Ювелирное обозрение

Ответ или решение 2

Для того, чтобы узнать какими способами можно уменьшить силу трения, необходимо иметь представление о таком понятии, как сила трения.

Что такое сила трения в физике

В физике под данным термином принято подразумевать одну из видов сил, которая возникает вследствие соприкосновения двух тел, а кроме этого, препятствует их относительному движению. Стоит отметить важный факт, данная физическая величина способствует уменьшению скорости тела.

Причины возникновения силы трения

В физике принято выделять следующие основные причины возникновения:

• На поверхности соприкасающихся тел имеются шероховатости. Стоит отметить, что на любой поверхности, даже на которой видно невооруженным глазом, что она гладкая, в любом случае имеются какие – либо шероховатости или неровности.
• Происходит взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.

Примером возникновения является случай, если с разбега прокатиться по ледяной дорожке, то есть если бы покрытие было асфальтное, ситуация была бы не возможной.

Основными видами трения являются следующие:

В момент трения отмечается возрастание температурных показателей, а следовательно, выделяется определенное количество тепловой энергии.

Существует несколько способов уменьшения силы трения:

1. Уменьшение шероховатости поверхности.
2. Использование смазочного материала.
3. Придать обтекаемую форму.
4. Заменить силу трения скольжения на силу трения качения.
5. Применение и использование шариковых или роликовых подшипников.
6. Применение воздушной подушки.

Ответ

Проверено экспертом

Увеличивают силу трения обычно для увеличения сцепления соприкасающихся поверхностей – для того, чтобы исключить проскальзывание там, где его не должно быть. Например, посыпая песком обледеневший пешеходные тропинки. Или набивая резиновые набойки на опоры стремянки, наклонной приставной лестницы, на ножки лёгких стульев.
Трение увеличивают также и в том случае, если получение тепла, в которое переходит механическая энергия, является функцией устройства – например, в фрикционных зажигалках или спичках.

Для увеличения силы трения используют абразивные смеси (например, песок) или применяют материалы, отличающиеся высоким коэффициентом трения скольжения. Увеличение шероховатости поверхности посредством придания им ребристого профиля также способствует увеличению трения.

Уменьшают трение обычно там, где важно уменьшить потери механической энергии (из-за перехода части этой энергии в тепло), а также для уменьшения износа трущихся деталей в движущихся элементах конструкций – шарнирах, петлях, подшипниках различных валов, скользящих муфт, поршней и прочего.

Как правило, для этого используют смазку, поскольку тн жидкое трение существенно меньше сухого трения скольжения.
Также уменьшению трения соприкасающихся поверхностей способствует выравнивание соприкасающихся граней, их зачистка и шлифовка.

Вы никогда не задумывались, почему ваши руки становятся теплыми, когда вы трете их друг о друга, или почему трением двух деревяшек можно добыть огонь? Ответ – трение! Когда два тела перемещаются относительно друг друга, появляется сила трения, препятствующая такому перемещению. Трение может вызвать высвобождение энергии в виде тепла, согревая руки, высекая огонь и так далее. Чем больше трение, тем больше энергии высвобождается, поэтому, увеличив трение между движущимися частями в механической системе, вы получите немало тепла!

Поверхности трущихся тел

Когда два тела перемещаются относительно друг друга, могут возникнуть следующие три процесса: неровности на поверхности тел мешают движению тел относительно друг друга; одна или обе поверхности тел могут деформироваться в результате такого перемещения; атомы каждой поверхности могут взаимодействовать друг с другом. Все перечисленные процессы участвуют в возникновении трения. Поэтому для увеличения трения выберите тела с абразивной поверхностью (например, наждачная бумага), с деформируемой поверхностью (например, резиновой) или с поверхностью, имеющей адгезивные свойства (например, липкую).

Сильнее прижмите тела друг к другу, чтобы увеличить трение, так как сила трения пропорциональна силе, действующей на трущееся тела (силе, направленной перпендикулярно направлению перемещения тел относительно друг друга).

Если одно тело находится в движении, остановите его. До сих пор мы рассматривали трение скольжения, возникающее при перемещении тел относительно друг друга. Трение скольжения намного меньше трения покоя, то есть силы, которую необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение. Поэтому труднее сдвинуть с места тяжелый предмет, чем управлять им, когда он уже движется.

• Проведите простой эксперимент, чтобы понять разницу между трением скольжения и трением покоя. Поставьте стул на гладкий пол (не на ковер). Убедитесь, что на ножках стула нет резиновых или других накладок, препятствующих его скольжению. Толкните стул, чтобы передвинуть его. Вы заметите, что как только стул пришел в движение, вам стало легче толкать его, потому что трение скольжения между стулом и полом меньше трения покоя.

Избавьтесь от смазки между двумя поверхностями, чтобы увеличить трение. Смазочные материалы (масла, вазелин и так далее) значительно уменьшают силу трения между трущимися телами, потому что коэффициент трения между твердыми телами значительно выше коэффициента трения между твердым телом и жидкостью.

• Проведите простой эксперимент. Потрите сухие руки друг о друга, и вы заметите, что их температура повысилась (они согрелись). Теперь намочите руки и потрите их еще раз. Теперь вам не только легче тереть руки друг о друга, но и нагреваются они меньше (или медленнее).

Избавьтесь от подшипников, колес и других катящихся тел, чтобы избавиться от трения качения и получить трение скольжения, которое намного больше первого (поэтому катить одно тело относительно другого проще, чем толкать/тянуть его).

• Например, представьте, что вы положили тела одинаковой массы в сани и на колесную тележку. Тележку с колесами намного легче передвигать (трение качения), чем сани (трение скольжения).

Увеличьте вязкость жидкости, чтобы увеличить силу трения. Трение имеет место не только при перемещении твердых тел, но и в жидкостях и газах (вода и воздух, соответственно). Трение между жидкостью и твердым телом зависит от нескольких факторов, например, вязкости жидкости – чем больше вязкость жидкости, тем больше сила трения.

Лобовое сопротивление

Увеличьте площадь поверхности тела. Как отмечалось выше, при движении твердых тел в жидкостях и газах также возникает сила трения. Сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах, называется лобовым сопротивлением (иногда его называют сопротивлением воздуха или сопротивлением воды). Лобовое сопротивление больше при увеличении площади поверхности тела, которая направлена перпендикулярно направлению движения тела сквозь жидкость или газ.

• Например, возьмите дробинку массой 1 г и лист бумаги той же массы и одновременно отпустите их. Дробинка сразу же упадет на пол, а лист бумаги будет медленно опускаться вниз. Тут как раз виден принцип лобового сопротивления – площадь поверхности бумаги намного больше, чем у дробинки, поэтому сопротивление воздуха больше и бумага падает на пол медленнее.

Используйте форму тела с большим коэффициентом лобового сопротивления. По площади поверхности тела, направленной перпендикулярно движению, можно судить о лобовом сопротивлении только в общих чертах. Тела различной формы взаимодействуют с жидкостями и газами по-разному (при движении тел сквозь газ или жидкость). Например, круглая плоская пластина имеет большее лобовое сопротивление, чем круглая шарообразная пластина. Величина, характеризующая лобовое сопротивление тел различной формы, называется коэффициентом лобового сопротивления.

Используйте тела менее обтекаемой формы. Как правило, большие тела кубической формы имеют высокое лобовое сопротивление. Такие тела имеют прямоугольные углы и не сужаются к концу. С другой стороны, тела обтекаемой формы имеют закругленные края и обычно сужаются к концу.

Используйте тела без сквозных отверстий. Любое сквозное отверстие в теле уменьшает лобовое сопротивление, так как позволяет воздуху или воде течь сквозь такое отверстие (благодаря отверстиям уменьшается площадь поверхности тела, перпендикулярная движению). Чем больше сквозные отверстия, тем меньше лобовое сопротивление. Вот почему парашюты, которые предназначены для создания большого лобового сопротивления (чтобы замедлить скорость падения), сделаны из прочного, легкого шелка или нейлона, а не из марли.

• Например, вы сможете увеличить скорость движения ракетки для пинг-понга, если просверлите в ней несколько отверстий (чтобы уменьшить площадь поверхности ракетки и соответственно уменьшить лобовое сопротивление).

Увеличьте скорость тела, чтобы повысить лобовое сопротивление (это верно для тел любой формы и сделанных из любого материала). Чем выше скорость объекта, тем сквозь больший объем жидкости или газа оно должно пройти и тем больше лобовое сопротивление. Тела, движущиеся на очень высоких скоростях, испытывают огромное лобовое сопротивление, поэтому они должны быть обтекаемыми; в противном случае сила сопротивления разрушит их.

• Например, рассмотрим Lockheed SR-71 – экспериментальный самолет-разведчик, построенный во времена холодной войны. Этот самолет мог летать с высокой скоростью М = 3,2 и, несмотря на его обтекаемую форму, испытывал огромное лобовое сопротивление (такое большое, что металл, из которого был сделан фюзеляж самолета, расширялся при нагревании, возникающем при трении).

• Не забывайте, что при трении высвобождается много энергии в виде тепла. Например, не прикасайтесь к тормозным колодкам автомобиля непосредственно после торможения!
• Имейте в виду, что высокие силы сопротивления могут привести к разрушению тела, движущегося в жидкости. Например, если во время прогулки на катере вы положите в воду кусок фанеры (так, чтобы ее поверхность была направлена перпендикулярно движению катера), то, скорее всего, фанера сломается.

В повседневной жизни мы на каждом шагу сталкиваемся с дей­ствием сил трения. Вытаскивая гвоздь из стены, мы преодолеваем силу трения. При движении автомобиля или другого экипажа с постоянной скоростью по ровной горизонтальной дороге мощность, развиваемая его двигателем, расходуется на преодоление разных видов трения в механизме автомобиля и между его колесами и полот­ном дороги. Колоссальное количество бензина, угля и нефти идет на то, чтобы восстановить потери механического движения, связан­ные с преодолением сил трения в машинах, самолетах и наземных экипажах различного типа. Поэтому уменьшение трения дает эко­номию огромных материальных ценностей.

Борьба с трением в машинах, на транспорте сводится к замене сухого трения скольжений трением других видов. В частности, наиболее распространенный способ уменьшения трения – смазка – состоит в замене сухого трения трением жидким. Смазка заполняет углубления, выемки, трещины поверхностей твердых тел и об­разует между ними жидкий слой, разъединяющий эти поверхности и препятствующий взаимодействию их молекул. При движении тел происходит скольжение слоев жидкости друг относительно, друга. Замена сухого трения внутренним трением смазки уменьшает тре­ние в 8-10 раз.

Теория смазки была создана русским ученым Я. Я. Петровым. Наиболее строгая теория смазки была разработана Я . Е. Жуков­ским и С. А. Чаплыгиным.

Второй весьма эффективный способ снижения трения – заме­на скольжения качением (в шарикоподшипниках) – мы разберем ниже.

В измерительной технике для повышения чувствительности и точности измерительных приборов имеет большое значение борьба с явлением «застоя». В разного рода стрелочных приборах об измеряемой величине судят по смещению стрелки от нулевого положе­ния. Благодаря наличию трения покоя это смещение начинается, когда измеряемая величина уже достигнет некоторого значения. Это явление приводит к тому, что чувствительность таких приборов (в которых движение указателя осуществляется со скольжением) не может превзойти некоторого предела. Величина силы трения покоя сказывается и на точности прибора, так как стрелка может остано­виться на делении, не соответствующем действительному значению измеряемой величины. Поэтому в прецизионных измерительных приборах указатели укрепляются не в подшипнике, а на подвесе, что позволяет избежать сухого трения.

Однако полное исчезновение трения повлекло бы за собой весьма неприятные последствия. Ни человек, ни автомобиль, ни какой-ли­бо механизм, как мы знаем, не могли бы двигаться под действием внутренних сил, так как эти силы лишь сближают или раздвигают отдельные части тел. Трение служит той внешней силой, которая ослабляет или уравновешивает действие одной из внутренних сил и позволяет другой силе перемещать тело. Человек при ходьбе, занося ногу вперед, отрывает ее от земли, а другой ногой опирается о землю. Нога, стоящая на земле, испытывает на себе действие двух сил: мускульной, толкающей ее назад, и силы трения покоя, урав­новешивающей эту силу. В результате эта нога остается на месте, в то время как приподнятая, испытывая лишь небольшое сопротив­ление со стороны воздуха, перемещается вперед. При движении тепловоза сила трения колес о рельсы является движущей силой, не позволяя им скользить; благодаря трению не проскальзывает по шкиву ремень, передающий движение от двигателя к станку. Во всех рассмотренных случаях проявляется сила трения покоя. Поэтому трение покоя иногда называют ведущим трением.

В отсутствие силы трения гвоздь не удержался бы в доске; вин­товые, шпоночные соединения распались; любая машина, едва придя в движение, рассыпалась бы на составные части.

Многим знакомо явление «заноса» автомобиля при резком тор­можении на скользкой дороге. При торможении колеса автомобиля начинают с большой скоростью скользить по льду (рис.8). Сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную

скорости движения. Положим, под действием силы возникло скольжение колеса с малой скоростью в направлении, перпендикулярном и одновременно возникла направленная проти­воположно скорости сила трения . Результирующая скорость скольжения: Сила трения направлена против и имеет значение F тр. Можно считать, что, так как силы трения с изменением скорости меняются мало. Тогда составляющая силы трения в направлении, противоположном , равна:. Но если v 2

Опорный конспект ПОЛЬЗА ВРЕД ПОЛЬЗА ВРЕД 1. F тр. пок. – «движущая сила» 1. Препятствует движению 2. «тормозящая сила» 2. Изнашивает поверхность УВЕЛИЧИТЬ УМЕНЬШИТЬ УВЕЛИЧИТЬ УМЕНЬШИТЬ а) шероховатость («песок») а) смазка б) «нагрузить» б) подшипники F тр. кач.

Уменьшение силы трения Во-первых, мы знаем, трение бывает не всегда твердым, хотя именно от него в тысячах ситуаций стремятся избавиться. Например, смазывают детали механизмов и машин, чтобы уменьшить их износ и не терять впустую энергию, уходящую на бесполезный нагрев.

Уменьшение силы трения Подшипники Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах. Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах.

Воздушная подушка Суда на воздушной подушке – это аппараты, поддерживающие себя над опорной (земной или водной) поверхностью с помощью воздушной подушки, создаваемой судовыми вентиляторами. В отличие от обычных судов и колесного транспорта суда на воздушной подушке (СВП) не имеют физического контакта с поверхностью, над которой движутся

Когда движущееся тело касается другого тела (например, монета, скользящая по столу), его движение замедляется.

Сила, вызывающая замедление, называется силой трения. Чем более шероховаты поверхности и чем сильнее они давят друг на друга, тем сильнее трение. Трение присуще и твердым телам, и жидкостям, и газам.

Как используют трение

В одних ситуациях трение полезно, в других вредно. Если бы между телам не было трения, мы ничего не смогли бы взять и руки. Подошвы кроссовок делают из рифленой резины, чтобы увеличить их трение о землю. Трение используется во многих механизмах. Если бы трение шины о поверхность дороги было небольшим, водитель не смог бы затормозить. желобки на поверхности шины для улучшения сцепления и отвода грязи и воды. На поверхность шины наноситься своего рода «узор». Он улучшает сцепление резины с дорогой. Влага и грязь уменьшают трение, т.к. они служат смазкой. Желобки на поверхности шины служат для отвода воды и грязи. Некоторые механизмы вообще не могли бы действовать без трения. Трение спички о коробок даёт столько тепла, что горючие вещества в серной головке вспыхивают. Большинство тормозов останавливают вращение колес при помощи трения.

Если части механизма сильно трутся друг о друга, то они изнашиваются и ломаются. К тому же часть необходимой механизму энергии тратиться не на движение, а на выделение тепла. трение ладоней друг о друга. При трении ладоней друг о друга вы получаете теплоту. Если вы будете достаточно долго тереть ладони, то на них появятся волдыри. Идеально гладкой поверхности не бывает. Слегка шероховаты даже стекло и отшлифованный металл. Под микроскопом гладкие поверхности выглядят изрытыми. Поверхность масла глаже, чем поверхность любого твёрдого тела, поэтому тела легче скользят по смазанной им поверхности.
Жидкость, используемая для уменьшения трения, называется смазкой. Слой масла между движущимися металлическими поверхностями уменьшает трение.
Подшипники – это расположенные внутри движущихся частей машины шарики. Они также уменьшают трение, превращая процесс скольжения в качение. Шарикоподшипники находятся у осей колеса. Когда колесу крутиться, они перекатываются.

Чтобы понять, как работают подшипники, возьми тяжелую книгу и положите её на пол. Толкни её. Трение велико, верно?

Теперь положи книгу на несколько шариков. Толкни снова. Шарики покаяться, уменьшая тем самым трение.

Трение в воде и воздухе

Сопротивление воздуха летящему объекту – это и есть трение. В космосе, где нет воздуха, нет и трения. Чтобы уменьшить сопротивление воздуха, автомобилям придают обтекаемую форму. Тогда воздух легче скользит по поверхности. Из-за этого повышается скорость и расходуется меньше топлива. На испытаниях автомобилей используют струи дыма и кусочки шерстяных нитей.

Вода плотнее воздуха, поэтому сопротивление движению тел в воде значительно больше. Чем более обтекаемую форму имеет судно, тем большую скорость оно способно развить. У рыб и морских млекопитающих (китов и т.д.), как правило, обтекаемое тело. Это позволяет им без труда передвигаться под водой. Вода легко скользит вдоль обтекаемого тела кита.