1. Сила тертя ковзання
2. Сила тертя спокою
3. Сила опору під час руху в рідині або газі
1. СИЛА ТЕРТЯ КОВЗАННЯ
Штовхніть книгу, що лежить на столі. Ковзаючи по столу, книга сповільнюватиметься і незабаром зупиниться. Швидкість книги змінювалася тому, що на неї з боку стола діяла сила тертя ковзання.
Сили тертя ковзання діють між тілами, що стикаються, коли вони рухаються одне відносно одного. Ці сили напрямлені вздовж поверхні стикання тіл так, щоб зменшити швидкість їхнього відносного руху.
Як ми вже говорили, сили тертя ковзання зумовлені головним чином зачепленням нерівностей тіл, що стикаються. Схематично це зображено на рисунку 11.1. Тому що більш гладкі поверхні тіл, то менші сили тертя між ними. Якщо поверхні настільки гладкі, що силами тертя можна знехтувати, на це вказують зазвичай, використовуючи в умові задачі слово «гладкий*: наприклад, «брусок ковзає по гладкому столу*.
Від чого ж залежить сила тертя ковзання?
ПОСТАВИМО ДОСЛІД
Щоб виміряти силу тертя ковзання, що діє на брусок з боку стола, тягтимемо предмет по столу так, щоб брусок рухався з постійною швидкістю. При цьому прикладена до бруска сила пружності FIip врівноважує силу тертя ковзання F кои, а це означає, що модулі цих сил рівні. Отже, за показами динамометра можна визначити модуль сили тертя (рис. 11.2, а).
Повторимо цей дослід, поклавши на брусок такий самий другий брусок (рис. 11.2, б). Ми побачимо, що сила тертя ковзання збільшилася у 2 рази.
З якої ж причини сила тертя збільшилася? Щоб відповісти на це запитання, подивимося, які ще сили діють на брусок. Це сила тяжіння Fr і рівна їй за модулем, але напрямлена протилежно сила нормальної реакції N. У випадку двох брусків сила тяжіння (а отже, і сила нормальної реакції) збільшилася теж у 2 рази. Цей та інші подібні досліди показують, що
модуль сили тертя ковзання F ковз пропорційний модулю сили нормальної реакції N. Тому можна записати:
Коефіцієнт пропорційності ц називають коефіцієнтом тертя. Його визначають з досліду.
Звернімо увагу на дві обставини.
По-перше, співвідношення між силою тертя ковзання та силою нормальної реакції не можна записувати у векторному вигляді, бо сила нормальної реакції перпендикулярна поверхням тіл, що стикаються, а сила тертя ковзання напрямлена уздовж цих поверхонь.
По-друге, під час руху по горизонтальній поверхні під дією горизонтальної сили сила нормальної реакції дорівнює за модулем силі тяжіння: N = mg, тому в цьому досить поширеному випадку сила тертя ковзання
Наведемо експериментально визначені значення коефіцієнта тертя для деяких видів поверхонь:
Зверніть увагу, що коефіцієнт тертя шин по мокрому асфальту (а тим більше шин по льоду) у кілька разів менший за коефіцієнт тертя шин по сухому асфальту. Унаслідок цього на мокрому асфальті й на льоду в кілька разів збільшується гальмівний шлях автомобіля (відстань, яку він проїде до повної зупинки). Тому будьте особливо обережні на дорозі під час дощу і тим більше ожеледиці!
2. СИЛА ТЕРТЯ СПОКОЮ
Чому так важко зсунути з місця важку шафу (рис. 11.3)? Адже на шафу у спокої не може діяти сила тертя ковзанняі
Цього разу на шафу з боку підлоги діє сила тертя спокою. Відповідно до третього закону Ньютона сила тертя спокою діє і на підлогу з боку шафи. Ці сили діють тільки
доти, доки до шафи прикладено силу, що зсуває її: саме вона й врівноважує силу тертя спокою! Отже, сили тертя спокою діють між тілами, іцо стикаються, коли одне з них намагаються зсунути відносно іншого. Ці сили напрямлені уздовж поверхні стикання тіл так, щоб перешкоджати їх відносному руху.
Причина виникнення сил тертя спокою та сама, що й сил тертя ковзання: це головним чином зачеплення нерівностей тіл, що стикаються.
Максимальна сила тертя спокою. Якщо збільшувати прикладену до шафи силу, ми все-таки зсунемо шафу. Отже, сила тертя спокою не перевищує якогось «граничного» значення, який називають максимальною силою тертя спокою. Дослід показує, що максимальна сила тертя спокою приблизно дорівнює силі тертя ковзання.
Чи може сила тертя спокою надавати руху тілу? Авжеж, ми зустрічаємося з цим на кожному кроці\
Згадайте: під час обговорення застосування третього закону Ньютона (див. § 9. Третій, закон Ньютона) ми говорили, що, роблячи крок, людина відштовхується від дороги. Але ж при цьому між ногою та дорогою діють саме сили тертя спокою! Щоб переконатися в цьому, згадайте, що відбиток підошви на дорозі чіткий, а це вказує на те, що підошва, яка відштовхується, перебуває у спокої відносно дороги.
Автомобілі теж розганяє сила тертя спокою: на це вказують чіткі відбитки малюнка шин. Коли колеса автомобіля, обертаючись, «штовхають* за допомогою сили тертя спокою
дорожнє полотно назад, з боку дорожнього полотна на колеса автомобіля теж діє сила тертя спокою, але напрямлена вперед. Цю силу, як ми вже говорили, називають силою тяги. Може здатися дивним, що навіть гоночні автомобілі (не реактивні) розганяє сила тертя спокою. Але, як ми з вами переконалися, це справді такі
3. СИЛА ОПОРУ ПІД ЧАС РУХУ В РІДИНІ АБО ГАЗІ
Коли тіло рухається в рідині або газі (наприклад, у повітрі), на тіло з боку рідини або газу діє сила опору.
Так само, як і сила тертя ковзання, вона напрямлена протилежно швидкості тіла. Але між цими силами є й важлива відмінність: сила тертя ковзання майже не залежить від швидкості тіла, а сила опору зі збільшенням швидкості помітно збільшується.
Сили ж тертя спокою під час руху в рідині або газі взагалі немає. Переконатися в цьому неважко: навіть дитина, потягнувши за мотузку, може легко зрушити важкий човен, що плаває на воді.
Силу опору руху можна істотно зменшити, якщо надати тілу так званої «обтічної» форми. Це — знайома вам форма літаків, гоночних автомобілів і найшвидкіших мешканців моря, наприклад дельфінів (рис. 11.4).
ПРО ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ
Сили тертя ковзання виникають між тілами, що стикаються, коли вони рухаються одне відносно одного. Ці сили напрямлені уздовж поверхні стикання тіл так, щоб зменшити швидкість їхнього відносного руху.
Модуль сили тертя ковзання Fnft кою пропорційний модулю сили нормальної реакції N, отже
Коефіцієнт пропорцій
ності |д називають коефіцієнтом тертя.
Сили тертя спокою діють між тілами, що стикаються, коли одне з них намагаються зрушити відносно іншого. Ці сили напрямлені уздовж поверхні стикання тіл так, щоб перешкоджати їхньому відносному руху. Максимальна сила тертя спокою приблизно дорівнює силі тертя ковзання.
ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ
Перший рівень
1. За яких умов виникає сила тертя ковзання? Як вона напрямлена?
2. Яка причина сили тертя ковзання?
3. Як зменшити силу тертя ковзання?
4. Як залежить сила тертя ковзання від сили нормальної реакції?
5. За яких умов виникає сила тертя спокою? Як вона напрямлена?
6. Брусок масою 1 кг рухається рівномірно по горизонтальному столу під дією горизонтально прикладеної сили, що дорівнює З Н. Чому дорівнює коефіцієнт тертя між столом і бруском?
7. Шафу намагаються зсунули вправо, але вона залишається на місці. Куди напрямлена сила тертя спокою, що діє на шафу? Чи діє сила тертя спокою на підлогу?
8. Якщо злегка подути на брусок, що плаває у воді, то він попливе. Чому ж, якщо подути на брусок, що лежить на столі, він не зрушить з місця?
Другий рівень
9. Яка сила розганяє автомобіль?
10. Чому на льоду колеса автомобіля буксують?
11. Оцініть, чому дорівнює гальмівний шлях автомобіля під час ожеледиці, якщо швидкість автомобіля 60 км/год.
12. Брусок, що лежав на столі, штовхнули, і він проїхав по столу до зупинки 50 см. Чому дорівнювала швидкість бруска одразу після поштовху, якщо коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,4?
13. На столі лежить стос із трьох однакових книг масою по 400 г. Яку горизонтальну силу треба прикласти, щоб витягнути середню книгу, притримуючи решту? Коефіцієнт тертя між книгами дорівнює 0,3.
14. Брусок масою 1 кг рівномірно тягнуть по столу за допомогою пружини жорсткістю 100 Н/м. Чому дорівнює коефіцієнт тертя між бруском і столом, якщо видовження пружини дорівнює З CM?
15. Човен витягують на берег, прикладаючи горизонтально напрямлену силу. Чому чим більше витягнутий з води човен, тим більшу силу треба прикладати?
16. Складіть задачу за темою «Сили тертя», відповіддю якої було б «2 м/с».
Це матеріал з підручника Фізика 10 клас Генденштейн, Ненашев