(Назад)
(Cкачать работу)
Трениемназывается взаимодействие между различными соприкасающимися поверхностями,препятствующее их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхностейсоприкасающихся тел противоположно скорости их относительного перемещения.Различают: трение покоя – при отсутствии относительногоперемещения соприкасающихся тел и трение скольжения – при ихдвижении. Если к телу находящемуся в соприкосновении с другим телом приложитьвдоль линии соприкосновения постепенно увеличивающуюся от нуля силу, тодвижения не возникает, до того момента пока действующая сила не достигнетопределённого значения. Пока не началось движение, сила трения покоя равнадействующей на тело силе, то есть является переменной величиной от нуля донекоторой максимальной силы трения покоя. При скольжении тел друг по другу силатрения скольжения пропорциональна силе прижимающей эти тела по нормали кповерхности соприкосновения (перпендикулярно поверхности соприкосновения). Этаприжимающая сила называется силой нормального давления и она по третьему законуНьютона равна силе нормальной реакции .
Величинасилы трения скольжения вычисляется по формуле, где m — коэффициент трения скольжения (во многих случаях вместо m используют k). При движении по горизонтальнойповерхности сила нормального давления, как правило, равна весу тела и можетсовпадать с силой тяжести. При движении по наклонной плоскости необходимораскладывать силу тяжести на составляющие параллельную наклонной плоскости иперпендикулярную ей. Перпендикулярная составляющая силы тяжести обеспечиваетсилу нормального давления, а, следовательно, и силу трения скольжения .
Первый закон Ньютона.
Существуюттакие системы отсчёта, относительно которых поступательно движущиеся теласохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела илидействие других тел компенсируется.
Инерциальная система отсчёта.
Этосистема отсчёта, относительно которой свободная материальная точка, неподверженная действию других тел, движется равномерно и прямолинейно.
Принцип относительности Галилея.
Всемеханические явления в различных инерциальных системах отсчёта протекаютодинаково. Это означает, что никакими механическими опытами проводимыми вданной инерциальной системе отсчёта невозможно установить покоится она илидвижется равномерно прямолинейно. Принцип Галилея справедлив при движениисистем отсчёта со скоростью малой по сравнению со скоростью света.
Масса.
Физическаявеличина, являющаяся мерой инерционных свойств тела называется инертной массойэтого тела. В этом смысле масса выступает как свойство тел не поддаватьсяизменению скорости как по величине, так и по направлению.
Сила.
Векторнаявеличина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны другихтел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяетсвою форму и размеры (деформируется). В каждый момент времени силахарактеризуется величиной, направлением в пространстве и точкой приложения.
Второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона составляет основу не только классической механики, но и всей классической физики. Несмотря на простоту его математической формулировки
при объяснении его «физического смысла» возникают вполне определенные методические трудности. До сих пор в различные учебных курсах используются различные подходы к «физической» формулировке этого важнейшего закона, причем каждый из них обладает как определенными преимуществами, так и недостатками.
В нашем случае реализован подход, основанный на использовании независимого определении силы при помощи описания процедуры ее измерения. В его рамках две входящие в уравнение (1) векторные величины оказываются определенными еще до формулировки второго закона, что позволяет придать ей весьма простой и элегантный вид:
Опыт показывает, что ускорение, приобретаемое телом, движущимся под действием сил, пропорционально равнодействующей этих сил:
.
В рамках такого подхода инертная масса тела может быть определена как коэффициент пропорциональности между силой и ускорением, остающийся постоянным для данного тела в соответствии со вторым законом:
Из формулировки второго закона Ньютона (2) и определения массы (3) следует, что ускорение тела пропорционально равнодействующей приложенных к нему сил и обратно пропорционально его инертной массе:
Основным недостатком сформулированного подхода является то, что по техническим причинам изготовление отвечающего требованиям современной метрологии эталона силы оказывается существенно более сложной задачей, чем изготовление эталона массы. Более того, в ряде разделов современной физики (например — в квантовой механике) понятие силы вообще исчезает, в то время как масса остается вполне определенной физической величиной. С этих позиций более предпочтительным является независимое введение массы тела. Однако, формулировка второго закона в виде утверждения о том, что сила равна произведению массы тела на его ускорение придает второму закону вид, характерный для математического определения, а не формулировки закона природы.
Определяемая как коэффициент пропорциональности между силой и ускорением, инертная масса (в рамках классической физики) обладает следующими свойствами:
1. Масса — величина скалярная.
2. Mасса тела может выражаться любым неотрицательным вещественным числом.
3. Масса аддитивна (масса тела равна сумме масс составляющих его частей).
4. Масса не зависит ни от положения тела, ни от скорости его движения.
При больших скоростях движения тел второй закон Ньютона в формулировке (1) перестает выполняться. В частности, при движении под действием постоянной силы скорость тела перестает возрастать во времени по линейному закону и ассимптотически стремится к предельному значению — скорости света в вакууме (в используемой программой системе единиц с=137). Этот эффект формально можно отнест за счет возрастания инертной массы тела, которую в релятивистском случае можно считать зависящей от скорости. В рассматриваемом случае (как и в других ситуациях движения тела с переменной массой) более удобной является импульсная формулировка второго закона Ньютона:
(5)
Второй закон Ньютона
Моделируются условия на планете Разногравивя, где величина силы тяжести оказывается существенно различной над различными точками поверхности планеты. Не обсуждая возможности реального существования такой планеты и причин, приводящих к столь странному явлению, на основе только второго закона Ньютона можно утверждать, что одно и тоже тело помещенное над разными участками поверхности этой планеты будет падать вниз с различными ускорениями. Отношения этих ускорений оказываются равными отношениям сил, действующих на тело в разных точках поверхности. Для сравнения сил тяжести в разных точках планеты на динамометрах подвешены точно такое же тела. В данной демонстрации тела расположены в таких точках планеты, что действующие на них силы тяжести отличаются в два раза.
Как известно, приобретаемое телом ускорение обратно пропорционально его инертной массе. Попытайтесь, используя этот факт, изменить массу падающего в правой части экрана яблока так, чтобы его ускорение стало таким же, как у яблока, падающего слева 9т.е. уменьшилось в 2 раза). Если Вам не удастся добиться успеха — полезно задуматься над тем, почему у Вас ничего не получается. Попытайтесь разобраться, что происходит с силой тяжести при увеличеснии массы тела...Масса как мераинертности тел
Рассмотрите движение под действием одной и той же электрической силы ядер трех изотопов атома водорода: протона, дейтерия и трития. Их массы относятся соответственно как 1:2:3. Приобретаемые ядрами ускорения соотносятся друг с другом как 3:2:1. Попытайтесь повторить этот же численный эксперимент, заменив электрические силы гравитационными (для этого в объекте «поле» достаточно поменять флаг «Е» на «G»). Как Вы объясните результат нового эксперимента?Математическиесвойства массы: неотрицательность
Опыт показывает, что масса тел является скалярной величиной, принимающей только положительные вещественные значения. Это означает, что все тела, испытывающие воздействие сил, ускоряются в направлении действия равнодействующей этих сил. В некоторых случаях оказывается удобным исключить из рассмотрения некоторые «трудно учитываемые» силы, а результат их действия «спрятать в инертную массу». Такой прием позволяет несколько упростить решение некоторых задач. При этом эффективная масса тела может существенно отличаться от истинного значения и может обладать весьма экзотическими свойствами. В данной демонстрации кажется, что масса одного из тел (Strange) является отрицательной величиной. На самом деле причиной движения тела в противоположном силе направлении (это направление указывается падающей гирей) является действие на него еще одной силы, незаметной для наблюдателя.
Попытайтесь приписать такое значение инертной массе тела Strange, чтобы оно вело себя подобно телу с бесконечно большой эффективной массой.
Математическиесвойства инертной массы: скалярный характер
Мыслима ситуация, при которой воздействие на тело одинаковых сил, приложенных в различных направлениях, вызывает различные ускорения. Если бы такая ситуация действительно реализовывалась в природе, инертную массу такого тела следовало бы считать тензорной величиной. В данной демонстрации моделируется движение двух тел: «обычной гири»(Normal)и тела с тензорной массой (Strange).Ускорение гири позволяет судить о действующей внешней силе. Ускорение объекта Strange вообще не совпадает с направлением ускорения обычного тела! Как и в предыдущем случае кажущееся необычным поведение тела объясняется не свойствами его инертной массы, а его участием в дополнительных взаимодействиях. В данной ситуации помимо основной силыForce телоStrange испытывает воздействие сил сухого трения, величина которых различна при движении вдоль различных направлений. Подобная ситуация может реализовываться в природе, например, при движении электронов в кристалле с некубической решеткой. При этом часто оказывается удобным исключить из рассмотрения взаимодействия с кристаллической решеткой, «расплатившись» за это введением тензорной массы, т.е. заменой реальной частицы на квазичастицу.
Изменяя направление внешней силы Force, убедитесь, что в случае ее действия вдоль ребер кристаллической решетки ускорения частицы и квазичастицы совпадают по направлению.Аддитивность массы
Масса тела обладает свойством аддитивности, т.е. равна сумме масс частей, составляющих это тело. В качестве примера моделируется ускоренное движение автопоездов, головные автомобили у которых обеспечивают одинаковые силы тяги. Массы всех автомобилей равны. Всилу аддитивности массы автопоездов относятся как 1:2:3, в чем несложно убедиться, сравнивая из ускорения, которые относятся как 3:2:1. Из-за того, что автомобили связаны между собой упругой сцепкой, на равноускоренное движение автопоездов накладываются небольшие колебания, которые можно уменьшить, увеличив жесткость пружин. Отцепляя вагоны от автопоездов, убедитесь в том, что сила тяги головных автомобилей всех трех составов действительно одинакова. (Для того, чтобы расцепить составы автопоездов, достаточно «отключить» взаимодействия медлу телами).Релятивистская масса
При движении заряженной частицы (электрона) в однородном электрическом поле, соласно классической динамике, его скорость должна неограниченно возрастать во времени по линейному закону. В реальности она стремится к предельному значению с=137. Этот эффект может быть отнесен за счет возрастания массы частицы при приближении ее скорости к скорости света.Убедитесь, что в данном случае импульсная формулировка второго закона Ньютона остается более удобной: релятивистской импульс частицы возрастает во времени по линейному закону (p=Ft).
Обратите внимание на то, что в пределе малых скоростей релятивистский и классический законы движения приводят к одному и тому же результату.
Третий закон Ньютона.
Согласно третьему закону Ньютона при взаимодействии тел возникают силы, приложенные к каждому из партнеров. При этом силы всегда оказываются равными друг другу по величине и противоположно направленными.
Из законов Ньютона следует, что в случае взаимодействия двух тел, не взаимодействующих с другими, каждое из них должно двигаться с ускорением. Если масса одного из взаимодйствующих тел существенно превосходит массу другого, то его ускорение оказывается малым.
Силы, возникающие привзаимодействиях тел
При взаимодействии двух тел, согласно третьему закону, между ними возникают равные и противоположно — направленные силы. Для изменения величины гравитационного взаимодействия поменяйте массу любого из взаимодействующих тел. Убедитесь при этом, что обе силы изменят свою величину, но по-прежнему остануться равными друг другу по модулю.Ускорениявзаимодействующих тел
В данной демонстрации масса планеты существенно превосходит массу яблока. В результате яблоко ускоренно падает на пактически неподвижную планету. На самом деле планета так же испытывает ускорние, но его величина меньше ускорения яблока в число, равное отношению массы яблока к массе планеты. Увеличте массу яблока в 10, 100 и т.д. раз и убедитесь, что в этом случае планета начнет «заметно падать» на яюлоко.Центральные силы итретий закон Ньютона
Многие почему-то считают, что третий заколн Ньютона подраземевает ориентацию сил вдоль прямой, соединяющкей взаимодействующие тела. На самом деле подобное утверждение не имеет непосредственого отношения к третьему закону. В данной демонстрации моделируется движение тел, взаимодействиющих друг с другом нецентральными силами.Приведенный в данной демонстрации пример не является «физически реальным» и не может быть реализован непосредственным определением взаимодействий в программе физического конструктора (автором программы просто не была предусмотрена возможность создания столь «нефизических» ситуаций). Для реализации данной демонстрации в систему пришлось ввести дополнительное силовое поле Unreal, обладающее весьма специфическими свойствами. Проанализируйте параметры данной физической модели и убедитесь, что созданная на компьютере ситуация действительно отвечает нецентральному взаимодействию и не противоречит системе законов Ньютона. Попытайтесь самостоятельно придумать другие примеры аналогичных «странных» систем.
Гравитационные силы.
Взаимноепритяжение всех без исключения материальных тел наблюдаемое в любой среде,называют гравитационным взаимодействием, а соответствующие силы притяжениямежду притягивающимися телами называются гравитационными силами..
Закон всемирного тяготения
Двематериальные точки массами m1<sub/>иm2притягиваются друг к другу с силой Fпрямопропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадратурасстояния rмежду ними:. Коэффициент пропорциональности Gназывается гравитационной постоянной и показывает с какой силойпритягиваются две материальные точки с массами по 1 кг находящиеся нарасстоянии 1 м друг от друга (G=6,67? 10-11 Н? м2/кг2).
Сила тяжести. Вес тела.
Сила,с которой притягивается к Земле тело, находящееся на её поверхности. В этомслучае надо подставить в закон всемирного тяготения вместо m1<sub/>массу тела — m вместо m2 массуЗемли — Mи вместо r радиус Земли — R.
С увеличением высоты над поверхностью Земли сила тяжести уменьшается, но принебольших высотах по сравнению с радиусом Земли (порядка нескольких сотенметров) её можно считать постоянной.
Вестела сила, с которой тело давит на опору или натягивает нить подвеса. Еслиопора, на которой находится тело неподвижна или движется относительноповерхности Земли в вертикальном направлении равномерно прямолинейно, то вестела и сила тяжести совпадают по величине (не учитывается вращение Земли). Впротивном случае вес тела может быть больше или меньше силы тяжести взависимости от направления ускорения.
Реферат на тему:
« Механика »
Подготовил : ученик 9 – В класса
ООШ № 7 г.Бердянска
Галицин Андрей
www.ronl.ru
(Назад) (Cкачать работу)
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Содержание
Введение
История возникновения силы трения
Современная картина трения
Сила трения
Виды сил трения
Способы уменьшения трения
Вредное и полезное трение
Трение в жизни растений и животных
Вывод
Список литературы
Приложение Введение С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Но, несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы.
Когда говорят о трении, различают три несколько отличных физических явления: сопротивление при движении тела в жидкости или газе его называют жидким трением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудь поверхности, - трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающее при качении тела, - трение качения.История возникновения силы тренияПервая формулировка силы трения приписывается Леонардо да Винчи. Он утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижатия), направлена против направления движения и не зависит от площади контакта.
Модель Леонардо была переоткрыта через 180 лет Г. Амонтоном и получила окончательную формулировку в работах Кулона (1781). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке, придав ему значение физической константы, полностью определяющей силу трения для любой пары контактирующих материалов. До сих пор именно эта формула
тр = fтрP, где P - сила прижатия, а Fтр - сила трения, является единственной формулой, фигурирующей в учебниках по физике, а значения коэффициента трения fтр для различных материалов (сталь по стали, сталь по бронзе, чугун по коже и т.д.) входят в стандартные инженерные справочники и служат базой для традиционных технических расчетов.
Однако уже в XIX веке стало ясно, что закон Амонтона-Кулона не дает правильного описания силы трения, а коэффициенты трения отнюдь не являются универсальными характеристиками. Прежде всего, было отмечено, что коэффициенты трения зависят не только от того, какие материалы контактируют, но и от того, насколько гладко обработаны контактирующие поверхности. Выяснилось также, что сила статического трения отличается от силы трения при движении. Чтобы напомнить, что обычно понимается под статическим трением, представим схему простейшего эксперимента (рис. 1).
Будем пытаться сдвинуть с места тело, потянув за трос с пружинным динамометром. При малом перемещении конца троса тело остается на месте: силы, развиваемой пружиной динамометра, недостаточно. Обычно говорят, что на контактирующих поверхностях развивается сила трения, уравновешивающая приложенную силу. Постепенно увеличиваем перемещение и вместе с ним упругую силу, приложенную к телу. В какой-то момент она оказывается достаточной для того, чтобы стронуть тело с места. Зарегистрированное в этот момент показание динамометра и называют обычно силой статического трения, характеризующего предельные возможности неподвижного (статического) сцепления тел. Если мы будем продолжать медленно вытягивать трос, то тело поедет по поверхности. Оказывается, что регистрируемые в ходе движения показания динамометра будут не такими, как в момент страгивания. Обычно сила трения при медленном движении меньше силы страгивания, статического трения. Кулон изучал именно силу трения при медленном взаимном перемещении контактирующих тел и установил, что эта сила не зависит от величины скорости, а только от направления движения (всегда направлена против движения.
Конец XIX века ознаменовался замечательными достижениями в исследовании вязкости, то есть трения в жидкостях. Наверное, с доисторических времен известно, что смазанные жиром или даже просто смоченные водой поверхности скользят значительно легче. Смазка трущихся поверхностей применялась с момента зарождения техники, но только О. Рейнольдс в 1886 году дал первую теорию смазки.
При наличии достаточно толстого слоя смазки, обеспечивающего отсутствие непосредственного контакта трущихся поверхностей, сила трения определяется только свойствами смазочного слоя. Сила статического трогания равна нулю, а с ростом скорости сила сопротивления движению увеличивается. Если же смазки недостаточно, то действуют все три механизма: сила статического сопротивления страгиванию с места, кулонова сила и сила вязкого сопротивления.
Итак, к концу XIX века выяснилась картина зависимости силы трения от скорости, представленная графиком (рис. 2, а). Но уже на пороге XX века возникло сомнение в правильности этой картины при очень малых скоростях. В 1902 году Штрибек опубликовал данные, свидетельствующие о том, что при отсутствии смазки сила сопротивления не падает сразу с уровня силы трогания до кулоновой силы, а возникает постепенное падение силы с ростом скорости - эффект, противоположный гидродинамической вязкости. Этот факт был многократно перепроверен в дальнейшем и теперь обычно именуется штрибек-эффектом. Картина зависимости силы трения от скорости ( рис 2, б. ).
Быстро развивавшаяся техника XX века требовала все большего внимания к исследованию трения. В 30-е годы исследования в области трения стали настолько интенсивными, что потребовалось выделить их как специальную науку - трибологию, лежащую на стыке механики, физики поверхностных явлений и химии (создание новых смазочных материалов - дело химиков). Только в США в этой области работают в настоящее время более 1000 исследователей, и в мировой науке ежегодно публикуется более 700 статей.
Современная картина трения Для того чтобы понять хотя бы основы трибологии, следует, прежде всего, обратиться к топографии поверхностей контактирующих между собой частей реальных механизмов. Эти поверхности никогда не являются идеально плоскими, имеют микронеровности. Места выступов на одной поверхности отнюдь не совпадают с местами выступов на другой. Как образно выразился один из пионеров трибологии, Ф. Боуден, "наложение двух твердых тел одного на другое подобно наложению швейцарских Альп на перевернутые австрийские Альпы - площадь контакта оказывается очень малой". Однако при сжатии остроконечные "горные пики" пластически деформируются, и подлинная площадь контакта увеличивается пропорционально приложенной нагрузке. Именно сопротивление относительному сдвигу этих контактных зон и является основным источником трения движения. Само сопротивление сдвигу при идеальном контакте определяется межмолекулярным взаимодействием, зависящим от природы контактирующих материалов.Таким образом, объясняется влияние двух главных факторов: нагрузки (силы прижатия) и свойств материалов. Однако имеются два осложняющих обстоятельства. Во-первых, металлические поверхности на воздухе быстро покрываются тонкой пленкой окислов, и фактически контакт осуществляется не между чисто металлическими поверхностями, а между окисными пленками, имеющими более низкое сопротивление сдвигу. Проникновение же любой жидкой или пастообразной смазки вообще меняет картину контакта. Во-вторых, при относительном сдвиге осуществляется не только скольжение по контактным площадкам, но и упругое деформирование выступов, пиков. Выделим схематически только два пика (практически наклон их склонов порядка 10?-20?, но для наглядности они нарисованы на рис. 3 круче). При попытке сдвинуться в горизонтальном направлении один пик начинает прогибать другой, то есть сначала пытается сгладить дорогу, а потом уже скользить по ней. Ширина пиков мала (порядка сотых долей миллиметра), и в пределах таких микросмещений главную роль играет именно упругое сопротивление, то есть сила должна подчиняться закону Гука, быть пропорциональной смещению. Иначе говоря, при микросмещениях контактирующие поверхности оказываются как бы связанными многочисленными пружинками. Но после того как верхний пик в ходе движения перевалит через нижний (причем оба они сплющиваются), пружинка рвется вплоть до встречи с новым препятствием. Таким образом, после приложения продольной силы, стремящейся сдвинуть два тела,
referat.co
РЕБЯТ, ДАЮ МНОГО БАЛЛОВ, НАПИШИТЕ РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ!!!!!!!! реферат «Сила трения в технике»
twitstar.ru
