 \) ​

7. Două mașini de aceeași masă se deplasează unul pe un drum asfaltat, iar celălalt pe un drum de pământ. Diagrama arată valorile forței de frecare pentru aceste vehicule. Comparați valorile coeficientului de frecare (​\(\mu_1 \) ​ și \(\mu_2 \) ).

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. Figura prezintă un grafic al dependenței forței de frecare de forța presiunii normale. Care este coeficientul de frecare?

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

9. O sanie de 3 kg alunecă de-a lungul unui drum orizontal. Forța de frecare de alunecare a alergătorilor lor pe șosea este de 6 N. Care este coeficientul de frecare de alunecare a alergătorilor pe șosea?

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

10. Când un corp cu greutatea de 40 kg se deplasează de-a lungul unei suprafețe orizontale, acționează o forță de frecare de alunecare de 10 N. Ce va deveni forța de frecare de alunecare când masa corporală scade de 5 ori?

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

11. Stabiliți o corespondență între mărimea fizică (coloana din stânga) și natura modificării acesteia (coloana din dreapta) cu o creștere a masei barei care se mișcă de-a lungul tabelului. În răspunsul dvs., notați pe rând numerele răspunsurilor selectate.

CANTITATE FIZICA
A. Forța de frecare
B. Coeficientul de frecare
B. Forța de presiune normală

CARACTERUL SCHIMBĂRII VALORII
1) scade
2) crește
3) nu se schimbă

12. Dintre afirmațiile de mai jos, alege două corecte și notează-le numerele în tabel.

1) Forța de frecare statică este mai mare decât forța aplicată corpului.
2) Forța de frecare de rulare este mai mică decât forța de frecare de alunecare pentru aceeași masă corporală.
3) Coeficientul de frecare de alunecare este direct proporțional cu forța presiunii normale.
4) Forța de frecare depinde de aria de sprijin a unui corp în mișcare cu suprafața sa tratată în mod egal.
5) Forța maximă de frecare statică este egală cu forța de frecare de alunecare.

Partea 2

13. Mașina, având o viteză de 72 km/s, începe să încetinească cu motorul oprit și parcurge o distanță de 100 m. Care este accelerația mașinii și timpul de frânare?

Răspunsuri

Definiție

Prin forța de frecare numită forța care apare în timpul mișcării relative (sau încercării de mișcare) a corpurilor și este rezultatul rezistenței la mișcarea mediului sau a altor corpuri.

Forțele de frecare apar atunci când corpurile (sau părțile lor) în contact se mișcă unul față de celălalt. În acest caz, frecarea care apare în timpul mișcării relative a corpurilor în contact se numește externă. Frecarea care are loc între părțile unui corp solid (gaz, lichid) se numește internă.

Forța de frecare este un vector care are o direcție de-a lungul tangentei la suprafețele (straturile) de frecare. În acest caz, această forță este îndreptată spre contracararea deplasării relative a acestor suprafețe (straturi). Deci, dacă două straturi de lichid se mișcă unul peste celălalt, în timp ce se deplasează cu viteze diferite, atunci forța care este aplicată stratului care se mișcă cu o viteză mai mare are o direcție opusă mișcării. Forța care acționează asupra stratului care se mișcă cu o viteză mai mică este direcționată de-a lungul mișcării.

Tipuri de frecare

Frecarea care are loc între suprafețele solidelor se numește uscată. Apare nu numai la alunecarea suprafețelor, ci și atunci când se încearcă deplasarea suprafețelor. Aceasta creează o forță de frecare statică. Frecarea externă care apare între corpurile în mișcare se numește cinematică.

Legile frecării uscate indică faptul că forța maximă de frecare statică și forța de frecare de alunecare nu depind de aria suprafețelor de contact ale corpurilor de contact supuse frecării. Aceste forțe sunt proporționale cu modulul forței normale de presiune (N), care presează suprafețele de frecare:

unde este coeficientul de frecare adimensional (în repaus sau alunecare). Acest coeficient depinde de natura și starea suprafețelor corpurilor de frecare, de exemplu, de prezența rugozității. Dacă frecarea apare ca urmare a alunecării, atunci coeficientul de frecare este o funcție de viteză. Destul de des, în loc de coeficientul de frecare, se folosește unghiul de frecare, care este egal cu:

Unghiul este egal cu unghiul minim de înclinare al planului față de orizont, la care un corp situat pe acest plan începe să alunece sub influența gravitației.

Legea frecării este considerată mai precisă, care ia în considerare forțele de atracție dintre moleculele corpurilor care sunt supuse frecării:

unde S este aria totală de contact a corpurilor, p 0 este presiunea suplimentară cauzată de forțele de atracție moleculară, este adevăratul coeficient de frecare.

Frecarea dintre un corp solid și un lichid (sau gaz) se numește vâscos (lichid). Forța de frecare vâscoasă devine egală cu zero dacă viteza mișcării relative a corpurilor dispare.

Când un corp se mișcă într-un lichid sau gaz, apar forțele de rezistență ale mediului, care pot deveni semnificativ mai mari decât forțele de frecare. Mărimea forței de frecare de alunecare depinde de forma, dimensiunea și starea suprafeței corpului, viteza corpului față de mediu, vâscozitatea mediului. La viteze nu foarte mari, forța de frecare se calculează folosind formula:

unde semnul minus înseamnă că forța de frecare are o direcție opusă direcției vectorului viteză. Cu o creștere a vitezelor corpurilor într-un mediu vâscos, legea liniară (4) se transformă într-una pătratică:

Coeficienții și depind în esență de forma, dimensiunile, starea suprafețelor corpurilor și vâscozitatea mediului.

În plus, se distinge frecarea de rulare.Ca o primă aproximare, frecarea de rulare se calculează folosind formula:

unde k este coeficientul de frecare la rulare, care are dimensiunea lungimii si depinde de materialul corpurilor supuse contactului si de calitatile suprafetelor etc. N este forța presiunii normale, r este raza corpului de rulare.

Unități de forță de frecare

Unitatea de măsură de bază a forței de frecare (precum și a oricărei alte forțe) în sistemul SI este: [P]=H

În GHS: [P]=din.

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplu

Exercițiu. Un corp mic se sprijină pe un disc orizontal. Discul se rotește în jurul unei axe care trece prin centrul său, perpendicular pe plan cu o viteză unghiulară . La ce distanță de centrul discului poate fi corpul în echilibru dacă coeficientul de frecare dintre disc și corp este?

Decizie. Să descriem în Fig. 1 forțele care vor acționa asupra unui corp așezat pe un disc în rotație.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton, avem:

În proiecția pe axa Y, din ecuația (1.1) obținem:

În proiecția pe axa X avem:

unde accelerația mișcării unui corp mic este egală ca modul cu componenta normală a accelerației totale. Găsim restul frecării ca:

luăm în considerare expresia (1.2), atunci avem.

Forța de frecare apare în punctul de contact dintre două corpuri și împiedică mișcarea reciprocă a acestor corpuri unul față de celălalt. Este întotdeauna îndreptată opus mișcării corpurilor sau direcției de aplicare a unei forțe externe. Dacă corpurile sunt staţionare. Ca urmare a frecării, energia mecanică este transformată în energie termică.

Frecarea este împărțită în frecare de repaus și frecare de mișcare. Frecarea mișcării este, la rândul său, împărțită în frecare de rulare și frecare de alunecare. Frecarea apare atunci când corpurile aflate în contact încearcă să se miște unul față de celălalt.

Formula 1 - Forța de frecare.

N - Forța de reacție a suportului.

Mu - Coeficientul de frecare.

Frecarea de odihnă, după cum sugerează și numele, are loc atunci când o forță terță este aplicată corpurilor, căutând să le deplaseze unul față de celălalt. Dar încă nu există nicio mișcare. Nu există mișcare tocmai pentru că este împiedicată de forța de frecare în repaus. În momentul în care forța externă depășește forța de frecare statică, va apărea forța de frecare de alunecare.

Cauza forței de frecare este denivelările de pe suprafața corpurilor de contact. Chiar dacă suprafețele arată netede, de fapt, la mărire mare, suprafața este aspră. Deci tocmai aceste neregularități de pe suprafața a două corpuri se lipesc unul de celălalt.

Figura 1 - Suprafețe de contact.

S-ar părea că, dacă suprafețele sunt lustruite până la un finisaj în oglindă, atunci frecarea dintre ele ar trebui, dacă nu să dispară complet, atunci cu siguranță să scadă la o valoare minimă. Dar, în practică, se dovedește că nu este atât de simplu. În cazul suprafețelor foarte netede, apare un alt factor de creștere a frecării. Aceasta este atracția intermoleculară. Odată cu prelucrarea foarte fină a materialului, moleculele substanței a două corpuri sunt atât de aproape una de cealaltă încât apar forțe de atracție atât de puternice încât împiedică corpurile să se miște unul față de celălalt.

Desigur, mărimea forței de frecare este afectată și de forța care apasă corpurile unele împotriva altora. Cu cât este mai mare, cu atât forța de frecare este mai mare. Dacă te rostogolești iarna, săniile goale în zăpadă ies destul de ușor. Dacă un copil stă pe sanie, va fi mai dificil să-l tragi. Ei bine, dacă un adult stă în ele, te vei gândi de două ori dacă merită să le târâi. În toate aceste cazuri, calitatea suprafeței alergătorilor de sanie și a suprafeței zăpezii este neschimbată. Dar forța gravitației este diferită, ceea ce duce la o creștere a forței de frecare.

Pe lângă frecarea de alunecare, există și o forță de frecare de rulare. Din nou, esența fenomenului este ascunsă în nume. Adică, aceasta este frecarea care are loc în timpul rulării unui obiect pe suprafața altuia. Frecarea de rulare este de multe ori mai mică decât frecarea de alunecare.

Imaginați-vă o minge de metal care se rostogolește pe suprafața unei mese. Datorită deformării mesei și a mingii în sine, locul de contact dintre ele nu este un punct, ci o anumită suprafață. Ca urmare, punctul de aplicare al reacției suport este deplasat ușor înainte de centrul echilibrului. Și reacția suportului este puțin înapoi. Ca urmare, partea normală a reacției de sprijin este compensată de forța gravitațională, iar componenta tangenţială este forța de frecare de rulare.