Чем полезна или вредна сила трения
Сила трения встречается буквально на каждом шагу. Но знают ли люди, зачем она нужна? В чем вред и польза силы трения? Попробуем разобраться.
Предисловие
На земные объекты действует несколько сил, которые тесно взаимосвязаны между собой и влияют на жизнедеятельность тел. Прежде всего, это сила тяжести, упругости (внутреннее сопротивление тел в ответ на смещение их молекул) и реакции опоры. Но есть еще она очень важная физическая величина, называемая силой трения. Она в отличие от силы тяготения и упругости не зависит от расположения тел. При ее изучении действуют иные законы: коэффициент трения скольжения и сила реакции опоры. Например, если понадобится сдвинуть тяжеловесный шкаф, то с первой же минуты станет понятно, что сделать это непросто. Кроме того, при выполнении данной задачи присутствуют определенные помехи. Что же препятствует усилиям, приложенным к шкафу? А мешает этому не что иное, как сила трения, принцип действия которой изучают еще в школе. Курс физики за 7 класс подробно рассказывает об этом явлении.
Что у нас под ногами?
С ней люди сталкиваются очень часто. Польза трения в том, что мы бы и шагу ступить не смогли, не будь этой физической величины. Именно она удерживает нашу обувь на той поверхности, куда мы ступаем. Каждый из нас ходил по очень скользким поверхностям, например, по льду, и не понаслышке знает, что это очень тяжело. Почему так происходит? Прежде чем рассказать о том, в чем вред и польза силы трения, определимся с тем, что это такое.
Суть понятия
Силой трения называется взаимодействие двух тел, возникающее в месте их соприкосновения и препятствующее их движению относительно друг друга. Различают несколько видов трения – покоя, скольжения и качения.
Причины возникновения
Первая из причин заключается в неизменной шероховатости поверхностей. Именно этот показатель влияет на то, какой вид силы трения будет иметь место. Если речь идет о гладких поверхностях, например, о покрытой металлом крыше или о ледяных участках, то их шероховатость почти не видна, однако это не значит, что ее нет – она присутствует на микроскопическом уровне. В этом случае будет действовать сила трения скольжения. Но если говорить о шкафе, стоящем на ковре, то здесь шероховатости двух объектов будут значительно препятствовать взаимному движению. Второй причиной является электромагнитное молекулярное отталкивание, которое происходит в месте контакта объектов.
Трение покоя
Что происходит в случае, когда мы пытаемся сдвинуть с места шкаф, однако нам не удается переместить его ни на сантиметр. Что удерживает предмет на одном месте? Это сила трения покоя. Дело в том, что приложенные усилия компенсируются силой сухого трения, возникающей между шкафом и полом.
Вред и польза силы трения покоя
Именно сила трения покоя не дает самостоятельно развязаться шнуркам на наших ботинках, выпасть гвоздю, который мы только что вбили в стену, удерживает на месте шкаф. Без нее было бы невозможно передвигаться по земной поверхности ни людям, ни животным, ни автомобилям. Вред трения также присутствует. Он бывает в довольно глобальных масштабах, например, сила трения покоя может привести к деформации обшивки кораблей.
Научное обоснование
Для того чтобы передвинуть шкаф, необходимо приложить к нему силу, которая превзойдет трение. То есть до тех пор, пока применяемые усилия меньше показателя силы трения, мебель останется на месте. Помимо указанных факторов, есть еще сила реакции опоры, которая направленна перпендикулярно плоскости. Она зависит от материала, из которого сделан пол (здесь задействована также сила упругости). Также существует коэффициент трения, зависящий от того, из чего состоят обе поверхности, взаимодействующие друг с другом. Поэтому сила трения, действующая на шкаф, равняется коэффициенту трения, который умножается на силу реакции опоры (поверхности).
Трение скольжения
Итак, чтобы пересилить трение, мы попросили кого-нибудь нам помочь сдвинуть шкаф с места. Что мы обнаружили? Что после того, как мы приложили силу, которая превысила силу трения покоя, шкаф не только сместился, но и некоторое время продолжал двигаться в необходимую сторону, разумеется, с нашей помощью. А потраченные усилия были примерно одинаковы в течение всего пути. В этом случае нам препятствовала сила трения скольжения, направленная в противоположную от приложенного воздействия сторону. Стоит заметить, что ее сопротивление гораздо ниже, нежели у силы трения покоя. Чтобы снизить этот показатель, при необходимости применяются различные смазочные материалы.
Сила трения качения
Если мы вспомним, что когда-нибудь придется двигать шкаф обратно, то решим оснастить его колесиками. В этом случае возникающее взаимодействие будет называться трением качения, поскольку предмет уже будет не скользить, а катиться по поверхности. Катящиеся колесики будут немного вдавливаться в ковер, образовывая бугорок, который нам необходимо будет преодолеть. Этим и обуславливается сила трения качения. Разумеется, если мы покатим шкаф не по ковру, а, например, по паркету, то переместить его будет еще легче, за счет того, что поверхность паркета тверже поверхности ковра. По той же причине велосипедистам ехать по шоссе куда проще, чем по пляжу с мелким песком.
Неоднозначный вопрос
В чем состоит вред и польза силы трения любого типа? Разумеется, приведенные примеры несколько утрированы – в жизни все немного сложнее. Однако несмотря на то, что сила трения имеет очевидные минусы, создающие ряд сложностей в жизни, ясно, что без нее проблем было бы гораздо больше. Поэтому у данной величины есть свои недостатки и преимущества.
Негативные примеры
Среди примеров вреда этой силы на одном из первых мест стоит проблема перемещения тяжеловесных грузов, быстрого изнашивания любимых вещей, а также невозможности создать вечный двигатель, поскольку из-за трения любое движение рано или поздно прекращается, требуя стороннего вмешательства.
Положительные моменты
Среди примеров полезности этой силы то, что мы можем спокойно ходить по земле, не поскальзываясь на каждом шагу, наша одежда прочно сидит и мгновенно не приходит в негодность, поскольку нити ткани удерживаются благодаря трению. Кроме того, люди используют принцип действия этой силы, посыпая скользкие дороги, из-за чего удается избежать множества аварий и травм.
Выводы
Человечество научилось взаимодействовать с данной физической величиной, увеличивая и уменьшая ее в зависимости от поставленных целей. Наша непосредственная задача – попытаться использовать ее максимально эффективно.
Источник
Слайд 2
Что такое трение? Трение — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. По-другому называется фрикционным взаимодействием. Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется механикой фрикционного взаимодействия, или трибологией. Трение главным образом имеет электронную природу при условии, что вещество находится в нормальном состоянии. В сверхпроводящем состоянии вдалеке от критической температуры основным «источником» трения являются фононы, а коэффициент трения может уменьшиться в несколько раз.
Слайд 3
Сила трения Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей. Сила трения зависит от материала трущихся поверхностей и от того, насколько сильно эти поверхности прижаты друг к другу.
Слайд 4
Разновидности силы трения При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:
Слайд 5
Трение скольжения Сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
Слайд 6
Трение качения Момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
Слайд 7
Трение покоя Сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микро перемещениях контактирующих тел.
Слайд 8
Характер фрикционного взаимодействия В физике взаимодействие трения принято разделять на: Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками; Граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения. Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения; Жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды; Эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.
Слайд 9
Вред трения в технике и природе В большинстве традиционных механизмов (ДВС, автомобили, зубчатые шестерни и пр.) трение играет отрицательную роль, уменьшая КПД механизма. Для уменьшения силы трения используются различные натуральные и синтетические масла и смазки. В современных механизмах для этой цели используется также напыление покрытий (тонких плёнок) на детали; Проблема перемещения больших грузов ; Проблема изнашивания трущихся поверхностей, а также невозможность создания вечного двигателя, так как из-за трения любое движение рано или поздно останавливается, требуя постоянного стороннего воздействия; Получение ушибов и ссадин в результате трения о твёрдую поверхность; Расходуется много горючего.
Слайд 10
Вред трения в технике и природе
Слайд 11
Польза трения в технике и природе Лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету; Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками; Автомобиль может тормозить; Человек может ходить по земле; Одежда не разваливается, так как нитки в ткани удерживаются; Приводит в движение детали различных механизмов, которое в дальнейшем приводит к движению самих этих механизмов и машин (генератор, конвейер предприятия, станок, движущая машина и др.)
Слайд 12
Польза трения в технике и природе
Слайд 13
Вывод Сила трения играет огромную роль не только в технике, но и в живой природе. Без силы трения животные и люди не смогли бы передвигаться, а растения не смогли бы распространять семена. Без силы трения вся живая природа не смогла бы существовать.
Источник
1
ТРЕНИЕ ПОЛЕЗНОЕ И ВРЕДНОЕ
2
Сила трения всегда способствует любому движению. Она возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Сила трения всегда способствует любому движению. Она возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения
3
. Трение имеет большое значение как в природе, так и в технике. Трение имеет большое значение как в природе, так и в технике. Трение может быть : Трение может быть : 1. ПОЛЕЗНЫМ 1. ПОЛЕЗНЫМ 2. ВРЕДНЫМ 2. ВРЕДНЫМ Когда оно полезно, его стараются Когда оно полезно, его стараются увеличить, когда вредно увеличить, когда вредно уменьшить уменьшить
4
Примеры трения в повседневной жизни человека: человека: Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Когда трение между подошвой обуви и землей (или льдом) мало, например в гололедицу, то отталкиваться от земли очень трудно, ноги при этом скользят. Чтобы ноги не скользили, тротуары посыпают песком. Это увеличивает силу трения между подошвой обуви и льдом.
5
Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук. Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движенность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами. Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, ее посыпают песком, очищают ото льда. Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук. Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движенность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами. Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, ее посыпают песком, очищают ото льда. Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук. Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колеса, вращаясь, проскальзывали бы, а автомобиль продолжал бы стоять на месте, буксовал. поверхность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами. Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, ее посыпают песком, очищают ото льда. Чтобы увеличить трение,
6
У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения трения.
7
Вредное трение: Но мы уже говорили, что во многих случаях трение вредно и с ним приходится бороться. Например, во всех машинах из- за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Но мы уже говорили, что во многих случаях трение вредно и с ним приходится бороться. Например, во всех машинах из- за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники.
8
Шариковые и роликовые подшипники: Мы знаем, что сила трения качения при одинаковой нагрузке значительно меньше силы трения скольжения.На этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах.При вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами.Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в 2030 раз.
9
Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электрических двигателях, велосипедах и т. д. Без подшипников невозможно представить современную промышленность и транспорт Без подшипников невозможно представить современную промышленность и транспорт
Источник
Анонимный вопрос · 2 ноября 2018
3,4 K
Если бы не было трения люди не могли бы ходить,ездить .
Человек был бы не в состоянии держать что то в руках.
Исчезновение трения означало бы изменение структуры материи.
Материя – это всё то,что существует во вселенной ,независимо от нашего сознания.
Без трения наш мир невозможен!
Мне интересны множество тем: от психологии до космоса…)
Благодаря силе трения мы можем ходить и ездить (за счет сцепления с поверхностью и наличию силы трения мы не проскальзываем), можем делать ткани тоже благодаря наличию силы трения, которая позволяет ниткам удерживаться в ткани, все механизмы не смогут функционировать без силы трения.
Пожалуй, все наше существование обязано силе трения, почти все процессы протекают в макромире протекают с ее присутствием. Полезна может быть… Да везде! Даже при ходьбе. На льду эта сила куда меньше, но долго ли можно оставаться здоровым в таких условиях? 🙂
Насколько сила электрического взаимодействия больше гравитационной силы?
физик-теоретик в прошлом, дауншифтер и журналист в настоящем, живу в Германии
Во-первых, сила гравитации запросто может превышать кулоновскую. Например, на нейтронной звезде. Или в обычных условиях, так как разноименные заряды экранируют друг друга, а разноименных масс не существует. Поэтому на дальних расстояниях остается только гравитация.
Во-вторых, берете классические формулы для этих сил, которые учат в школе (надеюсь): Fg=G×M1×M2/R² и Fe= k×Q1×Q2/R², откуда получаете соотношение Fe/Fg= (k/G)×(Q1/M1)×(Q2/M2)
В размерности СИ коэффициенты пропорциональности равны G≈6,7×10^(-11) м³/(кг·с²) и k≈9×10^9 Н·м²/Кл². Отсюда k/G≈1,35×10^20 кг²/Кл².
Удельный заряд электрона Q/M≈-1,76×10^11Кл/кг, протона +9,58×10^7 Кл/кг, какого-нибудь атомного ядра — в несколько раз меньше, чем у протона.
Вот и считайте. Для двух электронов соотношение сил дает что-то порядка 10^42, для электрон-протон — 10^39, для пары протонов — 10^36 и т. д. (Надеюсь, нигде не потерял пару порядков.)
Насколько превышает? На десятки порядков.
UPD. Просто для сравнения…
Человек и одна клетка его тела соотносятся примерно как 10^14. Масса Земли к массе человека — 10^23. И только масса Земли к массе клетки даст что-то порядка 10^37.
Каково физическое объяснение скрипа, когда чем-то трешь о гладкую поверхность?
Старший научный сотрудник ИНЭОС РАН, химик, музыкант и радиолюбитель
Это пример автоколебаний. Похожая штука происходит при движении скрипичного смычка по струне. Сила трения препятствует движению, фрагмент стекла смещается вместе с пальцем, но потом палец (или чем вы там трете по стеклу) срывается, потому что сила трения уже не может его удержать, и палец останавливается уже в новой точке. Периодичность этих действий зависит от свойств стекла как колебательной системы, силы прижатия, скорости движения. В первом приближении можно считать, что форма звуковой волны, получаемой при подобных колебаниях близка к пиле:
Как рассчитать коэффициент трения?
ЕГЭ и поступление в вуз — новости и законы. Веду ютуб-канал и паблик в ВК · vk.com/grandexam
Обычно тут спасает формула F= μN, μ=F/N
Здесь F- сила трения, N — сила нормальной реакции опоры. Если тело покоитяс на горизонтальной поверхности, можно считать, что N=mg
Способна ли машина испытывать наслаждение, если да, то от чего ?
На данный момент нет. Полагаю в ближайшем будущем тоже нет. Возможна имитация наслаждения или других эмоций, но испытывать машина эти эмоции пока не может. Мозг человека работает не как компьютер или компьютер воспринимает информацию не как человек. Особенностью мозга является возможность свободно интегрировать цельные пласты входящей информации. Обрабатывая информацию мозг не требует от нашего сознания воспринимать тот или иной объект как отдельные и независимые компоненты. Мы просто воспринимаем объект так как мы его видим (нам не нужно анализировать увиденный объект чтобы понять что мы видим) который вызывает определенные эмоции.
Некоторые ученые придерживаются мнения, что в принципе невозможно создать полноценный ИИ с реальными эмоциями и чувствами.
Прочитать ещё 1 ответ
Что произошло бы, если бы исчезла сила трения?
Ученые говорят, что человек тратит 10-12 % усилий на борьбу с силой трения и избавление от последствий ее действия. Казалось бы, уберем силу трения и резко снизятся потери энергии. Но в действительности далеко не все так просто. Давайте представим, что произойдет, если гипотетически на Земле исчезнет сила трения.
Выходите вы такой ранним утром из своего обычного дома на улицу, где уже нет трения, и что видите? Первым делом вы хорошо приложитесь пятой точкой или затылком, как повезет, о землю, потому что силы трения между ботинками и вашим крыльцом уже нет. А что вы думали? Идеальный гололед.
Упав, вы начнете скользить по поверхности в направлении наклона улицы. Вместе с вами по улице будут катиться ваши соседи, дворовые собаки, мусорные контейнеры и автомобили. Все, что не вкопано глубоко и прочно в землю.
Попав в «карман» из каких-нибудь надежно закрепленных конструкций, откуда некуда катиться, вся ваша дружная компания остановится. Но представьте, какая куча-мала будет в этом месте? Более того — это будет трагедия, ведь против летящего автомобиля или любого другого большого предмета у вас мало шансов. А встать и убежать вы просто не в состоянии. Возможно, нас выручили бы присоски, но не факт.
Что говорят физики по этому поводу:
Любые средства передвижения, будь то велосипед, автобус или электричка, не смогут остановиться, а стоящий на месте транспорт не сможет двинуться с места.
Ваш ребенок не сможет научиться играть на скрипке, контрабасе, виолончели или альте, просто потому, что смычок не сможет больше извлечь звук из этих музыкальных инструментов. Это самое безобидное последствие отсутствия силы трения.
Шнурки вы тоже больше не сможете завязать, потому что всевозможные узлы мгновенно развяжутся.
Мы перестанем вешать картины и полки на стены, потому что гвозди и саморезы просто будут выскальзывать из них. Сами по себе будут раскручиваться гайки. Шурупы и болты, закрученные вверх, выкрутятся под собственным весом или весом прикрепленных к ним конструкций. Представляете, сколько всего свалится на землю с высоты?
В горах начнутся камнепады и массовые сходы лавин. Вследствие вращения планеты пока непонятно, как будут вести себя океаны и моря. Возможно они просто равномерно тонким слоем размажутся по поверхности всей планеты?
Как видите, без силы трения в мире воцарит хаос. Мы забудем о тишине, потому что звуки станут бесконечно отражаться от оставшихся препятствий. Будут дуть постоянные ветра. Вещи будут выскальзывать из рук. Да и не только из рук. Всё будет падать, скользить и катиться, пока предметы не окажутся на одном уровне.
В конце концов, если исчезнет трение, наша планета превратится в идеально ровный, гладкий шар примерно такой же формы, которую принимают жидкости в условиях невесомости.
Хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах.
Источник