Содержание
Тема 6. Понятие о трении. Виды трения
Трение
– сопротивление, возникающее при
движении одного шероховатого тела по
поверхности другого. При скольжении
тел возникает трение скольжения, при
качении – трение качения. Природа
сопротивлений движению в разных случаях
различна. Трение является сложным
физико-механическим явлением. Оно
возникает вследствие шероховатости
поверхности и действия молекулярного
сцепления между частицами прижатых
друг к другу тел. Трение зависит от
материала трущихся тел, температуры,
наличия между телами смазки, скорости
скольжения других факторов, учет которых
затруднен.
Трение
скольжения.
Рассмотрим
простейший случай – трение между
негладкой горизонтальной поверхностью
и лежащим на ней тяжелым негладким
телом. Причина трения – механическое
зацепление микронеровностей соприкасающихся
поверхностей. Сила сопротивления
движению при скольжении называется
силой трения
скольжения (рис. 3.1.43,
а).
З
аконы
трения скольжения:
1. Сила
трения скольжения прямо пропорциональна
силе нормального давления:
Fтр = Ff
= fN,
где N – сила
нормального давления, направлена
перпендикулярно опорной поверхности;
f
– коэффициент трения скольжения.
В случае движения тела по наклонной
плоскости (рис. 3.1.43, б)
R = Gcos
,
где
– угол наклона плоскости к горизонту.
Сила трения всегда направлена в сторону,
обратную направлению движения.
2. Сила трения меняется от нуля до
некоторого максимального значения,
называемого силой трения покоя
(статическое трение):
0 < Ff
< Ff
0,
где Ff
0 – статическая сила трения
(сила трения покоя).
3. Сила трения при движении меньше силы
трения покоя. Сила трения при движении
называется динамической силой
трения (Ff
):
Ff
Ff
0.
Поскольку сила
нормального давления, зависящая от веса
и направления опорной поверхности, не
меняется, то различают статический и
динамический коэффициенты трения:
Ff
= f R;
Ff0
= f0 N.
Коэффициент трения скольжения зависит
от следующих факторов:
1
.
Материал. Материалы делятся на фрикционные
(с большим
коэффициентом трения) и антифрикционные
(с малым
коэффициентом трения), например, f
= 0,1–0,15 (при скольжении стали по стали
всухую), f
= 0,2–0,3 (при скольжении стали по текстолиту).
2. Наличие смазки.
Например, f
= 0,04–0,05 (при скольжении стали по стали
со смазкой).
Угол 0 между
направлениями нормальной реакции (N)
и полной реакции (Rmax),
соответствующей максимальному
значению силы трения скольжения в покое
(Fтр. max),
называется углом трения.
Из рис. 3.1.44 видно, что
.
Так как Fmax= f0 N,
то отсюда находим следующую связь между
углом трения (0)
и коэффициентом трения скольжения в
покое (f0):
f0 = tg0,
т.е. коэффициент трения скольжения в
покое равен тангенсу угла трения.
Конус с вершиной в точке касания тел,
образующая которого составляет угол
трения с нормалью к поверхности трущихся
тел, называется конусом трения
(рис. 3.1.45).
Если коэффициент трения скольжения в
покое при скольжении тела по поверхности,
которая служит связью, в различных
направлениях один и тот же, то полная
реакция этой связи (Rmах)
отклоняется от нормальной реакции (N)
во всех направлениях на одинаковый
угол трения 0,
и конус трения будет круглым с углом
при вершине, равным 20.
Однако это условие не соблюдается,
например, при скольжении по дереву в
направлении волокон и в направлении,
перпендикулярном к ним. Конус трения в
этом случае будет сплющен в направлении
волокон.
Рис.
3.1.45
До тех пор пока линия действия
равнодействующей всех сил, приложенных
к телу, каков бы ни был ее модуль, проходит
внутри конуса трения, скольжение тела
по связи не возникает (
0).
Этим объясняются известные явления
заклинивания, или самоторможения частей
машины, когда никакой приложенной внутри
конуса трения силой не удастся сдвинуть
с места соответствующую часть машины.
Трение качения. Сопротивление при
качении связано с взаимной деформацией
грунта и колеса и значительно меньше
трения скольжения.
Обычно грунт считают мягче колеса, тогда
в основном деформируется грунт, и в
каждый момент колесо должно перекатываться
через выступ грунта. Для равномерного
качения колеса необходимо прикладывать
силу Fдв (рис.
3.1.46).
У
словие
качения колеса состоит в том, что движущий
момент должен быть не меньше момента
сопротивления:
Fдв r
Nk:
N = G;
,
где k – максимальное
значение плеча (половина колеи),
принимается за коэффициент трения
качения, см.
Ориентировочные значения k
(определяются экспериментально):
сталь по стали – k
= 0,005 см, резиновая шина по шоссе – k
= 0,24 см.
Силы трения
Силой трения называют обратное усилие, распределенное по площади контакта соприкасающихся твердых тел, возникающее при движении или удержании в равновесии одного тела относительно другого.
Рисунок 1
При стремлении сдвинуть тело, лежащее на шероховатой поверхности, возникает сила реакции R, которая имеет две составляющие – нормальную N и силу трения Fmp (рисунок 1).
В теоретической механике обычно рассматривается только сухое трение между поверхностями, при этом различают трение при покое или равновесии тела и трение скольжения при движении одного тела по поверхности другого с некоторой относительной скоростью.
Сила трения скольжения
Рисунок 2
При покое сила трения скольжения зависит только от активных сил и может быть определена (рисунок 2) как:
Fmp=∑Fiτ. (2.49)
В результате экспериментальных исследований французскими учеными Гийомом Амонтоном и Шарлем Кулоном были установлены законы для сухого трения:
- сила трения находится в общей касательной плоскости соприкасающихся поверхностей тел и направлена в сторону, противоположную направлению возможного скольжения тела под действием активных сил. Величина силы трения зависит от активных сил и заключена между нулем и своим максимальным значением, которое достигается в момент выхода тела из положения равновесия:
0 ≤ Fmp ≤ Fmpmax;
- максимальное значение силы трения при прочих равных условиях не зависит от площади контакта трущихся поверхностей и пропорционально нормальной реакции:
Fmpmax=fN [Н],
где f – коэффициент трения, являющийся безразмерной величиной и зависящий от материала и физического состояния трущихся поверхностей.
Угол трения
Если твердое тело под действием активных сил находится на шероховатой поверхности в предельном состоянии равновесия (сила трения достигает своего максимального значения), то полная реакция шероховатой поверхности отклонена от нормали к общей касательной плоскости трущихся поверхностей на наибольший угол φ, который называют углом трения (рисунок 3). При этом
tgφ=Fmpmax/N=fN/N=f. (2.50)
То есть тангенс угла трения равен коэффициенту трения.
Рисунок 3
Конус трения
Конусом трения называют конус, описанный линией действия полной реакции, построенной на максимальной силе трения, вокруг направления нормальной реакции.
Для равновесия тела на шероховатой поверхности необходимо и достаточно, чтобы линия действия равнодействующей активных сил, действующих на тело, проходила внутри конуса трения или по его образующей через его вершину.
Сила трения качения
Трением качения называется сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.
Вследствие деформации тел их касание происходит вдоль площадки AB, появляется распределенная система сил реакций, которая, согласно основной теореме статики, может быть заменена силой и парой сил (рисунок 4).
Сила раскладывается на две составляющие – нормальную N и силу трения Fmp, пара сил называется моментом сопротивления качению MC.
Рисунок 4
При равновесии тела момент сопротивления качению определяется из условий равновесия системы сил. При этом установлено, что момент сопротивления принимает значения от нуля до максимального значения. Максимальное значение момента сопротивления, соответствующее началу качения, определяется равенством
MC max=δN [Нм],
где δ – коэффициент трения качения, измеряемый в метрах и зависящий от материала контактирующих тел и геометрии зоны контакта.
Далее:
- Примеры решения задач >
- Равновесие при трении качения
- Трение на наклонной плоскости
- Трение скольжения
- Приведенный коэффициент трения
- Учет трения в механизмах
Сохранить или поделиться с друзьями
Вы находитесь тут:
На нашем сайте Вы можете получить решение задач и онлайн помощь
Подробнее
Стоимость мы сообщим в течение 5 минут
на указанный вами адрес электронной почты.
Если стоимость устроит вы сможете оформить заказ.
НАБОР СТУДЕНТА ДЛЯ УЧЁБЫ
На нашем сайте можно бесплатно скачать:
— Рамки A4 для учебных работ
— Миллиметровки разного цвета
— Шрифты чертежные ГОСТ
— Листы в клетку и в линейку
Сохранить или поделиться с друзьями
Помощь с решением
Поиск формул и решений задач
Коэффициент трения | Определение, единицы и факты
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы. - Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
- Студенческий портал
Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю. - Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать! - SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!
Содержание
Введение
Краткие факты
Связанный контент
Викторины
Физика и естественное право
Что такое трение? | Live Science
Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
(Изображение предоставлено: Getty Images)
Трение – это сопротивление движению одного объекта, движущегося относительно другого. Согласно International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems (открывается в новой вкладке), она не рассматривается как фундаментальная сила, как гравитация или электромагнетизм . Вместо этого ученые считают, что это результат электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях.
Ученые начали собирать воедино законы, управляющие трением, в 1400-х годах, согласно книге Механика грунтов , но поскольку взаимодействия настолько сложны, определение силы трения в различных ситуациях обычно требует экспериментов и может нельзя вывести только из уравнений или законов.
На каждое общее правило трения существует столько же исключений. Например, в то время как две шероховатые поверхности (например, наждачная бумага), трущиеся друг о друга, иногда имеют большее трение, очень гладко отполированные материалы (например, стеклянные пластины), которые были тщательно очищены от всех поверхностных частиц, могут на самом деле очень сильно прилипать друг к другу. согласно Королевскому обществу (открывается в новой вкладке).
Типы трения
Существует два основных типа трения: статическое и кинетический , согласно журналу Учитель физики (открывается в новой вкладке). Статическое трение действует между двумя поверхностями, которые не движутся друг относительно друга, а кинетическое трение действует между движущимися объектами.
В жидкостях трение представляет собой сопротивление между движущимися слоями жидкости, которое также известно как вязкость. В общем, более вязкие жидкости гуще, согласно журналу Дисфагия , поэтому мед имеет большее жидкостное трение, чем вода.
атомов внутри твердого материала также могут испытывать трение. Например, если твердый блок металла сжимается, все атомы внутри материала движутся, создавая внутреннее трение.
В природе не бывает сред, полностью лишенных трения, по данным Американского физического общества : даже в глубоком космосе мельчайшие частицы материи могут взаимодействовать, вызывая трение.
Атомное трение может создаваться между слоями атомов. (Изображение предоставлено Kronber1)
Коэффициент трения
Два твердых объекта, движущихся друг против друга, испытывают кинетическое трение, согласно журналу Physical Review Letters (открывается в новой вкладке). В этом случае трение представляет собой некоторую долю перпендикулярной силы, действующей между двумя телами (доля определяется числом, называемым коэффициентом трения, который определяется экспериментально). В общем, сила не зависит от площади контакта и не зависит от того, насколько быстро движутся два объекта.
Трение действует и на неподвижные объекты. Согласно журналу Wear , статическое трение препятствует движению объектов и, как правило, превышает силу трения, испытываемую теми же двумя объектами, когда они движутся относительно друг друга. Статическое трение — это то, что удерживает коробку на наклонной поверхности от соскальзывания вниз.
Применение трения
Трение играет важную роль во многих повседневных процессах. Например, когда два тела трутся друг о друга, трение приводит к тому, что часть энергии движения превращается в тепло в соответствии с 9.0147 Американское химическое общество (открывается в новой вкладке). Вот почему трение двух палочек друг о друга в конечном итоге вызовет пожар.
Трение также является причиной износа шестерен велосипеда и других механических частей. Вот почему смазочные материалы или жидкости часто используются для уменьшения трения и износа между движущимися частями, согласно Journal of Mechanical Design .
Дополнительные ресурсы
Подробнее о том, как работает трение в космосе, можно узнать из астронавт Пол Ричардс (открывается в новой вкладке). Кроме того, вы можете узнать больше о различных типах трения в этой статье World Atlas (откроется в новой вкладке).
Библиография
«Логические и информационные аспекты в науке о поверхности: трение, капиллярность и супергидрофобность». Международный журнал параллельных, возникающих и распределенных систем. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17445760.2017.1419350 (откроется в новой вкладке)
Ламбе Т.В. и Уитмен Р.В. «Механика грунтов» Том. 10 (1991). Джон Уайли и сыновья. https://books.google.co.uk/books?id=oRLcDwAAQBAJ&pg=PA62&lpg=PA62&dq=laws+of+friction+1400s&source=bl&ots=rKx9ZWwiml&sig=ACfU3U0PBzqILMCPr29_W7mr_HhZt8qqhQ&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwi8i6Of-u31AhWXi1wKHeLaAssQ6AF6BAgsEAM#v=onepage&q=laws %20of%20friction%201400s&f=false
«Влияние шероховатости поверхности на адгезию упругих тел». Труды Королевского общества А (1975). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1975.0138 (открывается в новой вкладке)
«Влияние температуры поверхности на кинетическое трение». Учитель физики (2005). https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1869429 (открывается в новой вкладке)
«Измерение температуры и вязкости подачи нектаро- и медово-густых жидкостей». Дисфагия (2008). https://link.springer.com/article/10. 1007/s00455-007-9098-z (открывается в новой вкладке)
«Фотоны — это помеха». Американское физическое общество (2003 г.). https://physics.aps.org/story/v12/st22 (открывается в новой вкладке)
«Природа механических неустойчивостей и их влияние на кинетическое трение». Письма с физическим обзором (2002 г.). https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.89.224301
«О природе статического трения, кинетического трения и ползучести». Одежда (2003). https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164803002345 (открывается в новой вкладке)
«Влияние потерь на трение на эффективность цепного привода велосипеда». Журнал механического дизайна (2001). https://asmedigitalcollection.asme.org/mechanicaldesign/article-abstract/123/4/598/445688/Effects-of-Frictional-Loss-on-Bicycle-Chain-Drive (открывается в новой вкладке)
Тиа — главный редактор, а ранее — старший писатель журнала Live Science. Ее работы публиковались в журналах Scientific American, Wired.