ЕГЭ по физике – силы трения. Отличия трения покоя и скольжения.

Сохранить/поделиться:
ЕГЭ по физике: силы трения
Трение на ЕГЭ по физике - каким оно бывает? Разберемся в этой короткой статье. А ещё расскажу, как связаны скрипы дверей и игра на скрипке.

 

Привет! Меня зовут Егор Блинов. Я – репетитор к ЕГЭ по физике. А ещё – преподаватель в МФТИ и преподаватель онлайн-школы Grand Exam.  В этой статье мы разберемся с тем, что такое сила трения и какие виды силы трения существуют. А главное – как их различать между собой.

Если не хочется читать – можно посмотреть материал в видео:

Сколько сил трения в ЕГЭ по физике? Явление застоя и скрипка!

Начнем разговор с того, что есть полная сила реакции опоры R.

ЕГЭ по физике: силы трения

 

R – это сила, с которой поверхность реагирует на тело, которое до неё дотрагивается.  Для бруска и для стержня, опирающихся на поверхность, сила полной реакции опоры выглядит так, как показано на рисунке. Вы заметили, что очень неудобно работать с такой силой. Потому что мы точно не знаем – куда она направлена. Что же мы сделаем? Мы разложим её на две перпендикулярных составляющих.

 

ЕГЭ по физике: силы трения

 

Одна из них будет – сила нормальной реакции опоры. Эта сила будет перпендикулярна поверхности. Еще будет сила трения – как раз о которой мы сегодня говорим. Сила трения – это составляющая силы R, которая направлена вдоль поверхности. Далее мы посмотрим, как между собой сила трения и сила N связаны. 

Разберемся с первым видом силы трения – силой трения покоя – на самом простом примере. Брусочек покоится на поверхности. Мы расставили силы нормальной реакции опоры: силы тяжести, сила F, с который мы тянем этот брусок, и сила трения, которая нам мешает сдвинуть этот брусок с места. Пока брусок покоится относительно поверхности, до того, как он начал движение, на брусок действует сила трения покоя. Если мы нарисуем график силы трения от силы F, которую мы прикладываем (тянем за веревочку), то он будет выглядеть вот так:

 

График похож на график прямой пропорциональности y=x из математики. То есть у этого графика тангенс угла наклона равен единице. Потому что x и y равны между собой. Если я увеличиваю силу, с которой я тяну брусок, то сила трения покоя тоже увеличивается и компенсирует наше дополнительное усилие. Поэтому наш грузик остается в покое.

Следующий случай – сила трения скольжения – это значит, что брусок начал скользить по поверхности. Сила трения перестает расти и достигает своего максимального значения  F_{max}=\mu N.  \mu – это некоторый коэффициент, о котором мы позже поговорим. N – это как раз сила нормальной реакции опоры. 

 

 

На графике видно, что до предела сила трения возрастала, а потом стала постоянной. Когда есть скольжение, и брусок движется относительно поверхности – сила трения скольжения, которая равна  F_{tr}=\mu N . Примерно с постоянной скоростью я тяну грузик, и примерно одинаковой получается сила трения скольжения.

Теперь разберемся, что такое  \mu .  \mu – это некоторый постоянный коэффициент, который будет характеризовать поверхности, которые трутся друг о друга. Например, для пары “металл-металл” он будет свой, для пары “металл-дерево” он будет уже другим. Он зависит только от материала и шероховатости трущихся поверхностей. В задачах ЕГЭ он не зависит ни от площади соприкосновения, ни от относительной скорости поверхностей.

В задачках  \mu находится в пределах от нуля до единицы. Если ноль, значит вообще нет трения, если единица –   трения очень большое. В реальной жизни  \mu может быть и больше единицы – может быть, тело просто прилипло к поверхности.

Чтобы получить конспект всего ролика или конспекты по другим темам физики – просто напиши моему чат-боту слово конспект, и он тебе все пришлет.

Давайте все сведем в одну табличку и подытожим.

У нас есть силы трения покоя и скольжения. Основной критерий, по которому мы будем различать их: поверхности тела движутся относительно друг друга или еще нет. Если не движутся – значит, эта сила трения покоя; если движется – значит, сила трения скольжения. Как мы будем находить в задачах эти силы?

Если сила трения покоя – мы записываем Второй закон Ньютона и полагаем, что ускорение тела равна нулю (ведь оно покоится), и из Второго закона Ньютона можем найти эту силу трения. В случает трения покоя нельзя писать  \mu , потому что формула  F_{tr} = \mu N  применяется, когда есть скольжение. Сила трения покоя ограничена величиной  \mu N   – как вы помните из графика, сила трения покоя не может превышать этого значения. При этом направлена сила трения покоя будет против возможного движения тела. То есть против того направления, в котором двигалась бы тело, если бы силы трения не было.

Мы тянем грузик внешними силами F1 и F2  (это вид сверху), а сила трения препятствует. Так как это сила трения покоя, то грузик покоится, и из второго закона Ньютона сила трения равна сумме внешних сил. Но и поэтому она как раз и направлена противоположно тому направлению, в котором двигался этот грузик, если бы силы трения вообще не было бы.

А что по поводу силы трения скольжения – здесь уже имеет место движение. Модуль суммы сил F1 и F2  может быть больше, чем сила трения – тогда будет движение с ускорением.

Это основные моменты, которые мы должны знать, чтобы уметь различать эти силы.

Давайте пофантазируем, чем может быть полезно трение покоя и чем вредно. И то же самое для силы трения скольжения.

 

 

Например сила трения покоя полезна тем, что гвоздь не вылетает из отверстия, если мы его туда забили. Сила трения скольжения хороша тем, что можно на дороге затормозить “юзом” – если даже заблокировались колеса, все равно тормозим. Без силы трения скольжения было бы как-то страшно улететь в бесконечность.

Вредна сила трения покоя, потому что тяжело двигать мебель. А сила трения скольжения вредна тем, что происходит износ и нагрев подвижных деталей.

Напишите, пожалуйста, в комментарии, чем они полезны и чем вредны, и каким был бы наш мир, если бы не было никаких сил трения. Очень интересно узнать и дополнить свою презентацию вашими версиями.

А теперь давайте поговорим о явлении застоя. Обычно оно не учитывается в задачах ЕГЭ, и рассматривается “идеальный” график, хотя в реальности там может быть вот такой “клювик” – то есть превышение силы трения покоя над силой трения скольжения. Так мы определим явление застоя.

 

В видео мы можем обнаружить это явление экспериментально – пытаясь вывести грузик из состояния покоя, мы увеличиваем прикладываемую силу почти до 0.5 Н, но при движении, когда грузик срывается с места, устанавливается сила поменьше.  

Но самое необычное, что из-за этого явления у нас скрипит дверь,  и скрипка издаёт свой звук.
Наверное, вы замечали, что особенно сильно дверь скрипит, когда мы медленно её открываем. То есть сначала играет роль сила трения покоя, которая все больше увеличивается, а потом происходит “срыв” по клювику вниз, потом опять появляется какое-то движение, потом за счет силы трения это движение замедляется и прекращается, сила трения скольжения опять переходит в силу трения покоя, которая в свою очередь опять начинает нарастать.

И вот эти “срывы” заставляют дверь колебаться и издавать звук высокой частоты. Покой-движение-покой-движение – это чередование порождает звуковые колебания, которые нам обычно так противны. Но есть и плюс – благодаря этому явлению мы можем ходить на концерты классической
музыки со скрипкой.

Время экспериментов!

Поставим задачу: экспериментально определить коэффициент трения между кареткой (тележкой с грузиками) и деревянной поверхностью стола. Сначала найдем силу тяжести, которая действует на грузик:

 

 

Нарисовали рисунок, расставили силы, ввели оси координат, записали Второй закон Ньютона в проекции на обе оси. Если сила направлена вдоль оси – значит, учитываем её в уравнении с плюсом. Если против оси – значит, с минусом. Сила тяжести равна показаниям динамометра – 0,9Н.

Для случая, когда мы тащим грузик по поверхности, имеет место уже знакомая вам расстановка сил, мы рисовали её чуть раньше.

Запишем Второй закон Ньютона в проекциях на оси х и у. Получаем, что сила F, которую мы прикладываем к грузу, равна силе трения, которая рассчитывается по формуле.  F_{tr} =  \mu N = \mu mg = 0.28H

На видео видно, что я примерно с постоянной скоростью тяну грузик, и примерно одинаковой получается сила трения скольжения.

Отсюда выражаем   \mu =\frac{F}{mg}  . Осталось подставить числа и подсчитать ответ:  \mu = 0.31  .

До встречи на занятиях! Егор Блинов.

 

****************************************************

Ищу учеников на подготовку к ЕГЭ по физике. Индивидуальные дистанционные занятия и мини-группы. Подробная информация – в профиле.

А ещё на новогодних каникулах я буду проводить 6-дневный онлайн-интенсив по электродинамике на ЕГЭ. Длинные вебинары, домашка, доступ к консультациям до конца года. Цена при записи до НГ- 1490р. Записаться можно тут, а по промокоду КурсАгентЕгор можно получить скидку 200р.

Электродинамика ЕГЭ

****************************************************

Сохранить/поделиться:

Ближайшие вебинары

Предметы

Уровень

Past and Future Events

август

Нет подходящих событий в эту дату

Получать расписание

Каждое утро мы рассылаем единое расписание бесплатных вебинаров от всех онлайн-школ. Попробуйте, это полезно:

Последние посты

Если у вас есть собственный полезный текст, вы можете опубликовать его в этом блоге:

Больше статей:

0
ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ НА ЕГЭ ПО МАТЕМАТИКЕ
0

Какие ошибки допускают выпускники на ЕГЭ по профильной математике чаще всего? Рекомендации репетитора в последние дни перед ЕГЭ

0
ПОСТУПЛЕНИЕ-2022: ДАТЫ, КОТОРЫЕ НАДО ЗНАТЬ!
2

Какие даты – ключевые для поступления в этом году? Почему не стоит нести в вуз аттестат раньше времени и как поступать в разные города.

1
Подготовиться к ЕГЭ по информатике за 2 месяца более чем реально! Главные этапы и советы от стобалльника
1

ЕГЭ по информатике уже скоро, поэтому уже давно пора начать готовиться. Все зависит от твоего начального уровня, но иногда достаточно и 2 месяцев, чтобы ...

1
Медаль или ЕГЭ – придется выбирать
5

На примере своих учеников расскажу, почему медалистам и отличникам иногда так сложно готовиться к ЕГЭ

2
26.05.2022 — Безумный день, или ЕГЭ по химии
21

Как подготовиться к ЕГЭ по химии за 4 месяца? Приготовила для вас три плана подготовки - в зависимости от начального уровня и нужного балла.

Show next
We will be happy to hear your thoughts

      Оставить комментарий

      Наш сайт использует файлы cookies, чтобы улучшить работу и повысить эффективность сайта. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с использованием нами cookies и политикой конфиденциальности.

      Принять
      Reset Password
      Сравнить курсы
      • Total (0)
      Сравнить
      0
      Shopping cart