Примеры полезного действия сил трения всех видов
Любое движение в природе и технике, которое предполагает наличие физического контакта между твердыми телами, сопровождается возникновением трения. В данной статье приведем примеры силы трения и покажем, в каких случаях она играет полезную роль, а в каких является нежелательной.
Какие виды трения между твердыми телами бывают
В данной статье рассмотрим только примеры сил трения, которые действуют между твердыми объектами, имеющими физический контакт друг с другом.
Одним из важных видов трения является трение покоя. Исходя из самого названия, можно предположить, что оно проявляется, когда одно тело на поверхности другого покоится. Каждый знает, чтобы с места сдвинуть какой-нибудь тяжелый предмет, необходимо приложить некоторую внешнюю силу, направленную вдоль поверхности контакта этого предмета и поверхности, на которой он стоит. Противодействие этой силе оказывает сила трения покоя. Действует она между поверхностями соприкосновения тел. Трение покоя возникает из-за наличия шероховатости на касающихся поверхностях, какими бы гладкими они ни являлись.
Второй вид трения, который мы рассмотрим, это трение скольжения. Возникает оно также по причине упомянутой шероховатости, когда тела начинают движение относительно друг друга с помощью скольжения. Направление и точка приложения силы трения скольжения являются точно такими же, как для трения покоя. Единственным отличием между этими силами является то, что сила скольжения всегда меньше, чем сила покоя.
Третьим видом трения, который играет не меньшую роль в технике, чем первые два, является трение качения. Как говорит его название, появляется оно, когда одно тело катится по поверхности другого. Причина трения качения заключается в гистерезисе деформации, который приводит к «распылению» кинетической энергии катящегося тела. В ряде практических случаев эта сила трения в 10-100 и более раз меньше, чем предыдущие рассмотренные виды трения.
Все виды сил трения прямо пропорциональны силе реакции опоры, с которой последняя действует на рассматриваемое тело.
Вред и польза силы трения покоя: примеры
Из всех названных видов трения, пожалуй, трение покоя является самым «безобидным». Дело в том, что оно на практике играет практически всегда полезную роль. Единственный его отрицательный момент заключается в том, что оно больше трения скольжения. Последний факт означает, что для любого начала движения необходимо приложить большое усилие. Например, чтобы начать движение на лыжах по снегу, сначала следует буквально «оторвать» их от снежной поверхности.
Существует масса примеров пользы силы трения покоя. Перечислим их:
- Гвозди и шурупы, которые прочно скрепляют два твердых тела из дерева, пластика и металла, выполняют свои функции благодаря действию рассматриваемой силы.
- Ходьба человека, езда автомобилей по дорогам осуществляется благодаря тому, что трение покоя оказывается бо́льшим, чем трение скольжения. В противном бы случае, нам тяжело было бы двигаться, люди и транспортные средства скользили бы на одном месте.
- Любые тела, которые покоятся на наклонных поверхностях, обязаны действию трения покоя. Если бы последнего не было, то невозможно было бы поставить на ручной тормоз автомобиль на косогоре или любой бытовой предмет на стол, который имеет небольшой наклон к горизонту.
Трение скольжения и его польза
В отличие от трения покоя, которое в основном играет положительную роль в жизнедеятельности человека, трение скольжения, как правило, является вредной силой. Тем не менее, можно привести два примера полезной силы трения скольжения:
- Поскольку трение скольжения приводит к разогреванию поверхности предметов (естественный и самый простой способ перевода механической энергии в тепловую), то этот эффект можно использовать для увеличения температуры тел. Так, в древности наши предки с помощью трения скольжения добывали огонь.
- Когда водитель хочет остановить транспортное средство, то он нажимает на педаль тормоза. При этом тормозные диски скользят внутри обода колеса и тормозят его вращение.
Вред трения скольжения
Примеры действия силы трения скольжения — это движение шкафа по полу, когда мы хотим переставить его в комнате, скольжение лыжника и конькобежца, проскальзывание колес автомобиля при их блокировки или при движении по скользкой дороге, проскальзывание между трущимися деталями механизмов различных машин.
Во всех названных случаях трение скольжения играет вредную роль. Названные примеры вреда силы трения скольжения связаны с тем, что она препятствует механическому движению и «съедает» некоторую долю кинетической энергии (лыжи, коньки, движущиеся части машин). Кроме того, перевод части механической энергии в тепловую приводит к разогреву трущихся деталей. Повышение же их температуры приводит к изменению микроскопической структуры, что нарушает свойства материалов. Наконец, перечисленные примеры силы трения скольжения приводят к износу трущихся поверхностей, появлению на них нежелательных борозд, утончению.
Трение качения и его вред и польза
Если рассмотреть в корне вопрос пользы силы трения качения, то окажется, что ее нет вовсе. Действительно, трение качения всегда препятствует механическому вращению, оно приводит к износу рабочих деталей и к их нежелательному нагреву. Тем не менее явление качения широко используется в технике (подшипники, колеса транспортных средств). Объясняется это тем, что сила трения качения намного меньше аналогичной силы скольжения, что на порядки снижает масштаб ее вредного влияния.
Увеличение и уменьшение сил трения
Как мы видели выше в примерах, силы трения покоя и скольжения иногда оказываются полезными, а иногда вредными. В связи с этим человечество с давних времен использует способы для изменения масштаба действия трения как в сторону увеличения соответствующей силы, так и в сторону ее уменьшения.
Яркими примерами, как увеличить силу трения, является посыпание песком и солью льда на дорогах. В результате этих действий происходит увеличение шероховатости ледяной поверхности и, как следствие, увеличение сил трения покоя и скольжения.
Еще один способ увеличения рассматриваемых сил заключается в использовании специальных поверхностей. Ярким примером является поверхность зимней покрышки автомобиля, которая характеризуется глубоким протектором и наличием металлических шипов.
Во время катания на лыжах, а также при вращении подшипников различных механизмов трение играет отрицательную роль. Для его уменьшения используют специальные смазки, как правило, на основе жиров (воск, литол).
Источник
Пользователь удален
Мудрец
(10098)
9 лет назад
, если бы не было трения, мы не могли бы ходить по земле (вспомните, как скользят ноги на льду) , нельзя было бы ездить на велосипеде, автомобиле, мотоцикле (колеса вертелись бы на месте) , нам нечего было бы носить (нитки в ткани держатся силами трения) . Если не было бы трения, вся мебель в комнате сбилась бы в один угол, тарелки, ста-капы и блюдца соскальзывали бы со стола, гвозди и шурупы не держались бы в стене, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках и т. д. и т. п. К этому можно добавить, что, если бы не было трения, неизвестно, как пошло бы развитие цивилизации на Земле — ведь наши предки добывали огонь трением
Вредные: трение песчинок о металл внутри подшипника, трение скольжения коньков о лед должно быть как можно меньше, трение механизмов дверного замка
обувь натирает мазоли, ..
вечный двигатель не создан из за силы трения, так как происходит износ.
Для кораблей на их скорости хода наибольший вред приносит вовсе не сопротивление формы, а банальная сила трения воды об обшивку. И сделать с нею практически ничего нельзя. Даже самая лучшая окраса – так называемая «самополирующаяся» хотя и снижает – но далеко не в полной мере, чтобы это многократно уменьшило силу трения.
Денис Кузин
Знаток
(412)
9 лет назад
Полезная помогает нам ходить, держит нити в одежде и тп.
ну а вредной дофига: стирает детали в механизмах, иногда тяжело что то сдвинуть тяжолое и тд
Даша Дерябина
Знаток
(417)
4 года назад
Польза и вред силы трения
Конечно же, это фантазия, и она полна лирических упрощений. В жизни все немного по-другому. Но, по сути, несмотря на то, что есть очевидные минусы силы трения, которые создают для нас ряд сложностей в жизни, очевидно, что без существования сил трения, проблем было бы куда как побольше. Так что нужно говорить, как о вреде сил трения, так и о пользе все тех же сил трения.
Примерами полезных сторон сил трения можно назвать то, что мы можем ходить по земле, что наша одежда не разваливается, так как нитки в ткани удерживаются благодаря все тем же силам трения, что насыпав на обледеневшую дорогу песок, мы улучшаем сцепление с дорогой, дабы избежать аварии.
Ну а вредом силы трения является 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.
Люди научились приспосабливаться и уменьшать, либо увеличивать силы трения, в зависимости от необходимости. Это и колеса, и смазка, и заточка, и многое другое. Примеров масса, и очевидно, что нельзя однозначно сказать: трение – это хорошо или плохо. Но оно есть, и наша задача – научиться использовать его на пользу человека.
Ритарунчик Какака
Ученик
(128)
2 года назад
если бы не было трения, мы не могли бы ходить по земле (вспомните, как скользят ноги на льду) , нельзя было бы ездить на велосипеде, автомобиле, мотоцикле (колеса вертелись бы на месте) , нам нечего было бы носить (нитки в ткани держатся силами трения) . Если не было бы трения, вся мебель в комнате сбилась бы в один угол, тарелки, ста-капы и блюдца соскальзывали бы со стола, гвозди и шурупы не держались бы в стене, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках и т. д. и т. п. К этому можно добавить, что, если бы не было трения, неизвестно, как пошло бы развитие цивилизации на Земле — ведь наши предки добывали огонь трением
Вредные: трение песчинок о металл внутри подшипника, трение скольжения коньков о лед должно быть как можно меньше, трение механизмов дверного замка
обувь натирает мазоли, ..
вечный двигатель не создан из за силы трения, так как происходит износ.
Для кораблей на их скорости хода наибольший вред приносит вовсе не сопротивление формы, а банальная сила трения воды об обшивку. И сделать с нею практически ничего нельзя. Даже самая лучшая окраса – так называемая «самополирующаяся» хотя и снижает – но далеко не в полной мере, чтобы это многократно уменьшило силу трения.
Источник
На чтение 6 мин. Опубликовано 01.04.2020
Вред и польза силы трения: трение скольжения, покоя и качения
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.
https://www.youtube.com/watch?v=ytdev
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.
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.
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.
Не идётся – только едется,
Потому что – гололедица,
Но зато отлично падается!
Почему ж никто не радуется?
Такой наивный детский стишок на первый взгляд – а как много содержит он, если взглянуть на него с физической точки зрения! Ведь именно в нём заключена система противоречивого отношения к пресловутой силе трения. Этот постоянный бой, где соперничают между собой два понятия – вред и польза силы трения, никогда не будет иметь победителя. Ведь то, что одному человеку удобно и выгодно, другому часто бывает совсем даже наоборот – плохо, как в этом стихотворении.
Помните рассказ Николая Носова про ледяную горку, которую строили ребята во дворе? А когда они все ушли обедать, вышел тот, который в строительстве не участвовал. Попытался он забраться на неё, да только ушибся, но забраться так и не смог. И догадался малыш посыпать лёд песком – стало очень удобно забираться на самый верх даже по льду! Так, усилив при помощи песка силу трения между скользким льдом и подошвой, мальчик понял, что польза трения позволяет преодолевать препятствия.
Но вот после обеда вышли ребятишки с ледянками, чтобы вволю накататься на своей горке. Ан не тут-то было: не едут санки по песку! Для них эта ситуация повернулась другой стороной, показав вред трения.
Подобные случаи мы наблюдаем зимой, когда мальчишки раскатывают ледяные дорожки и несутся с разбегу по ним, преодолевая расстояние за считанные минуты! А следом ковыляют пожилые люди, поскальзываются на припорошенных снежком накатах и падают, ломая руки и ноги. Вот вам опять наглядные примеры, где в одном и том же случае соседствуют и вред, и польза силы трения.
Именно для уменьшения силы трения лыжники смазывают свои лыжи специальными мазями, чтобы увеличить скорость при движении. Катки, на которых занимаются конькобежцы либо фигуристы, периодически поливают водой и очищают – тоже для уменьшения силы трения. А пешеходные дорожки, напротив, посыпают песком или золой, чтобы никто на них не падал.
То же самое происходит и с колёсами машин. Ведь не секрет, что с наступлением зимы, водители «обувают» своих железных коней в специальную «зимнюю резину». А иначе без полезной силы трении увеличивается тормозной путь, происходит занос машины при поворотах, она юзит, и часто водитель плохо справляется с управлением. А чем кончаются аварии, каждый знает и сам.
Что-то мы всё про зиму, да про лёд, да про падения. А есть ли другие моменты в обыденной жизни, где наглядно можно увидеть, как соревнуются между собой вред и польза силы трения? Конечно, есть! Они повсюду. Даже в нашей с вами комнате.
Вот, например, огромный и тяжёлый шифоньер. Стоит себе, как вкопанный, и не двигается. А если бы вдруг исчезла сила трения, что тогда могло бы произойти? А поехала бы эта громадина от самого лёгкого толчка по комнате! И ещё неизвестно, смогли бы мы успеть увернуться от неё. Хорошая сила трения, полезная!
Но вот мама решила переставить мебель. И нужно передвинуть этот пресловутый шкафище к другой стене. Раз – два, взяли! Три – четыре, поднапряглись! Только всё оказывается бесполезно: чем тяжелее предмет, тем крепче держится за него сила трения. Ужасная, противная силища!
Опять соперничают они между собой – вред и польза силы трения. А не нужно никакого соперничества! Надо просто хорошо знать физические законы и уметь извлекать из этих знаний практическую пользу. Не нужна в данный момент сила трения? Значит, следует её уменьшить: сделать соприкасающиеся поверхности более гладкими, скользкими.
https://www.youtube.com/watch?v=upload
Сила трения постоянно сопутствует нам на протяжении всей жизни, так же, как сила тяжести. Где-то она создаёт нам неудобство, а где-то без неё никак не обойтись. Но как бы то ни было, она существует, и наша задача – научиться пользоваться физическими законами так, чтобы жизнь наша становилась удобнее и комфортнее.
Источник
Окружающий нас мир — это мир движения, в котором ни одно тело не находится в состоянии абсолютного покоя. В то же время неравномерное движение было бы невозможным, если бы не существовала так называемая сила трения. В данной статье приведем примеры проявления силы трения в природе и в технике.
Что такое трение в физике
Прежде чем рассматривать примеры силы трения в природе и в технике, следует понять? что представляет собой эта сила.
Под трением в физике понимают любое силовое взаимодействие, которое препятствует механическому движению и появляется в области контакта двух тел. Сила трения — это контактная сила взаимодействия, причем агрегатное состояние контактирующих материалов не имеет никакого значения в плане существования этой силы.
В общем случае выделяют четыре вида трения. Первые три из них относятся к контакту твердого тела с твердым. Это следующие виды:
- трение покоя;
- трение скольжения;
- трение качения.
Четвертый вид трения не имеет специального названия. Он проявляется при движении тел в текучих субстанциях, то есть в газах и жидкостях.
Трение покоя и примеры его действия
Начнем раскрытие вопроса силы трения в технике и в природе с примеров проявления трения покоя. Этот вид трения действует между любым твердым телом и поверхностью, на которой оно покоится. Сила трения покоя прямо пропорциональна реакции опоры N, с которой поверхность действует на тело. Соответствующая формула для ее вычисления имеет вид:
Ft = µt × N,
где µt — коэффициент, который измеряется экспериментально и зависит от материала взаимодействующих тел.
Каждый из нас замечал: чтобы сдвинуть любой предмет, необходимо приложить некоторую силу. Например, передвинуть шкаф или толкнуть машину с места. Трудность выполнения этих манипуляций связана с действием трения покоя против направленной человеком внешней силы.
Важность трения покоя огромна. Так, благодаря этой силе предметы не падают с полок и столов, которые слегка наклонены к горизонту. Благодаря трению покоя оказывается возможным само движение людей и транспортных средств. Например, когда подошва нашей ноги отталкивается от пола, чтобы сообщить телу направленный вперед импульс, то отсутствие проскальзывания подошвы по полу обеспечивается трением покоя.
Трение скольжения и примеры его проявления
Продолжая рассмотрение силы трения в природе и в технике, перейдем к трению скольжения. Под ним понимают существование контактной силы, препятствующей движению скольжения одного твердого тела по поверхности другого. Формула для определения этой силы имеет точно такой же вид, как для трения покоя, поэтому приводить ее не будем. Тем не менее отметим, что коэффициент трения скольжения µt всегда на несколько десятков процентов меньше аналогичного коэффициента для трения покоя. Последнее означает, что сила, препятствующая скольжению, всегда меньше той, что препятствует началу движения.
Яркими примерами в технике силы трения скольжения являются катание на коньках и лыжах. В обоих случаях стремятся уменьшить рассматриваемую силу трения, чтобы скольжение происходило с наименьшими энергетическими потерями. Так, в случае лыж используют специальную смазку на основе воска. Он делает поверхность лыж менее шероховатой, что способствует уменьшению силы трения. В случае коньков следует отметить, что в области соприкосновения стали и льда в результате огромного давления происходит плавление льда. Появившаяся тонкая водяная прослойка значительно уменьшает коэффициент трения между стальным коньком и льдом.
Примером в природе силы трения скольжения является следующий: в зимнее время часто можно видеть, что улицы в городах посыпают солью и песком. Делают это с целью увеличения силы трения покоя и скольжения, что предотвращает травмы пешеходов от падения на скользкой поверхности и сокращает количество автомобильных аварий на дорогах.
Трение качения в технике
Изобретение колеса стало гигантским шагом вперед в развитии человечества. Это стало возможным благодаря силе трения качения. Формула для ее расчета идентична выражениям для описанных выше видов трения. Тем не менее эта сила имеет совершенно иную природу. Она связана не с шероховатостями на поверхностях, а с деформацией катящегося тела, например, колеса.
Важным отличием силы трения качения от сил трения покоя и скольжения является то, что оно во многих случаях в 10-100 раз меньше. Именно поэтому автомобили способны двигаться по дорогам с огромной скоростью и малыми энергетическими затратами.
Еще одним примером в технике силы трения качения является вращение подшипников вокруг соответствующих металлических осей. Для уменьшения трения качения и скольжения в подшипниках также используют смазку. Отметим, что изобретение подшипника имеет не менее важное значение, чем изобретение самого колеса. Благодаря подшипникам осуществляются все виды вращательного движения различных механизмов (лопастей, педалей, колес).
Трение в текучих субстанциях
Это трение появляется всегда, когда твердое тело движется в объеме газа или жидкости. Примерами в технике и природе силы трения в газах являются полеты самолетов и птиц.
В жидкостях трение действует на обитателей морей и океанов, когда они плывут под водой. Заостренная форма рыб, а также подводных лодок и кораблей призвана уменьшить силу трения при движении в воде.
Действие различных видов трения на примере движения автомобиля
Выше был приведен ряд примеров сил трения в технике и в природе. В действительности же при движении объекта на него одновременно оказывают действие несколько видов сил трения. Например, чтобы начать движение, автомобиль должен преодолеть силу трения покоя. Как только он это сделает, то в процессе перемещения по дороге на него начнет действовать трение качения. При повороте или торможении автомобиля происходит частичное проскальзывание колес по асфальту, то есть появляется трение скольжения. Наконец, при движении автомобиль преодолевает не только трение качения, но и связанное с воздействием воздуха трение.
Источник