Коэффициенты трения покоя и трения качения
Сила трения качения описывается как: Fтр=kтр(Fn/r) , где kтр- коэффициент трения а Fn — прижимающая сила, а r — радиус колеса. Размерность коэффициента трения качения, естественно, [длина]. Ниже приводится таблица полезных диапазонов коэффициентов трения качения для различных пар материалов в см.
Коэффициенты трения скольжения для различных материалов
| Трущиеся поверхности | k |
| Бронза по бронзе | 0,2 |
| Бронза по стали | 0,18 |
| Дерево сухое по дереву | 0,25 — 0,5 |
| Деревянные полозья по снегу и льду | 0,035 |
| то же, но полозья обиты стальной полосой | 0,02 |
| Дуб по дубу вдоль волокон | 0,48 |
| тоже поперек волокон одного тела и вдоль волокон другого | 0,34 |
| Канат пеньковый мокрый по дубу | 0,33 |
| Канат пеньковый сухой по дубу | 0,53 |
| Кожаный ремень влажный по металлу | 0,36 |
| Кожаный ремень влажный по дубу | 0,27 — 0,38 |
| Кожаный ремень сухой по металлу | 0,56 |
| Колесо со стальным бандажом по стальному рельсу | 0,16 |
| Лед по льду | 0,028 |
| Медь по чугуну | 0,27 |
| Металл влажный по дубу | 0,24-0,26 |
| Металл сухой по дубу | 0,5-0,6 |
| Подшипник скольжения при смазке | 0,02-0,08 |
| Резина (шины) по твердому грунту | 0,4-0,6 |
| Резина (шины) по чугуну | 0,83 |
| Смазанный жиром кожаный ремень по металлу | 0,23 |
| Сталь (или чугун) по феродо* и райбесту* | 0,25-0,45 |
| Сталь по железу | 0,19 |
| Сталь по льду (коньки) | 0,02-0,03 |
| Сталь по стали | 0,18 |
| Сталь по чугуну | 0,16 |
| Фторопласт по нержавеющей стали | 0,064-0,080 |
| Фторопласт-4 по фторопласту | 0,052-0,086 |
| Чугун по бронзе | 0,21 |
| Чугун по чугуну | 0,16 |
| Примечание. Звездочкой отмечены материалы, применяемые в тормозных и фрикционных устройствах. | |
Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) для различных пар материалов.
Химически чистые металл по металлу
Сплавы, по стали
Стальные поверхности высокой твердости при смазке:
Неметаллические материалы
Коэффициенты трения качения.
Сила трения качения описывается как:
Fтр=kтр(Fn/r) , где kтр— коэффициент трения а Fn — прижимающая сила, а r — радиус колеса.
Размерность коэффициента трения качения, естественно, [длина].
Ниже приводится таблица полезных диапазонов коэффициентов трения качения для различных пар материалов в см.
| Стальное колесо по стали | 0,001-0,05 |
| Дереянное колесо по дереву | 0,05-0,08 |
| Стальное колесо по дереву | 0,15-0,25 |
| Пневматичекая шина по асфальту | 0,006-0,02 |
| Деревянное колесо по стали | 0,03-0,04 |
| Шарикоподшипник (подшипник качения) | 0,001-0,004 |
| Роликоподшипник (тоже качения) | 0,0025-0,01 |
| Шарик твердой стали по стали | 0,0005-0,001 |
Сила трения скольжения — силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении. Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазка), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.
Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения и не зависит от площади соприкосновения. (Это можно объяснить тем, что никакое тело не является абсолютно ровным. Поэтому истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой. Кроме того, увеличивая площадь, мы уменьшаем удельное давление тел друг на друга.) Величина, характеризующая трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения, и обозначается чаще всего латинской буквой «k» или греческой буквой «μ». Она зависит от природы и качества обработки трущихся поверхностей. Кроме того, коэффициент трения зависит от скорости. Впрочем, чаще всего эта зависимость выражена слабо, и если большая точность измерений не требуется, то «k» можно считать постоянным.
В первом приближении величина силы трения скольжения может быть рассчитана по формуле:
— сила нормальной реакции опоры.
По физике взаимодействия трение принято разделять на:
- Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя.
- Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком)
- Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость;
- Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
- Граничное, когда в области контакта могут содержатся слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения.
В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики.
При механических процессах всегда происходит в большей или меньшей степени преобразование механического движения в другие формы движения материи (чаще всего в тепловую форму движения). В последнем случае взаимодействия между телами носят названия сил трения.
Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда происходит нагревание взаимодействующих тел.
Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении. Силы трения возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения.
Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.
В реальных движениях всегда возникают силы трения большей или меньшей величины. Поэтому при составлении уравнений движения, строго говоря, мы должны в число действующих на тело сил всегда вводить силу трения F тр.
Тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения.
Для измерения силы трения, действующей на тело, достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.
Источник
Инфофиз
Урок 09. Лабораторная работа № 01. Исследование движения тела под действием постоянной силы (отчет)
Лабораторная работа №1
Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела
Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.
2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.
Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.
1. Определили цену деления шкалы динамометра.
2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска Pбруска=0,7Н
Зная, что P=mg и g=10м/с 2 получим mбруска=P/g
Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:
Провели измерения силы трения.
5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
Масса бруска,
m1 , кг
Масса груза,
m2 , кг
Общий
вес тела
(сила нормального давления),
Р=N=(m1+m2)g, Н
Сила трения,
Fтр, Н
Коэффициент трения,
μ
Среднее значение
коэффициента трения,
μср
6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)
7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: .
Результаты расчётов занесли в таблицу.
8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления:
Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:
Вычислили среднее значение коэффициент трения:
Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227
Ответы на контрольные вопросы.
1. Что называется силой трения?
Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.
2. Какова природа сил трения?
Сила трения — это сила электромагнитной природы.
3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?
Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:
1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.
4. Перечислите виды трения.
Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.
5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?
Источник
Инфофиз
Урок 09. Лабораторная работа № 01. Исследование движения тела под действием постоянной силы (отчет)
Лабораторная работа №1
Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела
Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.
2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.
Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.
1. Определили цену деления шкалы динамометра.
2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска Pбруска=0,7Н
Зная, что P=mg и g=10м/с 2 получим mбруска=P/g
Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:
Провели измерения силы трения.
5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
Масса бруска,
m1 , кг
Масса груза,
m2 , кг
Общий
вес тела
(сила нормального давления),
Р=N=(m1+m2)g, Н
Сила трения,
Fтр, Н
Коэффициент трения,
μ
Среднее значение
коэффициента трения,
μср
6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)
7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: .
Результаты расчётов занесли в таблицу.
8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления:
Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:
Вычислили среднее значение коэффициент трения:
Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227
Ответы на контрольные вопросы.
1. Что называется силой трения?
Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.
2. Какова природа сил трения?
Сила трения — это сила электромагнитной природы.
3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?
Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:
1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.
4. Перечислите виды трения.
Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.
5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?
Источник