Friktionskraften i naturen är intressanta fakta. Friktionskraft: några intressanta fakta. Typer av friktionskraft

Kommunal budgetutbildningsanstalt

"Pervomaiskaya gymnasieskola"

Pervomaisky by

Forskning

"Friktionskraft och dess fördelaktiga egenskaper"

Kompletterad av: Platon Alexey,

elev i årskurs 9 – “D”.

Handledare:

,

Fysikalärare

Pervomaisky by

Tambov-regionen

2012

1. Inledning 3

2. Allmän opinionsforskning. 4

3. Vad är friktion (lite teori). 5

3.1. Vila friktion. 5

3.2. Glidfriktion. 6

3.3. Rullande friktion. 6

3.4. Historisk referens. 8

3.5. Friktionskoefficient. 9

3.6. Friktionskrafternas roll. elva

4. Experimentella resultat. 12

5. Designarbete och slutsatser. 13

6. Sammanfattning. 15

7. Lista över använd litteratur. 16

1. Introduktion

Problem:Förstå om vi behöver friktionskraft och ta reda på dess fördelaktiga egenskaper.

Hur accelererar en bil, och vilken kraft bromsar den vid inbromsning? Varför sladdar en bil på en halt väg? Vad orsakar snabbt slitage på delar? Varför kan inte en bil, efter att ha accelererat till höga hastigheter, plötsligt stanna? Hur stannar växterna i jorden? Varför är det svårt att hålla en levande fisk i handen? Hur kan vi förklara den höga andelen skador och trafikolyckor under isiga förhållanden på vintern?

Svaren på dessa och många andra frågor relaterade till kroppsrörelser tillhandahålls av friktionslagarna.

Av ovanstående frågor följer att friktion är både ett skadligt och fördelaktigt fenomen.

På 1700-talet upptäckte en fransk fysiker en lag enligt vilken friktionskraften mellan fasta kroppar inte beror på kontaktytan, utan är proportionell mot stödets reaktionskraft och beror på egenskaperna hos kontaktytorna . Friktionskraftens beroende av kontaktytornas egenskaper kännetecknas av friktionskoefficienten. Friktionskoefficienten sträcker sig från 0,5 till 0,15. Även om många hypoteser har lagts fram sedan dess för att förklara denna lag, finns det fortfarande ingen fullständig teori om friktionskraft. Friktionen bestäms av fasta ämnens ytegenskaper och de är mycket komplexa och har ännu inte studerats fullt ut.

Huvudmålen med detta projekt : 1) Studera arten av friktionskrafter; utforska de faktorer som friktionen beror på; överväga typer av friktion.

2) Ta reda på hur en person fick kunskap om detta fenomen, vad dess natur är.

3) Visa vilken roll fenomenet friktion eller dess frånvaro spelar i våra liv; svara på frågan: "Vad vet vi om detta fenomen?"

4) Skapa demonstrationsexperiment; förklara resultaten av observerade fenomen.

Uppgifter: Spåra mänsklighetens historiska erfarenheter i användningen och tillämpningen av detta fenomen; ta reda på arten av friktionsfenomenet, friktionens lagar; utföra experiment som bekräftar friktionskraftens mönster och beroenden; tänk igenom och skapa demonstrationsexperiment som bevisar friktionskraftens beroende av normaltryckskraften, på egenskaperna hos kontaktytor, på kropparnas relativa rörelsehastighet.

För att nå våra mål har vi arbetat med detta projekt inom följande områden:

1) opinionsforskning;

2) Studie av friktionsteorin;

3) Experiment;

4) Design.

Problemets relevans. Fenomenet friktion förekommer väldigt ofta i våra liv. Alla rörelser av kroppar i kontakt i förhållande till varandra sker alltid med friktion. Friktionskraften påverkar alltid, i större eller mindre utsträckning, rörelsens natur.

Hypotes. Den användbara friktionskraften beror på typen av gnidningsytor och tryckkraften.

Praktisk betydelse består i att applicera friktionskraftens beroende av stödets reaktionskraft, på egenskaperna hos kontaktytorna och på rörelsehastigheten i naturen. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till detta i tekniken och i vardagen.

Vetenskapligt intresseär att i processen att studera denna fråga erhölls viss information om den praktiska tillämpningen av fenomenet friktion.

2. Allmän opinionsforskning.

Mål: visa vilken roll fenomenet friktion eller dess frånvaro spelar i våra liv; svara på frågan: "Vad vet vi om detta fenomen?"

Vi studerade ordspråk och talesätt där kraften av statisk, rullande och glidande friktion manifesteras; vi studerade mänsklig erfarenhet av användningen av friktion och sätt att bekämpa friktion.

Ordspråk och ordspråk:

Det kommer ingen snö, det kommer inga spår.

Det blir en tyst vagn på berget.

Det är svårt att simma mot vattnet.

Älskar du att åka så älskar du också att bära slädar.

Tålamod och arbete kommer att mala ner allt.

Det var därför vagnen började sjunga eftersom den inte hade ätit tjära på länge.

Och han klottrar och leker och stryker och rullar. Och allt på språk.

Han ljuger att han syr med siden.

Ta ett mynt och gnugga det på en grov yta. Vi kommer tydligt att känna motståndet - det här är friktionskraften. Om du gnuggar för snabbt kommer myntet att börja värmas upp, vilket påminner oss om att friktion producerar värme - ett faktum känt för stenåldersmänniskan, eftersom det var så människor först lärde sig att göra eld.

Friktion ger oss möjlighet att gå, sitta och arbeta utan rädsla för att böcker och anteckningsböcker ska ramla av bordet, att bordet glider tills det träffar ett hörn och att pennan glider ur våra fingrar.

Friktion främjar stabilitet. Snickare jämnar till golvet så att borden och stolarna står kvar där de placerats.

Men liten friktion på is kan framgångsrikt utnyttjas tekniskt. Ett bevis på detta är de så kallade isvägarna, som byggdes för att transportera timmer från avverkningsplatsen till järnvägen eller till forsränningsplatser. På en sådan väg, som har släta isräls, drar två hästar en släde lastad med 70 ton stockar.

Friktion är inte bara en broms på rörelsen. Detta är också huvudorsaken till förslitningen av tekniska anordningar, ett problem som människan också stod inför redan i civilisationens gryning. Under utgrävningar av en av de äldsta sumeriska städerna - Uruk - upptäcktes resterna av massiva trähjul, som är 4,5 tusen år gamla. Hjulen är täckta med kopparspik för det uppenbara syftet att skydda konvojen från snabbt slitage.

Och i vår tid är kampen mot slitage av tekniska anordningar det viktigaste tekniska problemet, vars framgångsrika lösning skulle spara tiotals miljoner ton stål och icke-järnmetaller och kraftigt minska produktionen av många maskiner och reservdelar till dem.

Redan i antiken hade ingenjörer till sitt förfogande så viktiga medel för att minska friktionen i själva mekanismerna som ett utbytbart metallglidlager, smord med fett eller olivolja, och till och med ett rullager.

Världens första lager anses vara remslingor som stödde axlarna på de antediluvianska sumeriska vagnarna.

Lager med utbytbara metallfoder var välkända i antikens Grekland, där de användes i brunnsportar och kvarnar.

Självklart spelar friktion också en positiv roll i våra liv, men det är också farligt för oss, speciellt på vintern när det är is.

3. Vad är friktion (lite teori)

Mål:studera friktionskrafternas natur; utforska de faktorer som friktionen beror på; överväga typer av friktion.

Friktionskraft

Om vi ​​försöker flytta skåpet så ser vi direkt att det inte är så lätt att göra. Hans rörelse kommer att hämmas av samspelet mellan hans ben och golvet som han står på. Det finns 3 typer av friktion: statisk friktion, glidfriktion, rullfriktion. Vi vill ta reda på hur dessa arter skiljer sig från varandra och vad de har gemensamt?

3.1. Statisk friktion

För att ta reda på essensen av detta fenomen kan du utföra ett enkelt experiment. Placera blocket på en lutande bräda. Om brädans lutningsvinkel inte är för stor kan blocket sitta kvar. Vad kommer att hindra den från att glida ner? Vila friktion.

Låt oss trycka handen mot anteckningsboken som ligger på bordet och flytta den. Anteckningsboken kommer att röra sig i förhållande till bordet, men vila i förhållande till vår handflata. Vad använde vi för att få den här anteckningsboken att flytta? Använd statisk friktion mellan den bärbara datorn och din hand. Statisk friktion förflyttar laster på ett rörligt transportband, förhindrar att skosnören lossas, håller spikar som slagits in i en bräda, etc.

Kraften av statisk friktion kan vara olika. Den växer tillsammans med kraften som strävar efter att flytta kroppen från sin plats. Men för två kroppar som är i kontakt har den ett visst maximalt värde, som inte kan vara större. Till exempel, för ett träblock som vilar på en träskiva, är den maximala statiska friktionskraften ungefär 0,6 av dess vikt. Genom att applicera en kraft på kroppen som överstiger den maximala kraften för statisk friktion kommer vi att flytta kroppen och den kommer att börja röra sig. I detta fall kommer statisk friktion att ersättas av glidfriktion.

3.2. Glidfriktion

Vad får en släde att gradvis stanna när den rullar nerför berget? På grund av glidfriktion. Varför saktar en puck som glider på is farten? På grund av glidfriktion, alltid riktad i motsatt riktning mot kroppens rörelseriktning. Orsaker till friktionskraft:

1) Grovhet på ytorna på kontaktkroppar. Även de ytor som ser släta ut har faktiskt alltid mikroskopiska ojämnheter (utsprång, fördjupningar). När en kropp glider över ytan på en annan, hakar dessa ojämnheter i varandra och stör därigenom rörelsen;

2) intermolekylär attraktion som verkar vid kontaktpunkterna för gnidningskroppar. Attraktion sker mellan molekyler av ett ämne på mycket korta avstånd. Molekylär attraktion visar sig i fall där ytorna på kontaktkroppar är väl polerade. Så, till exempel, när två metaller med mycket rena och släta ytor, bearbetade i ett vakuum med hjälp av en speciell teknik, glider relativt, visar sig friktionskraften vara mycket starkare än friktionskraften mellan träblock med varandra, och vidare glidning blir omöjlig.

3.3. Rullande friktion

Om en kropp inte glider på ytan av en annan kropp, utan, som ett hjul eller en cylinder, rullar, så kallas friktionen som uppstår vid kontaktpunkten rullande friktion. Det rullande hjulet är något intryckt i vägbanan, och därför finns det alltid en liten gupp framför det som måste övervinnas. Det är just det faktum att det rullande hjulet hela tiden måste köra över guppen som dyker upp framför som orsakar rullande friktion. Dessutom, ju hårdare vägen är, desto mindre rullande friktion. Vid samma belastningar är den rullande friktionskraften betydligt mindre än den glidande friktionskraften (detta märktes i gamla tider). Således är benen på tunga föremål, till exempel sängar, pianon, etc., utrustade med rullar. Inom tekniken används rullager, även kallade kul- och rullager, i stor utsträckning för att minska friktionen i maskiner.

Dessa typer av friktion kallas torr friktion. Vi vet varför boken inte faller genom bordet. Men vad hindrar det från att glida om bordet lutar något? Vårt svar är friktion! Vi ska försöka förklara friktionskraftens natur.

Vid första anblicken är det mycket enkelt att förklara ursprunget till friktionskraften. Bordsytan och bokens omslag är trots allt grova. Detta kan kännas vid beröring, och under ett mikroskop kan man se att ytan på en fast kropp mest liknar ett bergigt land. Otaliga utsprång klamrar sig fast vid varandra, blir lätt deformerade och hindrar boken från att glida av. Den statiska friktionskraften orsakas alltså av samma molekylära interaktionskrafter som vanlig elasticitet.

Om vi ​​ökar bordets lutning kommer boken att börja glida. Uppenbarligen börjar detta "flisa av" tuberklerna, bryta molekylära bindningar som inte kan motstå den ökade belastningen. Friktionskraften verkar fortfarande, men det kommer att vara den glidande friktionskraften. Det är inte svårt att upptäcka "flisningen" av tuberklerna. Resultatet av denna "flisning" är slitage på gnidningsdelarna.

Det verkar som att ju mer grundligt ytorna poleras, desto mindre bör friktionskraften vara. Till en viss del är detta sant. Slipning minskar till exempel friktionskraften mellan två stålstänger. Men inte oändligt! Friktionskraften börjar plötsligt öka när ytjämnheten ökar ytterligare. Detta är oväntat, men ändå förståeligt.

I takt med att ytorna är släta passar de närmare och närmare varandra.

Men så länge som höjden på oregelbundenheterna överstiger flera molekylradier, finns det inga växelverkanskrafter mellan molekyler på angränsande ytor. Det är trots allt mycket kortdistanskrafter. När en viss polerande perfektion uppnås kommer ytorna att komma så nära att molekylernas vidhäftningskrafter spelar in. De kommer att börja förhindra att stängerna rör sig i förhållande till varandra, vilket ger den statiska friktionskraften. När släta stänger glider bryts de molekylära bindningarna mellan deras ytor, precis som bindningarna inuti själva tuberklerna bryts på grova ytor. Brytningen av molekylära bindningar är den största skillnaden mellan friktionskrafter och elastiska krafter. När elastiska krafter uppstår uppstår inte sådana brott. På grund av detta beror friktionskrafterna på hastigheten.

Populära böcker och science fiction-berättelser målar ofta upp en bild av en värld utan friktion. På så sätt kan du mycket tydligt visa både fördelarna och skadorna med friktion. Men vi får inte glömma att friktion är baserad på de elektriska krafterna av interaktion mellan molekyler. Förstörelsen av friktionen skulle faktiskt innebära förstörelsen av elektriska krafter och därför den oundvikliga fullständiga upplösningen av materien.

Men kunskapen om friktionens natur kom inte till oss av sig själv. Detta föregicks av omfattande forskningsarbete av experimentella vetenskapsmän under flera århundraden. All kunskap slog inte rot lätt och enkelt, många krävde upprepade experimentella tester och bevis. De senaste århundradenas ljusaste hjärnor har studerat beroendet av friktionskraftsmodulen på många faktorer: på kontaktytan för ytor, på typen av material, på belastningen, på ojämnheter och ojämnheter på ytan, på den relativa hastigheten hos rörelse av kroppar. Namnen på dessa forskare: Leonardo da Vinci, Amonton, Leonard Euler, Charles Coulomb - dessa är de mest kända namnen, men det fanns också vanliga vetenskapsarbetare. Alla forskare som deltog i dessa studier genomförde experiment där arbete gjordes för att övervinna friktionskraften.

3.4. Historisk referens

Året var 1500 . Den store italienske konstnären, skulptören och vetenskapsmannen Leonardo da Vinci genomförde konstiga experiment, som överraskade hans elever.

Han släpade över golvet, antingen ett hårt vridet rep, eller samma rep i full längd. Han var intresserad av svaret på frågan: beror glidfriktionskraften på området för kropparna som rör vid i rörelse? Den tidens mekaniker var djupt övertygade om att ju större kontaktyta desto större friktionskraft. De resonerade ungefär så här: ju fler sådana punkter, desto större kraft. Det är ganska uppenbart att det på en större yta kommer att finnas fler sådana kontaktpunkter, så friktionskraften bör bero på området för gnidningskropparna.

Leonardo da Vinci tvivlade och började utföra experiment. Och jag fick en fantastisk slutsats: kraften i glidfriktionen beror inte på området för de kontaktande kropparna. Längs vägen studerade Leonardo da Vinci friktionskraftens beroende av materialet som kropparna är gjorda av, på storleken på belastningen på dessa kroppar, på glidhastigheten och graden av jämnhet eller grovhet på deras yta. Han fick följande resultat:

1. Beror inte på område.

2. Beror inte på materialet.

3. Beror på belastningens storlek (i proportion till den).

4. Beror inte på glidhastighet.

5. Beror på ytjämnhet.

1699 . Den franska vetenskapsmannen Amonton, som ett resultat av sina experiment, svarade på samma fem frågor. För de tre första - samma, för den fjärde - beror det på. På den femte - det beror inte på. Det fungerade, och Amonton bekräftade Leonardo da Vincis oväntade slutsats om friktionskraftens oberoende från området för kontaktande kroppar. Men samtidigt höll han inte med honom om att friktionskraften inte beror på glidhastigheten; han trodde att glidfriktionens kraft beror på hastigheten, men han höll inte med om att friktionskraften beror på ytornas grovhet.

Under artonde och artonde århundradena fanns det upp till trettio studier om detta ämne. Deras författare var bara överens om en sak - friktionskraften är proportionell mot kraften av normalt tryck som verkar på kontaktkropparna. Men det var ingen överenskommelse i andra frågor. Det experimentella faktumet fortsatte att förbrylla även de mest framstående forskarna: friktionskraften beror inte på området för gnidningskropparna.

1748 . Fullständig medlem av Ryska vetenskapsakademin Leonhard Euler publicerade sina svar på fem frågor om friktion. De första tre var desamma som de tidigare, men i den fjärde höll han med Amonton och i den femte - med Leonardo da Vinci.

1779 . I samband med införandet av maskiner och mekanismer i produktionen finns det ett akut behov av en mer djupgående studie av friktionslagarna. Den enastående franske fysikern Coulomb började lösa problemet med friktion och ägnade två år åt det. Han genomförde experiment på ett varv i en av Frankrikes hamnar. Där fann han de där praktiska produktionsförhållandena där friktionskraften spelade en mycket viktig roll. Hängsmycken svarade på alla frågor - ja. Den totala friktionskraften, till viss del, beror fortfarande på storleken på gnidningskropparnas yta, är direkt proportionell mot kraften av normalt tryck, beror på materialet i kontaktkropparna, beror på glidhastigheten och graden gnidningsytornas jämnhet. Därefter blev forskare intresserade av frågan om påverkan av smörjning, och typer av friktion identifierades: flytande, ren, torr och gräns.

Rätt svar

Friktionskraften beror inte på kontaktkropparnas area, utan beror på kropparnas material: ju större normal tryckkraft, desto större friktionskraft. Noggranna mätningar visar att modulen för den glidande friktionskraften beror på modulen för den relativa hastigheten.

Friktionskraften beror på kvaliteten på bearbetningen av gnidningsytorna och den resulterande ökningen av friktionskraften. Om du noggrant polerar ytorna på kontaktkroppar ökar antalet kontaktpunkter med samma kraft av normalt tryck, och därför ökar friktionskraften. Friktion är associerad med att övervinna molekylära bindningar mellan kontaktande kroppar.

3.5.Friktionskoefficient

Friktionskraften beror på kraften som pressar en given kropp mot ytan av en annan kropp, dvs på kraften av normalt tryck N och på kvaliteten på gnuggytor.

I experimentet med en tribometer är den normala tryckkraften blockets vikt. Låt oss mäta kraften av normalt tryck lika med vikten av koppen med vikter i ögonblicket av enhetlig glidning av blocket. Låt oss nu fördubbla kraften av normalt tryck genom att placera vikter på blocket. Genom att lägga ytterligare vikter på koppen får vi återigen blocket att röra sig jämnt.

Friktionskraften kommer att fördubblas. Baserat på liknande experiment konstaterades att, med oförändrat material och tillstånd hos gnidningsytorna, är deras friktionskraft direkt proportionell mot kraften av normalt tryck, dvs.

Värdet som kännetecknar friktionskraftens beroende av materialet och kvaliteten på bearbetningen av gnidningsytorna kallas friktionskoefficienten. Friktionskoefficienten mäts med ett abstrakt tal som visar vilken del av den normala tryckkraften som är friktionskraften

μ beror på ett antal orsaker. Erfarenheten visar att friktionen mellan kroppar av samma ämne generellt sett är större än mellan kroppar av olika ämnen. Således är friktionskoefficienten för stål på stål större än friktionskoefficienten för stål på koppar. Detta förklaras av närvaron av molekylära interaktionskrafter, som är mycket större för homogena molekyler än för olika.

Påverkar friktionen och kvaliteten på bearbetningen av gnuggytor.

När kvaliteten på bearbetningen av dessa ytor är olika, är storleken på grovheterna på gnidningsytorna också ojämlika, ju starkare vidhäftningen av dessa ytor är, d.v.s. desto större μ av friktionen. Följaktligen motsvarar samma material och bearbetningskvalitet för båda gnidytorna det högsta värdet font-size:14.0pt;line-height:115%"> interaktionskrafter. Om i föregående formel under F tr betydde glidfriktionskraften, då kommer μ att beteckna glidfriktionskoefficienten, men om FTp ersätt med det största värdet av den statiska friktionskraften F max ., då kommer μ att beteckna den statiska friktionskoefficienten

Låt oss nu kontrollera om friktionskraften beror på kontaktytan för gnidningsytorna. För att göra detta, sätt 2 identiska stänger på tribometerskenorna och mät friktionskraften mellan skenorna och den "dubbla" stången. Sedan sätter vi dem på löparna separat, sammankopplade med varandra, och mäter friktionskraften igen. Det visar sig att, trots ökningen av gnidytornas yta i det andra fallet, förblir friktionskraften densamma. Därav följer att friktionskraften inte beror på storleken på gnidningsytorna. Detta vid första anblick märkliga resultat av experimentet förklaras mycket enkelt. Genom att öka arean av gnidningsytorna ökade vi därmed antalet ojämnheter på ytan av de kroppar som griper in i varandra, men minskade samtidigt kraften med vilken dessa ojämnheter trycker mot varandra, eftersom vi fördelade stängernas vikt över ett större område.

Erfarenheten har visat att friktionskraften beror på rörelsehastigheten. Men vid låga hastigheter kan detta beroende försummas. Medan rörelsehastigheten är låg ökar friktionskraften med ökande hastighet. För höga rörelsehastigheter observeras ett omvänt förhållande: med ökande hastighet minskar friktionskraften. Det bör noteras att alla etablerade samband för friktionskraften är ungefärliga.

Friktionskraften varierar avsevärt beroende på gnidytornas tillstånd. Den minskar särskilt kraftigt i närvaro av ett vätskeskikt, såsom olja, mellan gnidningsytorna (smörjmedel). Smörjmedel används i stor utsträckning inom teknik för att minska skadliga friktionskrafter.

3.6. Friktionskrafternas roll

Inom tekniken och i vardagen spelar friktionskrafter en enorm roll. I vissa fall är friktionskrafter fördelaktiga, i andra är de skadliga. Friktionskraften håller spikar, skruvar och muttrar indrivna; håller trådar i tyg, knutar knutna etc. I frånvaro av friktion skulle det vara omöjligt att sy kläder, sätta ihop en maskin eller sätta ihop en låda.

Friktion ökar styrkan hos strukturer; Utan friktion är det omöjligt att lägga väggarna i en byggnad, eller fästa telegrafstolpar eller fästa delar av maskiner och strukturer med bultar, spikar och skruvar. Utan friktion skulle växter inte kunna stanna i jorden. Närvaron av statisk friktion gör att en person kan röra sig på jordens yta. När en person går, trycker en person jorden bakåt, och jorden trycker personen framåt med samma kraft. Kraften som för en person framåt är lika med den statiska friktionskraften mellan fotsulan och jorden.

Ju mer en person trycker tillbaka jorden, desto större statisk friktionskraft appliceras på benet, och desto snabbare rör sig personen.

När en person trycker på jorden med en kraft som är större än den maximala statiska friktionskraften, glider benet bakåt, vilket gör det svårt att gå. Låt oss komma ihåg hur svårt det är att gå på hal is. För att göra det lättare att gå måste du öka den statiska friktionen. För detta ändamål strös den hala ytan med sand. Detsamma gäller förflyttning av ett ellok eller bil. Hjulen som är kopplade till motorn kallas drivhjul.

När drivhjulet, med kraften som genereras av motorn, trycker skenan bakåt, flyttar en kraft lika med statisk friktion och applicerad på hjulaxeln elloket eller bilen framåt. Så friktion mellan drivhjulet och skenan eller jorden är fördelaktigt. Om den är liten slirar hjulet, och elloket eller bilen står stilla. Friktion, till exempel, mellan rörliga delar av en arbetande maskin är skadlig. För att öka friktionen strös sand på rälsen. I isiga förhållanden är det mycket svårt att gå och köra bilar, eftersom den statiska friktionen är mycket låg. I dessa fall beströs trottoarer med sand och kedjor sätts på bilhjul för att öka den statiska friktionen.

Friktion används också för att hålla kroppar i vila eller för att stoppa dem om de rör sig. Hjulens rotation stoppas med hjälp av bromsbelägg, som på ett eller annat sätt pressas mot hjulfälgen. De vanligaste är luftbromsar, där bromsbelägget trycks mot hjulet med hjälp av tryckluft.

Låt oss ta en närmare titt på rörelsen hos en häst som drar en släde. Hästen placerar sina ben och spänner sina muskler på ett sådant sätt att benen, i avsaknad av vilande friktionskrafter, skulle glida bakåt. I detta fall uppstår statiska friktionskrafter riktade framåt. På en släde, som hästen drar fram genom linorna med kraft , Den glidande friktionskraften verkar från marken och är riktad bakåt. För att hästen och släden ska få acceleration krävs att friktionskraften från hästens hovar på vägbanan är större än den friktionskraft som verkar på släden. Men oavsett hur stor friktionskoefficient hästskorna har på marken kan den statiska friktionskraften inte vara större än den kraft som borde ha fått hovarna att glida, det vill säga kraften från hästens muskler. Därför, även när hästens ben inte glider, kan han ibland inte flytta den tunga släden. Vid rörelse (när glidningen börjar) minskar friktionskraften något; därför räcker det ofta med att bara hjälpa hästen att flytta släden så att den sedan kan bära den.

4. Experimentella resultat

Mål:ta reda på beroendet av glidfriktionskraft på följande faktorer:

Från lasten;

Från kontaktområdet för gnidningsytor;

Från gnidningsmaterial (på torra ytor).

Utrustning: laboratoriedynamometer med en fjäderstyvhet på 40 N/m; rund demonstrationsdynamometer (gräns - 12N); träblock - 2 stycken; uppsättning laster; träplanka; en bit metallplåt; platt gjutjärnsstång; is; sudd.

Experimentella resultat

1. Beroende av glidfriktionskraft på last.

2. Friktionskraftens beroende av gnidytornas kontaktyta.

3. Friktionskraftens beroende av storleken på gnidningsytornas ojämnheter: trä på trä (olika ytbehandlingsmetoder).

När vi studerar friktionskraften från material på gnidningsytor använder vi ett block som väger 120 g och olika kontaktytor. Vi använder formeln:

Vi beräknade glidfriktionskoefficienter för följande material:

5. Designarbete och slutsatser

Mål:skapa demonstrationsexperiment; förklara resultaten av observerade fenomen.

Friktionsexperiment

Efter att ha studerat litteraturen valde vi ut flera experiment som vi bestämde oss för att genomföra själva. Vi tänkte igenom experimenten och försökte förklara resultaten av våra experiment. Som instrument och verktyg tog vi: en trälinjal, knivar, sandpapper, ett sliphjul.

Erfarenhet nr 1

En cylindrisk låda med en diameter på 20 cm och en höjd av 7 cm är fylld med sand. En lätt statyett med en vikt på benen begravs i sanden och en metallkula placeras på dess yta. När lådan skakas sticker figuren upp ur sanden och bollen sjunker i den. När man skakar sanden försvagas friktionskrafterna mellan sandkornen, den blir rörlig och får egenskaperna hos en vätska. Därför "sjunker" tunga kroppar i sanden och lätta "svävar".

Erfarenhet№ 2 Knivspets i verkstäder. Bearbetning av ytorna på delar med sandpapper. Fenomenen är baserade på delning av skåror mellan kontaktytor.

Erfarenhet nr 3När tråden upprepade gånger förlängs och böjs, värms böjområdet upp. Detta uppstår på grund av friktion mellan enskilda lager av metall.

Dessutom, när ett mynt gnids mot en horisontell yta, värms myntet upp.

Resultaten av dessa experiment kan förklara många fenomen.

Till exempel fallet i verkstäder. När jag arbetade vid maskinen mötte jag rök mellan gnidningsytorna på maskinens rörliga delar. Detta förklaras av fenomenet friktion mellan kontaktytor. För att förhindra detta fenomen var det nödvändigt att smörja gnidningsytorna och därigenom minska friktionskraften.

6. Sammanfattning

Vi fick reda på att människor länge har använt kunskap om fenomenet friktion, erhållen experimentellt. Börjar med XV - XVI århundraden blir kunskapen om detta fenomen vetenskaplig: experiment utförs för att bestämma friktionskraftens beroende av många faktorer, och mönster avslöjas.

Nu vet vi exakt vad friktionskraften beror på och vad som inte påverkar den. Mer specifikt beror friktionskraften på: lasten eller kroppsvikten; på typen av kontaktytor; på kropparnas relativa rörelsehastighet; på storleken på ojämnheter eller ytjämnhet. Men det beror inte på kontaktytan.

Nu kan vi förklara alla mönster som observeras i praktiken av materiens struktur, styrkan av interaktion mellan molekyler.

Vi genomförde en serie experiment, utförde ungefär samma experiment som forskare och fick ungefär samma resultat. Det visade sig att vi experimentellt bekräftade alla påståenden vi gjorde.

Vi skapade en serie experiment för att hjälpa till att förstå och förklara några "svåra" observationer.

Men, förmodligen, det viktigaste är att vi insåg hur fantastiskt det är att själva få kunskap och sedan dela den med andra.

Lista över begagnad litteratur.

1. Lärobok i elementär fysik: Studiehandledning. I 3-xt. /Red. . T.1 Mekanik. Molekylär fysik. M.: Nauka, 1985.

2., Mekaniks och teknikens spetälska: Bok. för studenter. – M.: Utbildning, 1993.

3. Förresten, del 1 och 2. Mekanik. Molekylär fysik och värme. M.: Högre skola, 1972.

4. Encyklopedi för barn. Volym 16. 1 Fysikens biografi. Resa in i materiens djup. Mekanisk bild av världen/Kapitel. Ed. . – M.: Avanta+, 2000

· http://demo. Hem. nov. ru/favorit. htm

· http://gannalv. *****/tr/

· http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

· http://class-fizika. *****/7_tren. htm

· http://www. *****/komponent/option, com_frontpage/Itemid,1/

Visste du att redan år 1500 var den briljante Leonardo da Vinci mycket intresserad av vad friktionskraften beror på och vad den representerar? De märkliga experimenten som han utförde väckte stor förvåning bland hans elever, och vad mer kunde förväntas av människor som ser en begåvad vetenskapsman dra ett rep över golvet, antingen upprullat till sin fulla längd eller hårt upprullat. Dessa och andra liknande experiment gjorde det möjligt för honom lite senare (1519) att dra slutsatsen: friktionskraften som uppstår när en kropp kommer i kontakt med ytan på en annan beror direkt på belastningen (tryckkraften), beror inte på interaktionsområdet och är riktad i motsatt riktning från rörelsesidan.

Öppna formeln

180 år gick, och Leonardos modell återupptäcktes av G. Amonton, och 1781 gav S. O. Coulomb den sin slutliga formulering i sina verk. Förtjänsten med dessa två forskare är att de introducerade en sådan fysisk konstant som friktionskoefficienten, vilket gör det möjligt att härleda en formel som kan användas för att beräkna vad friktionskraften är lika med för ett specifikt par av interagerande material. Hittills är detta uttrycket

F t = k t x P, där

P är tryckkraften (belastningen), och k t är friktionskoefficienten, som migrerar från år till år till olika läroböcker och manualer om fysik, och själva koefficienterna har länge beräknats och finns i standardiserade tekniska referensböcker. Det verkar som om detta fenomen äntligen hade blivit helt klart, men så var inte fallet.

Nya nyanser

På 1800-talet blev forskare övertygade om att formuleringen som föreslogs av Amonton och Coulomb inte var universell och absolut korrekt, och friktionskraften berodde inte bara på koefficienterna och den applicerade belastningen. Dessutom finns det en tredje faktor - kvaliteten på ytbehandlingen. Beroende på om den är slät eller grov kommer friktionskraften att få ett annat värde. I princip är detta ganska logiskt: att flytta ett glidande föremål är mycket lättare jämfört med att flytta ett föremål med en ojämn yta. Och i slutet av 1800-talet dök nya landvinningar upp i studiet av viskositet, och det blev tydligt hur friktionskraften verkar i vätskor. Och även om smörjning av gnidningsytor användes från allra första början av tekniken, var det först 1886, tack vare O. Reynolds, som en sammanhängande teori tillägnad smörjning dök upp.
Så om det finns tillräckligt med det, och det inte finns någon direkt kontakt mellan två föremål, beror friktionskraften endast på dess hydrodynamik. Och om det inte finns tillräckligt med smörjmedel, aktiveras alla tre mekanismerna: Coulomb-kraften, den viskösa motståndskraften och kraften som hindrar den från att förflytta sig. Tror du att denna teori har satt stopp för studiet av detta fenomen? Det stämmer, nej. Vid tröskeln till 1900-talet visade det sig att vid låga hastigheter i frånvaro av smörjning uppstår en randeffekt. Dess kärna är att när det inte finns någon smörjning, minskar inte motståndskraften omedelbart från startkraften till nivån för coulombkraften, utan faller gradvis när hastigheten ökar. Under 1900-talet gav ytterligare forskning på detta område så mycket ny information att den behövde systematiseras på något sätt. Som ett resultat dök en hel vetenskap upp - tribologi, som studerar hur friktionskraften verkar i naturen. Bara i USA har antalet forskare som arbetar inom detta område överstigit tusen människor, och mer än 700 artiklar publiceras årligen om detta ämne runt om i världen. Jag undrar vad mer intressanta saker forskare kommer att kunna upptäcka? Vänta och se!

Introduktion.

Vi möter friktion vid varje steg. Men trots den stora roll som friktion spelar i våra liv har en tillräckligt fullständig bild av förekomsten av friktion ännu inte skapats. Detta beror inte ens på att friktion har en komplex karaktär, utan snarare på att experiment med friktion är mycket känsliga för ytbehandling och därför är svåra att reproducera.

När man talar om friktion urskiljs tre lite olika fysiska fenomen: motstånd när en kropp rör sig i en vätska eller gas kallas vätskefriktion; motståndet som uppstår när en kropp glider över någon yta är glidfriktion, eller torrfriktion; motstånd som uppstår när en kropp rullar - rullfriktion .

Friktionskraftens historia

Den första formuleringen av friktionskraften tillskrivs Leonardo da Vinci. Han menade att friktionskraften som uppstår när en kropp kommer i kontakt med en annan kropps yta är proportionell mot belastningen (tryckkraften), riktad mot rörelseriktningen och inte beror på kontaktytan.

Leonardos modell återupptäcktes 180 år senare av G. Amonton och fick sin slutliga formulering i verk av Coulomb (1781). Amonton och Coulomb introducerade begreppet friktionskoefficient som förhållandet mellan friktionskraft och belastning, vilket ger det värdet av en fysisk konstant som helt bestämmer friktionskraften för alla par av kontaktmaterial. Hittills är detta formeln

där P är tryckkraften, och Ftr är friktionskraften, är den enda formeln som förekommer i fysikläroböcker, och värdena för friktionskoefficienten ftr för olika material (stål på stål, stål på brons, gjutjärn på läder, etc.) ingår i standardiserade tekniska referensböcker och fungerar som grund för traditionella tekniska beräkningar.

Men redan på 1800-talet blev det klart att Amonton-Coulomb-lagen inte ger en korrekt beskrivning av friktionskraften, och friktionskoefficienter är på intet sätt universella egenskaper. Först och främst noterades att friktionskoefficienter inte bara beror på vilka material som är i kontakt, utan också på hur smidigt kontaktytorna behandlas. Det visade sig också att den statiska friktionskraften skiljer sig från friktionskraften under rörelse. För att påminna dig om vad som vanligtvis förstås med statisk friktion, låt oss presentera ett diagram över ett enkelt experiment (Fig. 1).

Vi ska försöka flytta kroppen genom att dra i en kabel med en fjäderdynamometer. När änden av kabeln rör sig något förblir kroppen på plats: kraften som utvecklas av dynamometerfjädern räcker inte. Man brukar säga att en friktionskraft utvecklas på kontaktytorna som balanserar den applicerade kraften. Vi ökar gradvis förskjutningen och, med den, den elastiska kraften som appliceras på kroppen. Vid något tillfälle visar det sig vara tillräckligt för att flytta kroppen från sin plats. Dynamometeravläsningen som registreras i detta ögonblick kallas vanligtvis den statiska friktionskraften, som kännetecknar de begränsande förmågorna hos den stationära (statiska) vidhäftningen av kroppar. Om vi ​​fortsätter att långsamt dra i kabeln kommer kroppen att röra sig längs ytan. Det visar sig att dynamometeravläsningarna som registreras under rörelse inte kommer att vara desamma som vid startögonblicket. Typiskt är friktionskraften under långsam rörelse mindre än brottkraften, statisk friktion. Coulomb studerade exakt friktionskraften under den långsamma ömsesidiga rörelsen av kontaktande kroppar och fann att denna kraft inte beror på hastighetens storlek, utan bara på rörelseriktningen (alltid riktad mot rörelsen.

Slutet av 1800-talet präglades av anmärkningsvärda landvinningar i studiet av viskositet, det vill säga friktion i vätskor. Det har förmodligen varit känt sedan förhistorisk tid att ytor som är smorda med fett eller till och med helt enkelt fuktade med vatten glider mycket lättare. Smörjning av gnidningsytor har använts sedan teknikens födelse, men endast O. Reynolds 1886 gav den första teorin om smörjning.

Om det finns ett tillräckligt tjockt lager av smörjmedel, för att säkerställa att det inte finns någon direkt kontakt mellan gnidningsytorna, bestäms friktionskraften endast av smörjmedelsskiktets egenskaper. Den statiska startkraften är noll, och med ökande hastighet ökar kraften i motståndet mot rörelse. Om det inte finns tillräckligt med smörjning, agerar alla tre mekanismerna: kraften av statiskt motstånd för att flytta bort från en plats, Coulomb-kraften och kraften av viskös motstånd.

Så i slutet av 1800-talet blev bilden av friktionskraftens beroende av hastigheten, som presenteras av grafen, tydlig (fig. 2, a). Men redan vid tröskeln till 1900-talet uppstod tvivel om riktigheten av denna bild vid mycket låga hastigheter. År 1902 publicerade Stribeck data som visar att i frånvaro av smörjning faller inte dragkraften omedelbart från brytkraftsnivån till Coulomb-kraften, utan det sker en gradvis minskning av kraften med ökande hastighet - en effekt som är motsatt till hydrodynamisk viskositet. Detta faktum kontrollerades på nytt många gånger senare och kallas nu vanligtvis för stribeckeffekten. Bild av friktionskraftens beroende av hastigheten (Figur 2, b.).

Den snabbt utvecklande tekniken på 1900-talet krävde mer och mer uppmärksamhet för studiet av friktion. På 30-talet blev forskningen inom friktionsområdet så intensiv att det var nödvändigt att särskilja det som en speciell vetenskap - tribologi, som ligger i skärningspunkten mellan mekanik, fysik för ytfenomen och kemi (skapandet av nya smörjmedel är ett verk av apotek). Bara i USA arbetar för närvarande mer än 1 000 forskare inom detta område, och mer än 700 artiklar publiceras årligen inom världsvetenskapen.

Modern bild av friktion.

För att förstå åtminstone grunderna i tribologi bör man först och främst vända sig till topografin på ytorna på delar av verkliga mekanismer i kontakt med varandra. Dessa ytor är aldrig helt plana och har mikroojämnheter. Placeringen av utsprången på en yta sammanfaller inte med placeringen av utsprången på den andra. Som en av tribologins pionjärer, F. Bowden, bildligt uttryckte det, "superpositionen av två fasta kroppar på varandra är som superpositionen av de schweiziska alperna på de inverterade österrikiska alperna - kontaktytan visar sig vara mycket liten. ” Under kompression deformeras emellertid de spetsiga "bergstopparna" plastiskt, och den faktiska kontaktytan ökar i proportion till den applicerade belastningen. Det är motståndet mot den relativa förskjutningen av dessa kontaktzoner som är huvudkällan till rörelsefriktion. Själva skjuvmotståndet vid ideal kontakt bestäms av intermolekylär interaktion, vilket beror på naturen hos kontaktmaterialen.

Således förklaras inverkan av två huvudfaktorer: last (tryckkraft) och materialegenskaper. Det finns dock två komplicerande omständigheter. För det första täcks metallytor i luft snabbt med en tunn film av oxider, och i själva verket är kontakten inte mellan rena metallytor, utan mellan oxidfilmer som har lägre skjuvmotstånd. Inträngningen av vätska eller pastasmörjmedel förändrar i allmänhet kontaktmönstret. För det andra, med relativ skjuvning, sker inte bara glidning längs kontaktytorna, utan även elastisk deformation av utsprång och toppar. Låt oss schematiskt markera endast två toppar (praktiskt sett är lutningen på deras sluttningar cirka 10?-20?, men för tydlighetens skull är de ritade brantare i fig. 3). När man försöker röra sig i horisontell riktning börjar den ena toppen att böja den andra, det vill säga den försöker först jämna ut vägen och sedan glida längs den. Topparnas bredd är liten (i storleksordningen hundradelar av en millimeter), och inom sådana mikroförskjutningar spelas huvudrollen av elastiskt motstånd, det vill säga kraften måste följa Hookes lag och vara proportionell mot förskjutningen. Med andra ord, med mikroförskjutningar, verkar kontaktytorna vara förbundna med ett flertal fjädrar. Men efter att den övre toppen passerat över den nedre under rörelsen (och båda är tillplattade) går fjädern av tills den stöter på ett nytt hinder. Sålunda, efter applicering av en längsgående kraft som tenderar att flytta två kroppar, kan följande fyra huvudlägen uppstå: lägen:

I elastiska mikroförskjutningar, läge

II glider längs kontaktytorna för det mjuka ytskiktet (oxidfilmer), läge

III, när det utpressade flytande smörjmedlet vid en högre hastighet skapar en lyftkraft som bryter de flesta av de direkta kontakterna och därigenom minskar friktionskraften,

IV, när direkta kontakter försvinner helt, "svävar" den ena kroppen över den andra längs med smörjskiktet och det viskösa motståndet ökar med ökande hastighet.

Lämnade ett svar Gäst

Friktionskrafter, som följer oss överallt, spelar en stor roll i våra liv. Det är sant att vi inte märker detta i våra vardagliga bekymmer och strävar oftast efter att minska effekten av friktion till ett minimum. Lager, smörjmedel, strömlinjeformade former - allt detta och mycket mer gör att du framgångsrikt kan bekämpa olika typer av friktion. Detta kräver mycket ansträngning och pengar, på grund av vilket en åsikt har utvecklats om farorna med friktion, att om friktionen plötsligt försvann, skulle en person bara gynnas. Men är det? Detta är långt ifrån sant, eftersom friktion är både vår fiende och vår allierade. I vissa fall hotar frånvaron av friktion stora problem (till exempel sker inbromsning av bilar endast på grund av friktionskrafterna som uppstår mellan dynorna och trumman), och i vissa fall har även minimala friktionskrafter de mest skadliga effekterna (t. till exempel i mekaniska klockor och fina vetenskapliga instrument). Men för att förstå den fulla betydelsen av friktion är det nödvändigt att "stänga av den" och övervaka framtida händelser. Så, hur skulle världen se ut utan torr och trögflytande friktion av alla slag? Vi kommer inte att kunna gå eller röra oss på något annat sätt. När allt kommer omkring, när vi går, upplever fotsulorna friktion med golvet, och utan friktion kommer vi att må sämre än på den jämnaste isen i de hala skorna. Inte ett enda föremål (inklusive oss) kan finnas på ett ställe. När allt kommer omkring hålls allt som ligger på ett bord, golv eller bara marken av statisk friktion. Vad kommer att hända? Alla kroppar kommer att börja röra sig och försöka nå den lägsta punkten. På jorden är det nästan omöjligt att skapa en perfekt horisontell yta, även plana laboratoriebord eller maskinsängar har lutningar på tusendelar av en grad. Men i en värld utan friktion kommer kroppar att börja röra sig även på sådana plan. Det är tydligt att det inte finns något behov av att prata om transport och i allmänhet om funktionen av några mekanismer. Bromsbelägg, remskivor och remmar, däck och vägen - ingen av dessa kommer att uppleva ömsesidig friktion, och kommer därför inte att fungera. Och maskinerna själva kommer inte längre att existera - alla bultar kommer att skruvas bort från dem och alla muttrar kommer att skruvas loss, eftersom de bara hålls på plats på grund av friktionskrafterna i gängorna. Om friktionen plötsligt försvann, skulle våra hus falla sönder på ett ögonblick - murbruket skulle inte längre hålla tegelstenarna, de indrivna spikarna skulle komma ut ur brädorna, eftersom de hålls där endast av friktion! Endast svetsade eller nitade metallstrukturer kommer att förbli intakta. Utan friktion kommer många andra saker som är bekanta för oss att försvinna. Det kommer att vara omöjligt att knyta knutar från rep - de kommer att rivas upp. Alla vävda material kommer att separeras i enskilda trådar, och trådarna kommer att sönderfalla till de minsta fibrerna som utgör dem. Samma öde väntar metall- och repnät. Katastrofala förändringar väntar på naturen - själva jordens utseende kommer att förändras till oigenkännlighet. Vågorna som uppstår i havet kommer aldrig att avta, och ständiga vindar av fruktansvärd kraft kommer att blåsa i atmosfären - det finns trots allt ingen friktion mellan de enskilda lagren av vatten och luft, vilket gör att ingenting hindrar dem från att röra sig mycket snabbt i förhållande till varandra. Floderna kommer att svämma över sina stränder, och deras vatten kommer att forsa i hög hastighet över slätterna. Berg och kullar kommer att börja falla sönder till separata block och sand. Träd vars rötter hålls i marken enbart på grund av friktion kommer att börja rycka upp sig själva och krypa på jakt efter den lägsta punkten. Ja, en fruktansvärd bild kommer att dyka upp framför våra ögon: berg, träd, enorma stenblock, och själva jorden kommer att krypa, blandas, tills de hittar en balanspunkt. Om friktionskraften försvinner, kommer vår planet att bli en slät boll, på vilken det inte kommer att finnas några berg, inga fördjupningar, inga floder, inga hav - allt detta kommer att bryta, flyta ut, blandas och falla i en hög. Och starka vindar som aldrig avtar på en minut kommer att plocka upp damm och bära det över planeten. Livet under sådana förhållanden är osannolikt möjligt... Därför kan vi inte tala om friktion som ett skadligt fysiskt fenomen. Ja, det är ofta livsviktigt att minska friktionen till ett minimum, men ofta behövs också maximala möjliga friktionskrafter, eftersom friktion är både en fiende och en vän.

Det finns många fysiska fenomen i världen omkring oss: åska och blixtar, regn och hagel, elektrisk ström, friktion... Vår rapport idag är tillägnad friktion. Varför uppstår friktion, vad påverkar det, vad beror friktionskraften på? Och slutligen, är friktion vän eller fiende?

Vad är friktionskraft?

Efter att ha sprungit upp lite kan du rusa längs den isiga stigen. Men försök att göra det på vanlig asfalt. Det är dock inte värt att prova. Ingenting kommer att fungera. Boven till ditt misslyckande kommer att vara en mycket stor friktionskraft. Av samma anledning är det svårt att flytta ett massivt bord eller, säg, ett piano.

I kontaktpunkten mellan två kroppar sker alltid interaktion, som förhindrar rörelse av en kropp på ytan av en annan. Det kallas friktion. Och omfattningen av denna interaktion är friktionskraften.

Typer av friktionskrafter

Låt oss föreställa oss att du behöver flytta ett tungt skåp. Din styrka räcker uppenbarligen inte till. Låt oss öka "skjuvkraften". Samtidigt ökar friktionskraften fred. Och den är riktad i motsatt riktning mot skåpets rörelse. Slutligen "vinner" "skjuvkraften" och skåpet flyttar sig bort. Nu kommer friktionskraften till sin rätt glida. Men det är mindre än den statiska friktionskraften och att flytta skåpet längre är mycket lättare.

Du har naturligtvis varit tvungen att se hur 2-3 personer rullar iväg en tung bil med en plötsligt avstannad motor. De som skjuter bilen är inte starka män, friktionskraften verkar bara på bilens hjul rullande. Denna typ av friktion uppstår när en kropp rullar över ytan på en annan. En boll, en rund eller facetterad penna, hjulen på ett tåg etc. kan rulla Denna typ av friktion är mycket mindre än den glidande friktionskraften. Därför är det väldigt enkelt att flytta tunga möbler om de är utrustade med hjul.

Men i det här fallet är friktionskraften riktad mot kroppens rörelse, därför minskar den kroppens hastighet. Om det inte vore för dess "skadliga natur", efter att ha accelererat på en cykel eller rullskridskor, kunde du njuta av åkturen på obestämd tid. Av samma anledning kommer en bil med avstängd motor att röra sig med tröghet under en tid och sedan stanna.

Så kom ihåg att det finns 3 typer av friktionskrafter:

• glidfriktion;
• rullande friktion;
• statisk friktion.

Hastigheten med vilken hastigheten ändras kallas acceleration. Men eftersom friktionskraften saktar ner rörelsen kommer denna acceleration att ha ett minustecken. Det vore korrekt att säga Under påverkan av friktion rör sig en kropp med inbromsning.

Vad är friktionens natur

Om du undersöker den släta ytan på ett polerat bord eller is genom ett förstoringsglas, kommer du att se små ojämnheter som en kropp glider eller rullar längs dess yta fastnar vid. När allt kommer omkring har en kropp som rör sig längs dessa ytor också liknande utsprång.

Vid kontaktpunkterna kommer molekylerna så nära att de börjar attrahera varandra. Men kroppen fortsätter att röra sig, atomerna rör sig bort från varandra, bindningarna mellan dem bryts. Detta gör att atomerna som befriats från attraktion vibrerar. Ungefär så som en fjäder befriad från spänning svänger. Vi uppfattar dessa vibrationer av molekyler som uppvärmning. Det är därför friktion åtföljs alltid av en ökning av temperaturen på kontaktytorna.

Detta betyder att det finns två orsaker till detta fenomen:

• oregelbundenheter på ytan av kontaktkroppar;
• krafter av intermolekylär attraktion.

Vad beror friktionskraften på?

Du har säkert märkt den plötsliga inbromsningen av en släde när den glider in på ett sandområde. Och ytterligare en intressant observation: när det är en person på släden, kommer de att gå en väg ner för backen. Och om två kompisar glider tillsammans kommer släden att stanna snabbare. Därför är friktionskraften:

• beror på materialet på kontaktytorna;
• dessutom ökar friktionen med ökande kroppsvikt;
• verkar i motsatt riktning mot rörelsen.

Fysikens underbara vetenskap är också bra eftersom många beroenden kan uttryckas inte bara i ord, utan också i form av speciella tecken (formler). För friktionskraften ser det ut så här:

Ftr = kN Var:

Ftr - friktionskraft.

k - Friktionskoefficient, som återspeglar friktionskraftens beroende av materialet och renheten i dess bearbetning. Låt oss säga, om metall rullar på metall k=0,18, om du åker skridskor på is k=0,02 (friktionskoefficienten är alltid mindre än en);

N är kraften som verkar på stödet. Om kroppen är på en horisontell yta är denna kraft lika med kroppens vikt. För ett lutande plan är det mindre vikt och beror på lutningsvinkeln. Ju brantare rutschkana desto lättare är det att glida ner och desto längre kan du åka.

Och genom att beräkna skåpets statiska friktionskraft med den här formeln kommer vi att ta reda på vilken kraft som måste appliceras för att flytta den från sin plats.

Arbete av friktionskraft

Om en kraft verkar på en kropp, under vilken kroppens inflytande rör sig, utförs alltid arbete. Friktionskraftens arbete har sina egna egenskaper: det orsakar trots allt inte rörelse, men förhindrar det. Därför är arbetet det gör kommer alltid att vara negativ, dvs. med ett minustecken, oavsett åt vilket håll kroppen rör sig.

Friktion är vän eller fiende

Friktionskrafter följer oss överallt, vilket ger påtaglig skada och... enorm nytta. Låt oss föreställa oss att friktionen har försvunnit. En förvånad observatör skulle se hur berg kollapsar, träd rycks upp från marken av sig själva, orkanvindar och havsvågor dominerar jorden oändligt. Alla kroppar glider ner någonstans, transporten faller isär i separata delar, eftersom bultarna inte fyller sin roll utan friktion, ett osynligt monster skulle ha löst alla snören och knutar, möblerna, som inte hålls fast av friktionskrafter, har gled in i rummets nedersta hörn.

Låt oss försöka fly, att fly från detta kaos, men utan friktion Vi kommer inte att kunna ta ett enda steg. Det är trots allt friktion som hjälper oss att trycka från marken när vi går. Nu är det klart varför hala vägar är täckta med sand på vintern...

Och samtidigt orsakar ibland friktion betydande skada. Människor har lärt sig att minska och öka friktionen och drar enorma fördelar av det. Till exempel uppfanns hjul för att dra tunga laster och ersätta glidfriktion med rullning, vilket är betydligt mindre än glidfriktion.

Eftersom en rullkropp inte behöver fånga många små ytojämnheter, som när kroppar glider. Sedan försågs hjulen med däck med djupt mönster (slitbanor).

Har du märkt att alla däck är gummi och svarta?

Det visar sig att gummi håller hjulen bra på vägen, och kolet som läggs till gummit ger det en svart färg och den nödvändiga styvheten och styrkan. Dessutom, vid olyckor på vägen, låter den dig mäta bromssträckan. När allt kommer omkring, vid inbromsning lämnar däcken ett tydligt svart märke.

Minska friktionen vid behov, använd smörjoljor och torrt grafitsmörjmedel. En anmärkningsvärd uppfinning var skapandet av olika typer av kullager. De används i en mängd olika mekanismer, från cyklar till de senaste flygplanen.

Finns det friktion i vätskor?

När en kropp står stilla i vatten uppstår inte friktion med vattnet. Men så fort den börjar röra sig uppstår friktion, d.v.s. Vatten motstår rörelsen av alla kroppar i det.

Detta innebär att stranden, vilket skapar friktion, "bromsar ner" vattnet. Och eftersom friktionen av vatten på stranden minskar dess hastighet, bör du inte simma in i mitten av floden, eftersom strömmen där är mycket starkare. Fiskar och havsdjur är formade på ett sådant sätt att friktionen av deras kroppar mot vattnet är minimal.

Designers ger samma effektivisering till ubåtar.

Vår bekantskap med andra naturfenomen kommer att fortsätta. Vi ses igen, vänner!

Om detta meddelande var användbart för dig skulle jag vara glad att se dig