ТЕРТЯ. СИЛИ ТЕРТЯ. КОЕФІЦІЄНТ ТЕРТЯ КОВЗАННЯ
Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА
&29. ТЕРТЯ. СИЛИ ТЕРТЯ. КОЕФІЦІЄНТ ТЕРТЯ КОВЗАННЯ
Спостереження 1. Автомобіль, вимкнувши двигун, через певний час зупиняється. Шайба, рухаючись по льоду, також згодом зупиниться. Зупиняється і велосипед, якщо припинити крутити педалі.
Що ж є причиною зменшення швидкості руху тіл?
З раніше вивченого ви знаєте, що причиною зміни швидкості руху тіл є дія одного тіла на інше. Отже, у випадках, які розглядали, на кожне рухоме тіло діяла сила. Тіла зупинилися, тому що на них діяла сила, яка напрямлена протилежно
Сила тертя виникає під час взаємодії між твердими тілами в місцях їх дотику і перешкоджає їх відносному переміщенню.
Однією з причин виникнення сили тертя є шорсткість стичних поверхонь тіл. Навіть гладенькі на вигляд поверхні тіл мають нерівності, горбики і подряпини. На малюнку 135 ці нерівності зображено у збільшеному вигляді. Коли одне тіло ковзає по поверхні іншого, ці нерівності зачіплюються одна за одну, що створює силу, яка заважає руху.
Друга причина тертя – взаємне притягання молекул стичних поверхонь тіл. Якщо поверхні тіл дуже добре відполіровано, то їх молекули
Розрізняють кілька видів тертя залежно від того, як взаємодіють тертьові тіла: тертя спокою, тертя ковзання, тертя кочення.
Дослід 1. Покладемо брусок на похилу дошку. Брусок перебуває в стані спокою. Що утримує його від зісковзування вниз? Тертя спокою забезпечує зчеплення бруска й дошки.
Дослід 2. Притисніть свою руку до зошита, що лежить на столі, і пересуньте його. Зошит буде рухатися відносно стола, але перебуває у спокої відносно вашої долоні. За допомогою чого ви примусили цей зошит рухатися? За допомогою тертя спокою зошита об руку.
Тертя спокою переміщує вантажі, що розміщуються на рухомій стрічці транспортера, запобігає розв’язуванню шнурків, утримує шурупи і цвяхи в дошці тощо.
Якщо одне тіло ковзає по іншому, то тертя, що виникає при цьому, називають тертям ковзання. Таке тертя виникає під час руху саней або лиж по снігу, підошв по землі.
Якщо одне тіло котиться по іншому, то говорять про тертя кочення. Під час кочення коліс вагона, автомобіля, воза, під час перекочування бочок по землі проявляється тертя.
А від чого залежить сила тертя?
Дослід 3. Прикріпимо до бруска динамометр і будемо тягнути його, надаючи бруску рівномірного руху (мал. 136). 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.
Мал. 135
Мал. 136
Що більша сила притискає тіло до поверхні, то більша сила тертя виникає при цьому.
Виконаємо попередній дослід, але тіло будемо рухати по поверхні скла, по бетону. З’ясуємо, що сила тертя залежить від якості поверхні, по якій рухається тіло.
Сила тертя залежить від матеріалу і якості обробки поверхні, по якій рухається тіло.
Силу тертя ковзання визначають за формулою:
Fтер = μN
Де Fтep – сила тертя ковзання; N – сила реакції опори, що за значенням дорівнює силі тиску тіла на поверхню ковзання, що діє перпендикулярно до цієї поверхні; м – коефіцієнт тертя ковзання. Якщо поверхня ковзання горизонтальна, то сила тиску на неї дорівнює вазі тіла, тобто N = Р = gm, а F = μgm, де g = 9,81 Н/кг; m – маса тіла.
У таблиці 8 вказано коефіцієнти тертя ковзання для деяких матеріалів.
Таблиця 8
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 грунту | 0,20-0,40 |
Дерево по льоду | 0,035 |
Дослід 4. Покладемо дерев’яний брусок на круглі олівці (мал. 137). Потягнемо брусок динамометром, олівці за рахунок тертя між ними і бруском з дошкою почнуть обертатися, а брусок – рухатися. Сила тертя кочення буде меншою від сили тертя ковзання.
Мал. 137
При однакових навантаженнях сила тертя кочення завжди менша від сили тертя ковзання.
Якщо розглянете швацьку голку, то відразу помітите, що вона гладко відполірована. Для чого потрібне таке полірування? А чи легко шити заіржавілою голкою? Тут ви безпосередньо пересвідчуєтеся, яку роль відіграє в побуті тертя.
У природі й техніці тертя може бути і корисним, і шкідливим. Коли воно корисне, його намагаються збільшити, а коли шкідливе – зменшити.
Через тертя зношуються механізми і машини, стираються підошви взуття і шини автомобілів, ускладнюється пересування різних вантажів.
Але уявіть на хвилину, що тертя зникло. Тоді рухомий автомобіль не зміг би зупинитися, а 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; ви навіть не змогли б перегорнути сторінки цього підручника.
Ви, мабуть, неодноразово помічали, що па автомобільних шинах є рельєфні малюнки (так звані протектори), які розміщені вздовж і впоперек шини (мал. 138). Вони зроблені для збільшення тертя, тобто сили зчеплення коліс з полотном дороги. Поперечні смуги збільшують зчеплення колеса з полотном дороги, а поздовжні смуги, а також виступи, розташовані під кутом, перешкоджають зміщенню, зісковзуванню автомобіля вбік.
У всіх машинах унаслідок тертя нагріваються і спрацьовуються рухомі частини. Щоб зменшити тертя, стичні поверхні роблять гладенькими і 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 (мал. 139). Вони дають змогу зменшити силу тертя у 20-30 разів порівняно з підшипниками ковзання.
Відомо, що змащування тертьових поверхонь значно зменшує тертя між ними. Чому ж важче утримувати топорище сокири сухою рукою, ніж вологою? Виявляється, що при змащуванні дерева дрібні волокна на його поверхні набрякають, тому тертя між рукою і топорищем збільшується, що й допомагає утримувати сокиру в руках.
Мал. 138
Мал. 139
Спостереження 2. Коли ви 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, ви відчуваєте такий опір з боку вітру, що вам дуже важко йти.
Коли в безвітряну погоду ви стоїте біля дороги і повз вас проїжджає вантажний автомобіль на великій швидкості, то ви обов’язково відчуєте вітер, що супроводжує рух автомобіля. Що більша швидкість автомобіля, то більша сила цього вітру.
Сили тертя, які виникають під час руху тіл у рідині або газі, називають силами опору середовища.
Сила опору залежить від форми тіла. Ракетам, літакам, підводним човнам, кораблям і автомобілям надають обтічної форми, тобто форми, за якої сила опору найменша.
Дослід 5. Візьмемо два вимірювальних циліндри, наповнимо один з них водою, а другий – олією або машинним маслом. Кинемо одночасно в них однакові металеві кульки. У результаті досліду побачимо, що кулька у воді впаде на дно швидше, ніж у маслі, тобто сила опору руху кульки в маслі більша, ніж у воді.
Човни, кораблі не можуть розвинути такої швидкості, яку розвивають літаки, тому що сила опору руху у воді набагато більша, ніж у повітрі.
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
1. Які є види тертя?
2. Які причини виникнення тертя?
3. Як визначають силу тертя ковзання?
4. Чому тертя може бути і корисним, і шкідливим?
5. Якими способами можна зменшити силу тертя?
6. Які сили називають силами опору?
Лабораторна робота № 9
Визначення коефіцієнта тертя ковзання
Мета роботи: визначити коефіцієнт тертя ковзання.
Прилади і матеріали: динамометр, дерев’яний брусок, дерев’яна лінійка, набір важків.
Хід роботи
1. Визначте динамометром вагу 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 (мал. 140). Запишіть покази динамометра в таблицю.
№ досліду | Вага бруска з важками Р, Н | Сила тертя ковзанняFтер, Н | Сила реакції опори N = P, Н | Коефіцієнт тертя F Ковзання м = μ = |
1 2 3 |
Мал. 140
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. Результати вимірювань і розрахунків запишіть у таблицю.
5. Визначте коефіцієнт тертя ковзання для кожного випадку за формулою μ = 
. Визначте μc = 
.
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 мс. Зробіть висновки.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...