Сила трения (СТ)— сила, которая возникает при контакте двух шероховатых тел и препятствует силе их взаимодействия.

Измерять ее будем в Ньютонах, как и любую другую силу.

Вот только осталось понять, что мы будем считать шероховатыми телами. Да абсолютно все вокруг! 

Шероховатость — это свойство поверхности тел, когда она не абсолютно гладкая, а имеет небольшие ямки, выступы, трещинки, ворсинки. 

Стекло будет практически гладким, без микроскопа мы не увидим недостатков на его поверхности. А вот деревянная скамейка или асфальт перед школой уже не такие ровные и гладкие. Очень хорошо чувствуется разница в дороге, когда едешь на самокате. Его маленькие колесики каждую неровность зацепят.

Когда мы ведем карандаш по листку бумаги, он оставляет след за счет трения. Котик отталкивается от пола и запрыгивает на диван тоже благодаря ему. Да и носки протираются тоже под действием трения между твоими ногами и обувью. Ткань постепенно изнашивается, нитки не выдерживают и рвутся.

Трение есть везде вокруг и между всем:

1. вязкое — между жидкостями или газами;
2. сухое — между твердыми телами.

Вязкое — это то, что между воздухом и всем вокруг. Если бы мы могли перемещаться быстро как Флеш из комиксов, то наши супер быстрые действия замедлялись бы из-за трения о молекулы воздуха.

Из-за него же приходится прилагать усилия, чтобы плавать в бассейне. Сопротивление молекул помогает нам грести, отталкиваться от воды и двигаться от одного конца дорожки до другого.

Сухое трение ты тоже хорошо знаешь. В нем выделяют три типа:

1. СТ покоя;
2. СТ скольжения;
3. СТ качения.

Каждый из вариантов отвечает за свой формат взаимодействия тел, сейчас подробно все рассмотрим.

Сила трения покоя — сила трения, которая действует между двумя телами, неподвижными относительно друг друга.

Даже если мы не будем двигаться, она все равно будет действовать. Именно благодаря ей мы не упадем с наклонной дороги, если остановимся завязать шнурки. 

Коварное трение покоя между подошвой обуви и дорогой не даст тебе потерять равновесие от сильного ветра по пути в школу или отлететь в другой конец коридора, когда ты даешь пять своему однокласснику на перемене.

Говоря научным языком, трение покоя показывает, что сила, с которой тела друг на друга действуют, еще слишком маленькая, чтобы началось движение.

Если мама попросит сдвинуть большую коробку дома, то СТ покоя будет постепенно расти, с увеличением твоих сил и попыток сдвинуть это тяжелое нечто.

К счастью для тебя и мамы, сила не будет увеличиваться бесконечно, и, когда доберется до своего максимума, на нем и останется. Тогда коробка сдвинется с места и отправится в тот угол, который мама для нее освободила. И СТ покоя превратится в СТ скольжения.

Трение скольжения — сила трения, которая действует на поверхности двух тел, которые двигаются относительно друг друга под действием каких-либо сил.

Когда мы начинаем сдвигать тело — это означает, что СТ покоя мы превысили и перешли в трение скольжения. Телу при этом совсем не обязательно скользить как по льду, это просто такое название.

Тело двигается, его движению мешает сила трения. Она не будет зависеть от скорости или площади соприкосновения тел. 

Толкай коробку быстро, медленно, маленькой стороной или большой — все равно. Трение как мешало тебе, так и продолжит это занятие.

Определять трение скольжения будет сила реакции опоры и коэффициент трения по формуле:

Fтр=μN

Fтр — СТ скольжения;

μ — коэффициент трения;

N — сила реакции опоры.

Мы уже обсудили шероховатость. Коэффициент трения как раз будет ее показывать. Насколько от 0 до 1 поверхность гладкая. 

0 покажет, что перед нами идеально гладкая поверхность. В жизни такого, конечно, не будет, но в задачах можно и пофантазировать.

1 даст понять, что для того, чтобы сдвинуть с места тело потребуется приложить силу, равную весу тела. Для настолько шершавой поверхности не будет разницы, по ней ты потащишь вещи или просто возьмешь ее в руки и понесешь, куда надо.

И последняя буква в формуле — сила реакции опоры.

Сила реакции опоры — сила, с которой опора действует на тело.

Капитан Очевидность нами бы гордился. N будет численно равна силе нормального (то есть направленному под 90 градусов) давления и направлено противоположно.

Для бутера, лежащего на столе, эта сила будет смотреть вверх перпендикулярно поверхности стола.

Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.

Сила трения качения — сила трения, которая возникает на поверхности двух тел, когда одно катится по другому. 

Формула для трения качения будет своя:

Fтр = (λN)/R

Fтр — СТ качения;

λ — коэффициент трения качения — выражается в метрах;

N — сила реакции опоры;

R — радиус колеса.

Потребоваться формула может только в задачах повышенного уровня, например на олимпиадах, но всегда хорошо знать, где можно ее посмотреть и воспользоваться.

Такой вариант сухого трения будет намного легче, чем скольжение. Тяжелую сумку намного сложнее тащить по полу, чем катить на колесиках чемодан такой же массы.

Поэтому ученые, не только физики, были так рады тому, что давным-давно человек изобрел колесо. Это сильно облегчило жизнь, ведь намного уменьшило сопротивление от трения.

Просто представь как далеко ты смог бы проехать на самокате, если бы у него не было колес. Только металлическое основание. Спойлер: совсем недалеко. А с колесами самокат превращается в удобное средство передвижения, еще и трюки можно делать.

Трение будет направлено в противоположную сторону от силы, которая пытается сдвинуть тело. Ведь только так оно будет мешать ей. При попытке провести карандашом линию слева направо, СТ на кончике грифеля будет направлена справа налево

При определении направления СТ очень важно понимать, можем ли мы принять тело за материальную точку. 

Если можно закрыть глаза на размер и форму тела, то СТ будет идти из центра тела. Например, мы решили прокатиться на ватрушке с большого холма — силу можно провести из нашего центра вверх по склону, в обратную сторону от движения.

Если размеры или форма имеют значение в задаче, например надо стереть чьи-то карандашные записи в учебнике, тогда сила указывается на стыке двух тел, на их поверхности. С направлением ничего нового — всегда против движения.

На секунду представь, что трение пропало из нашего мира целиком. Все превратилось в абсолютно гладкие поверхности. Круто, правда? Больше не будут ломаться шестеренки, протираться ткани. С одной стороны так и будет. А с другой, мы не сможем ничего сделать. 

Протереть дыру мы не сможем уже потому, что не получится надеть носок на ногу, даже взять в руки его не получится. Он просто выскользнет и все. Мы будем словно посреди огромного катка с идеальным льдом, от которого даже не оттолкнуться, такой он ровный. Напечатать сообщение маме не получится, потому что пальцы будут соскальзывать с клавиатуры, не нажимая нужных букв. 

Поэтому трение доставляет нам намного меньше неудобств, чем несет пользы. Оно помогает тебе сделать шаг домой из школы, достать из кармана вкусняшку, а дома запустить ютуб на телефоне без проблем.

Теперь, когда мы все обсудили, пора проверить мощь наших лапищ.

Задача 1.

Оксана весит 50 килограмм. Они с одноклассником Кириллом стоят на полу в школьном коридоре с коэффициентом трения 0,3. Не уронит ли случайно Кирилл одноклассницу, если даст Оксане пять с силой 70 Н.

Дано:

m=50 кг

μ_пола=0,3

F=70 Н

Решение:

1. Максимальная сила трения покоя, из-за которой Оксана может упасть будет равна:

F_тр=μN.

1. Раз ребята стоят на горизонтальном полу школы, то сила реакции опоры будет равна силе тяжести девочки:

N=mg, тогда

N=50*10=500 Н

1. Определим максимальную силу трения между полом и обувью Оксаны:

F_тр= 500*0.3=150Н

1. Максимальная сила трения больше силы, с которой Кирилл дает пять:

F_тр>F

Получается, что уронить мальчик одноклассницу не сможет.

Ответ: не уронит.

Задача 2.

По дороге в школу тебе попалась на глаза мама, которая везла своего малыша на ватрушке в детский сад. Когда вы остановились на светофоре, она сказала, что тащит килограмм 30. Какая сила трения действует на ватрушку, если на уроке учитель сказал, что коэффициент трения снега будет 0,05?

Дано:

m=30 кг

μ_снега=0,05

Решение:

1. Сила трения скольжения между снегом и ватрушкой будет равна:

F_тр=μN.

1. Раз мама катит санки по горизонтальной дороге, то:

N=mg, тогда

N=30*10=300 Н

1. Определим силу трения между снегом и ватрушкой:

F_тр= 300*0.05=15Н

Ответ: 15 Н.

Сила трения направлена всегда…

а) вдоль поверхности в противоположную от движения сторону;

б) вдоль поверхности в сторону движения тела;

в) вертикально вниз.

Какая сила трения возникает при перетаскивании по полу матов в спортивном зале?

а) скольжения;

б) качения;

в) покоя.

Сила трения зависит от:



а) площади соприкосновения тел;

б) формы взаимодействующих тел;

в) шероховатости поверхности.