"Физика (изд. ВЕНТАНА-ГРАФ)", Хижнякова Л.С., Синявина А.А.
Сила трения скольжения возникает, когда одно тело скользит по поверхности другого. Она направлена вдоль поверхности и мешает относительному движению тел. Величина силы зависит от того, насколько сильно поверхности прижаты друг к другу, а также от материалов и состояния поверхностей. Для приближённого расчёта используют формулу Fтр = μN, где μ — коэффициент трения, а N — сила нормальной реакции опоры.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сила трения скольжения — сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого. Её обозначают Fтр, а направляют вдоль поверхности против относительного движения тела. Это обозначение помогает отличать трение от других сил и показывает, какую силу нужно учитывать при описании скольжения.
Коэффициент трения скольжения — безразмерная величина, характеризующая взаимодействие соприкасающихся поверхностей; его обозначают греческой буквой μ. Он учитывает, насколько материал и состояние поверхностей влияют на трение. Коэффициент нужен для расчёта силы трения по формуле, а его численное значение не измеряют в ньютонах.
Сила нормальной реакции опоры — сила, с которой опора действует на тело перпендикулярно поверхности; её обозначают N. Например, стол давит на лежащий на нём предмет вверх, под прямым углом к столешнице. Эта сила нужна для расчёта трения, потому что от неё зависит, насколько сильно прижаты друг к другу поверхности.
Даже гладкие на вид поверхности неровны, если рассматривать их под большим увеличением. При соприкосновении отдельные выступы цепляются и взаимодействуют, а местами поверхности притягиваются друг к другу. Когда одно тело скользит, эти взаимодействия мешают ему перемещаться. Поэтому появляется сила трения, которая препятствует относительному скольжению.
Трение направлено вдоль поверхности соприкосновения, потому что оно мешает движению именно по этой поверхности. Если тело скользит вправо относительно опоры, сила трения со стороны опоры направлена влево. Если тело скользит влево, направление силы будет противоположным. Речь идёт о движении относительно соприкасающейся поверхности, а не обязательно относительно Земли.
Зависимость силы трения от прижатия можно проверить опытом: тянуть брусок по поверхности и менять нагрузку на него. При большей нагрузке поверхности прижаты сильнее, их выступы взаимодействуют заметнее, и для скольжения требуется большая сила. При неизменных материалах и состоянии поверхностей увеличение N приводит к увеличению Fтр. Поэтому силу нормальной реакции опоры учитывают в формуле трения.
Сила трения зависит и от того, какие поверхности соприкасаются и в каком они состоянии. Например, гладкость, шероховатость или наличие смазки могут изменить взаимодействие между ними. В расчёте это влияние учитывает коэффициент μ: для разных пар материалов и состояний поверхностей его значение различается. Приближённо силу трения скольжения находят по формуле Fтр = μN, где N — сила нормальной реакции опоры.
Формула показывает, что сила трения растёт вместе с N и μ: при увеличении любого из множителей, если другой не меняется, Fтр увеличивается. Сила Fтр измеряется в ньютонах, поскольку произведение безразмерного μ на силу N имеет единицу силы. На горизонтальной опоре без других вертикальных сил и без вертикального ускорения сила реакции опоры равна силе давления тела на опору. В более сложной ситуации N нужно определять по всем действующим силам, а не приравнивать автоматически к силе тяжести.
| Что рассматриваем | Описание или зависимость |
|---|---|
| Когда возникает | При скольжении одного соприкасающегося тела по поверхности другого. |
| Направление относительно поверхности и движения | Вдоль поверхности, против относительного движения тела. |
| Зависимость от силы нормальной реакции опоры | При неизменных поверхностях с увеличением N увеличивается Fтр. |
| Зависимость от соприкасающихся материалов и состояния поверхностей | Учитывается коэффициентом трения μ, который зависит от материалов и состояния поверхностей. |
| Формула и единица измерения | Fтр = μN; Fтр измеряется в ньютонах, μ безразмерен. |
Сначала найди в таблице условие, которое описывает задачу: например, меняется ли прижатие или поверхность. Затем проверь направление силы относительно скольжения и выбери нужную зависимость. Для численного расчёта подставляй N и μ в формулу Fтр = μN.
Условие. Брусок скользит по горизонтальному столу вправо. Нужно указать направление силы трения. Чтобы ответить, сравним направление скольжения бруска относительно стола с направлением силы, которая ему мешает. По горизонтальной поверхности сила трения действует вдоль неё.
Ответ: сила трения направлена влево.
Условие. Сила нормальной реакции опоры равна 10 Н, коэффициент трения скольжения — 0,2. Требуется найти Fтр. Здесь известны оба множителя приближённой формулы Fтр = μN. Подставим значения и проверим единицу измерения результата.
Ответ: сила трения скольжения равна 2 Н.
Условие. Брусок перемещают на другую поверхность, а N оставляют прежней. Коэффициент меняется с 0,2 до 0,4. Нужно сравнить силы трения до и после перемещения. Поскольку сила реакции опоры постоянна, изменение результата определяется только изменением μ.
Ответ: после перемещения сила трения станет вдвое больше.
Ошибка: направлять силу трения туда же, куда движется тело. Так рассуждают, потому что смешивают направление движения и направление силы, которая ему мешает. Проверь себя: сравни движение тела именно относительно поверхности и направь трение противоположно ему.
Ошибка: считать силу трения всегда равной силе тяжести. Такое может показаться верным на горизонтальной опоре в простом случае, но в формуле участвует N, а она не во всех ситуациях равна силе тяжести. Перед расчётом выясни, какие силы действуют перпендикулярно поверхности, и определи N.
Ошибка: забывать μ или считать его силой. Коэффициент — множитель без единиц измерения, а результат Fтр — сила в ньютонах. Проверь запись формулы и единицы: Fтр = μN, причём в ответе должны получиться ньютоны.
Ошибка: полагать, что коэффициент трения одинаков для любых поверхностей. Это неверно, потому что материалы и состояние поверхностей меняют их взаимодействие. Если поверхности изменились, проверь, подходит ли прежнее значение μ, и не используй его без условия задачи.
Для изучения трения нужно знать, что такое сила, как показывать её направление и в каких единицах её измеряют. Также понадобятся представления о силе тяжести, реакции опоры и равнодействующей — суммарном действии нескольких сил. Это поможет разбирать, как тело движется под действием разных сил. Понимание трения пригодится и при изучении способов уменьшить его, например с помощью смазки, или увеличить, например для лучшего сцепления.
Почему сила трения направлена против движения?
При скольжении взаимодействие соприкасающихся поверхностей мешает их относительному движению. Поэтому сила трения направлена против скольжения тела относительно поверхности, а не обязательно против движения относительно Земли.
От чего зависит сила трения скольжения?
Она зависит от силы, с которой поверхности прижаты друг к другу, и от коэффициента трения. Коэффициент учитывает материалы и состояние соприкасающихся поверхностей.
Как найти силу трения по коэффициенту и силе реакции опоры?
Используй приближённую формулу Fтр = μN. Умножь коэффициент трения μ на силу нормальной реакции опоры N; результат получится в ньютонах.
Почему сила нормальной реакции опоры не всегда равна силе тяжести?
Реакция опоры зависит от всех сил, действующих перпендикулярно поверхности, и от ускорения тела в этом направлении. Она равна силе тяжести только в подходящей ситуации, например на горизонтальной опоре без других вертикальных сил и без вертикального ускорения.
Что показывает коэффициент трения и в каких единицах он измеряется?
Коэффициент трения показывает, насколько сильно взаимодействуют соприкасающиеся поверхности при скольжении. Он зависит от материалов и состояния поверхностей и не имеет единиц измерения.
§ 23. Сила трения скольжения
