Что такое сила трения, формулы

1. Основные сведения
2. Виды сил трения
3. Формулы, касающиеся расчета силы трения

Трение происходит из-за мелких неровностей на поверхности контактирующих тел, а также благодаря их взаимодействию на молекулярном уровне. Сила трения взаимосвязана с силой прижатия объектов и вещества, из которого они состоят.

Основные сведения

В соответствии с законом Кулона сила трения прямо пропорционально зависит от степени нормальной реакции поверхностей, что контактируют. Другими словами, процессы, сопровождающиеся силой трения, нельзя описывать только классической механикой, так как реакции, происходящие в них, довольно сложные.

Силы трения имеют электромагнитную природу. Они возникают из-за воздействий на межмолекулярном уровне.

Виды сил трения

В зависимости от характера относительного движения тел, появляются разные силы трения:

• трение качения. Это момент сил, что возникает при качении одного тела по поверхности другого;
• трение скольжения. Это такая сила, которая проявляется вследствие поступательного движения одного тела по отношению к другому и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения;
• трение покоя. Это такая сила, которая появляется между двумя взаимодействующими телами и является значительной преградой для их относительного перемещения. Эту силу можно преодолеть лишь приведением данных тел в относительное движение. Данная разновидность силы трения проявляется в процессе микро перемещений, например, во время деформации;
• трение верчения. Представляет собой момент силы, который появляется между соприкасающимися телами в процессе вращения одного из них вокруг другого. Такой момент силы направлен в сторону, противоположную вращению и рассчитывается так:

\(M=pN\),

                           где \(p\) – коэффициент трения верчения;
                                \(N\) – нормальное давление.

Экспериментально было доказано, что величина силы трения не зависима от площади взаимодействия тел и пропорциональна силе нормального давления одного тела на другое.

Трение в природе обладает и полезными, и вредными характеристиками. Например, человек не смог бы ходить по земле, если бы отсутствовало трение, транспорт не смог бы двигаться по той же причине. Но при этом трение способствует износу деталей в механизмах, требует смазки и перерасхода топлива в автомобилях.

Формулы, касающиеся расчета силы трения

Сила трения скольжения рассчитывается по такой формуле:
\(F=mP\),
где \(m\) – коэффициент трения скольжения;
      \(P\) – сила нормального давления.

Сила трения скольжения есть определяющей силой во время движения и зависит от силы реакции опоры.

Согласно третьему закону Ньютона сила нормального движения и сила реакции опоры приравниваются между собой и имеют противоположное направление:
\(P=N\)
Для того, чтобы рассчитать силу трения, необходимо определить силу реакции опоры. Тогда сила трения рассчитается по следующей формуле:
\(F=mN\)

Максимальная величина силы трения покоя рассчитывается практически так же, как сила трения скольжения. Ее определение важно при решении задач на расчет силы движущего сопротивления. Пример её проявления, это перемещение книги, которая прижата сверху тяжёлым предметом. При этом скольжение книги осуществляется при действии силы сопротивления покоя между книгой и данным предметом, а величина сопротивления определяется силой нормального давления на книгу.

Сила трения пропорциональна скорости в квадрате, а её формула меняется в зависимости от скорости движения соприкасающихся тел. Данной силой есть сила вязкого сопротивления жидкости.

Таким образом, скорость перемещения определяет от чего зависит сила сопротивления: от скорости движения, формы движущегося тела или вязкости среды. Например, перемещение одинаковых тел в масле или воде сопровождается различным сопротивлением.

При незначительных скоростях перемещения данная сила рассчитывается так:
\(F=kv\)
где \(k\) – коэффициент пропорциональности, определяющийся размерами тела и свойствами среды;
       \(v\) – скорость перемещения тела.