...

Інші завдання дивись тут...

§ 29. ТЕРТЯ. СИЛИ ТЕРТЯ. КОЕФІЦІЄНТ ТЕРТЯ КОВЗАННЯ.

Точка прикладання сили тертя завжди є на тілі, на яке вона діє.

Сила тертя виникає під час взаємодії між твердими тілами в місцях їх дотику і перешкоджає їх відносному переміщенню, вона напрямлена протилежно до руху (сила тертя є причиною зменшення швидкості руху тіл).

Спостереження 1. На рухомі тіла діє сила тертя, яка напрямлена протилежно їх руху (автомобіль, вимкнувши двигун, через певний час зупиняється; шайба, рухаючись по льоду, також згодом зупиниться; зупиняється і велосипед, якщо припинити крутити педалі).

Дослід 3.1. Що більша сила притискає тіло до поверхні, то більша сила тертя виникає при цьому.

Прикріпимо до бруска динамометр і будемо тягнути його (надаючи бруску рівномірного руху); при цьому динамометр буде показувати силу, з якою ми тягнемо брусок, а отже, і силу тертя, яка виникає під час руху бруска по поверхні стола; покладемо на брусок тягарці й повторимо дослід; динамометр зафіксує більшу силу тертя. 

Дослід 3.2. Залежність сили тертя ковзання від матеріалу і якості обробки поверхні, по якій рухається.

Прикріпимо до бруска з попереднього досліду динамометр і будемо тягнути його по поверхні скла; по бетону; сила тертя по склу менша, ніж по бетону. 

Дослід 4. При однакових навантаженнях сила тертя кочення завжди менша від сили тертя ковзання.

Покладемо дерев'яний брусок на круглі олівці; потягнемо брусок динамометром; олівці за рахунок тертя між ними і бруском з дошкою почнуть обертатися, а брусок – рухатися (сила тертя кочення менша від сили тертя ковзання).

Якщо б тертя зникло, тоді рухомий автомобіль не зміг би зупинитися; нерухомий - зрушити з місця; пішоходи впали б на дорогу і не змогли б піднятися; тканини розпалися б на нитки, тому що нитки в них утримуються тертям; не змогли б перегорнути сторінки книжок.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Які є види тертя?

Залежно від того, як взаємодіють тертьові тіла, розрізняють види тертя : тертя спокою (тертя зчеплення поверхонь двох тіл), тертя ковзання (якщо одне тіло ковзає по другому), тертя кочення (якщо одне тіло котиться по другому).

Тертя спокою (тертя спокою переміщує вантажі, що розміщуються на рухомій стрічці транспортера; запобігає розв'язуванню шнурків; утримує шурупи і цвяхи в дошці тощо).

Дослід 1. Покладемо брусок на похилу дошку; брусок перебуває в стапі спокою (тертя спокою забезпечує зчеплення бруска й дошки).

Дослід 2. Покладіть на стіл зошит; зверху притисніть руку до зошита; пересуньте зошит; зошит буде рухатися відносно стола, але перебуває у спокої відносно вашої долоні (зошит рухається за допомогою тертя спокою зошита об руку). 

Тертя ковзання (таке тертя виникає під час руху саней або лиж по снігу, підошви по землі).

Тертя кочення (таке тертя виникає під час кочення коліс вагона, автомобіля, воза, під час перекочування бочок по землі).

2. Які причини виникнення тертя?

Причин виникнення сили тертя: 

- шорсткість стичних поверхонь тіл (навіть гладенькі на вигляд поверхні тіл мають нерівності, горбики і подряпини, коли одне тіло ковзає по поверхні іншого, ці нерівності зачіплюються одна за одну, що створює силу, яка заважає руху);

- взаємне притягання молекул стичних поверхонь тіл (якщо поверхні тіл дуже добре відполіровані, то їх молекули розміщуються так близько одна до одної, що помітно починає проявлятися притягання між ними).

3. Як визначають силу тертя ковзання?

Силу тертя ковзання визначають за формулою: Fтер = µN, де F - сила тертя ковзання; N - сила реакції опори (за значенням дорівнює силі тиску тіла на поверхню ковзання, що діє перпендикулярно до цієї поверхні); µ - коефіцієнт тертя ковзання. 

Якщо поверхня ковзання горизонтальна (тіло знаходиться на горизонтальній площині і відсутні сили, що діють під кутом до цієї площини), то сила тиску на неї дорівнює вазі тіла, тобто N = Р = mg, де P – вага тіла, g = 9,81 Н/кг, m - маса тіла.

Таблиця 5. Коефіцієнти тертя ковзання для деяких матеріалів.

Матеріал

Коефіцієнт тертя

Сталь по сталі

0,17

Залізо по залізу

0.30

Залізо по чавуну і бронзі

0,18

Дуб по дубу при паралельних волокнах

0.20

Дуб по дубу при перпендикулярних волокнах

0.40

Сталь по льоду

0.02

Сталь по твердому ґрунту

0.20-0.40

Дерево по льоду

0.035

4. Чому тертя може бути і корисним, і шкідливим?

Тертя шкідливе, бо внаслідок нагрівання зношуються механізми і машини, стираються підошви взуття і шипи автомобілів, ускладнюється пересування різних вантажів, але воно корисне для безпечного руху транспорту. Коли тертя корисне, його намагаються збільшити: на автомобільних шинах є рельєфні малюнки – протектори – смуги вздовж і впоперек шини, поперечні смуги збільшують тертя (силу зчеплення коліс з полотном дороги), поздовжні смути, а також виступи, розташовані під кутом, перешкоджають зміщенню автомобіля вбік.

5. Якими способами можна зменшити силу тертя?

Коли тертя шкідливе, його намагаються зменшити.

Щоб зменшити тертя, стичні поверхні роблять полірують (роблять гладенькими); між ними вводять мастило (оскільки тертя між поверхнею твердого тіла й рідиною значно менше, ніж між поверхнями твердих тіл); обертові вали машин і верстатів установлюють на підшипниках ( підшипники кочення бувають кулькові й роликові, вони дають змогу зменшити силу тертя у 20-30 разів порівняно з підшипниками ковзання).

6. Які сили називають силами опору?

Сили тертя, які виникають під час руху тіл у рідині або газі, називають силами опору середовища.

Спостереження 2. Сила опору залежить від форми тіла (ракетам, літакам, підводним човнам, кораблям і автомобілям падають обтічної форми, тобто форми, за якої сила опору найменша).

Коли намагаєтеся бігти у воді басейну, річки або озера, то відчуваєте великий опір з боку води і не можете швидко бігти; переносячи легкі великі предмети у вітряну погоду, відчуваєте такий опір з боку вітру, що дуже важко йти; в безвітряну погоду стоїте біля дороги і повз проїжджає вантажний автомобіль на великій швидкості, то обов'язково відчуєте вітер, що супроводжує рух автомобіля (більша швидкість автомобіля, то більша сила цього вітру).

Дослід 5. Сила опору руху залежить від середовища (човни, кораблі не можуть розвинути такої швидкості, яку розвивають літаки, тому що сила опору руху у воді набагато більша, ніж у повітрі).

Візьмемо два вимірювальних циліндри; наповнимо один з них водою, а другий - олією або машинним маслом; кинемо одночасно в них однакові металеві кульки; кулька у воді впаде на дно швидше, ніж у маслі (сила опору руху кульки в маслі більша, ніж у воді).

 

Лабораторна робота № 9

Визначення коефіцієнта тертя ковзання.

Мета роботи: на дослідах визначити коефіцієнт тертя ковзання. Прилади і матеріали: динамометр, дерев'яний брусок, дерев'яна лінійка, набір важків.

Хід роботи

1. Визначте динамометром масу бруска і одного важка.

2. Покладіть брусок на горизонтально розміщену дерев'яну лінійку. На брусок поставте важок.

3. Прикріпіть до бруска з важком динамометр і тягніть його вздовж лінійки зі сталою швидкістю. 

Запишіть покази динамометра в таблицю.

досліду

Маса бруска з важками m, кг

Сила F н

Сила реакції опори

N = mg, Н

Коефіцієнт тертя ковзання

µ = Fтер/N = Fтер/mg

 

1

2

3

 

 

 

 

4. До першого важка додайте другий, а потім - третій, щоразу зважуючи брусок і важки та вимірюючи силу тертя. Для кожного досліду визначте силу реакції опори, значення якої в умовах кожного досліду дорівнює вазі бруска й важків, за формулою N = mg. Результати вимірювань і розрахунків запишіть у таблицю.

5. Визначте коефіцієнт тертя ковзання для кожного випадку за формулою

µ = Fтер/N = Fтер / mg. Визначте µс = (µ1 + µ2 + µ3)/3

6. Зробіть висновки. 

Для допитливих.

За результатами вимірювань і розрахунків побудуйте графік залежності сили тертя від сили реакції опори і, користуючись ним, визначте середнє значення коефіцієнта тертя ковзання µс. Зробіть висновки.

Інші завдання дивись тут...

 

...