În condiții terestre, frecarea însoțește întotdeauna orice mișcare a corpurilor. Cu toate tipurile de mișcare mecanică, unele corpuri intră în contact fie cu alte corpuri, fie cu mediul continuu lichid sau gazos care le înconjoară. Un astfel de contact are întotdeauna o mare influență asupra mișcării. Apare o forță de frecare, îndreptată opus mișcării.
Există mai multe tipuri de frecare:
Frecarea uscată apare atunci când corpurile solide în contact se mișcă unele față de altele.
Frecarea vâscoasă (altfel lichidă) apare atunci când corpurile solide se mișcă într-un lichid sau mediu gazos, sau când un lichid sau un gaz curge pe lângă solide staționare.
Frecarea statică apare atunci când o forță este aplicată unui corp care încearcă să miște acel corp.
Cauzele frecării sunt: denivelările suprafețelor de contact și atracția reciprocă a moleculelor corpurilor de contact.
Ce se întâmplă dacă luați două suprafețe perfect curate?
Legați un fir de tulpina unui pahar de sticlă și puneți-l pe o masă acoperită cu sticlă. Dacă trageți de fir, sticla va aluneca ușor de-a lungul sticlei. Acum udați paharul cu apă. Mutarea paharului va deveni mult mai dificilă. Dacă te uiți atent la sticlă, poți observa chiar și zgârieturi. Ideea este că apa a îndepărtat grăsimea și alte substanțe care au contaminat suprafețele de frecare. Contactul între cei doi s-a format perfect suprafete curate, și s-a dovedit că a face zgârieturi (adică a smulge bucăți de sticlă) este mai ușor decât a rupe (a muta) un pahar.
Modalități de reducere a frecării:
Slefuirea suprafețelor de frecare, aplicarea lubrifianților și înlocuirea frecării de alunecare cu frecarea de rulare.
Forțele de frecare sunt de natură electromagnetică.
De ce depinde forța de frecare?
În funcție de tipul suprafețelor de contact și de mărimea sarcinii.
La un moment dat, marele artist și om de știință italian Leonardo da Vinci, surprinzând pe cei din jur, a efectuat experimente ciudate: a târât o frânghie de-a lungul podelei, uneori pe toată lungimea, alteori adunând-o în inele. El a studiat: forța frecării de alunecare depinde de zona corpurilor care intră în contact?
Drept urmare, Leonardo a ajuns la concluzia că forța de frecare de alunecare nu depinde de aria corpurilor în contact, ceea ce este confirmat de oamenii de știință moderni.
Cum se explică apariția frecării?
Suprafețele de contact ale corpurilor nu sunt niciodată perfect plane și prezintă nereguli.
Mai mult, locurile proeminențelor de pe o suprafață nu coincid cu locurile proeminențelor de pe cealaltă. Dar în timpul compresiei, vârfurile ascuțite sunt deformate și aria de contact crește proporțional cu sarcina aplicată. Rezistența la forfecare în locurile de neregularități este cea care provoacă frecare
În plus, nu trebuie să uităm că, în cazul suprafețelor ideal netede, rezistența la mișcare va apărea datorită forțelor de atracție dintre molecule. Aceasta explică influența asupra forței de frecare a sarcinii - forța de presare și proprietățile materiale.
Cum se măsoară forța de frecare?
Acest lucru se poate face folosind un dinamometru.
Când corpul se mișcă uniform, dinamometrul arată forța de tracțiune egală cu forța de frecare. Pentru a ușura măsurarea, uneori, în loc să trageți cartea peste masă, puteți începe să mutați masa în sine și să țineți cartea pe loc legând-o de un arc. Acest lucru nu va schimba forța de frecare.
Unitatea de măsură SI pentru forța de frecare (ca orice altă forță) este 1 Newton.
Ce este mai profitabil: rulare sau alunecare?
Ce este mai bine - alunecarea sau rostogolirea? Desigur, rularea este mai profitabilă decât alunecarea. Pentru a menține rularea, trebuie să aplicați mult mai puțină forță decât pentru a menține alunecarea la aceeași viteză. Prin urmare, este de înțeles că vara călătoresc într-o căruță și nu pe o sanie.
Dar de ce roțile lasă loc alergătorilor iarna? Chestia este că roțile sunt mai profitabile decât alergătorii doar atunci când rulează. Iar pentru ca roțile să se rostogolească trebuie să existe sub ele un drum dur, neted și, în plus, unul antiderapant.
EXPERIENŢĂ. Comparația dintre forța de frecare de alunecare și forța de frecare de rulare.
Așezați un pahar rotund (nu fațetat) pe masă și împingeți-l astfel încât fundul său să alunece de-a lungul mesei. După ce s-a mutat, paharul se va opri.
Acum puneți același pahar pe o parte și împingeți-l cu aceeași forță. Ce s-a întâmplat?
Greutatea paharului nu s-a schimbat, pereții și fundul acestuia sunt din aceeași sticlă, masa este aceeași.
Chestia este că acum sticla se rostogolește, nu alunecă, iar mișcarea sa este încetinită de forța de frecare de rulare, care este de multe ori mai mică decât forța de frecare de alunecare. În multe cazuri, se dovedește a fi de 50 de ori mai mare decât frecarea de rulare!
Frecarea încetinește întotdeauna mișcarea; Se consumă o cantitate imensă de combustibil valoros pentru a depăși frecarea de toate tipurile.
Frecarea cauzează uzura suprafețelor de frecare.
ISTORIA STUDIULUI FRICȚIEI
Primul studiu al legilor frecării aparține celebrului om de știință și artist italian Leonardo da Vinci (secolul al XV-lea):
forța de frecare care apare atunci când un corp intră în contact cu suprafața altui corp este proporțională cu forța de apăsare, îndreptată împotriva direcției de mișcare și nu depinde de aria de contact a suprafețelor de contact.
El a măsurat forța de frecare care acționează asupra blocuri de lemn alunecând de-a lungul plăcii și prin plasarea barelor pe diferite fețe, a determinat dependența forței de frecare de zona de sprijin. Dar, din păcate, lucrările lui Leonardo da Vinci nu au fost publicate.
Cu toate acestea, abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea oamenii de știință G. Amonton și Sh.O. Coulomb a introdus o nouă constantă fizică - coeficientul de frecare (k).
După aceasta, a fost derivată o formulă pentru forța de frecare:
Ftr = kN
Unde N este forța de reacție a solului corespunzătoare forței de presiune exercitată de corp pe suprafață.
Dacă corpul se află pe o suprafață orizontală, atunci N = Fstrand
Valorile coeficientului de frecare pentru diverse materiale pot fi găsite în cărțile de referință.
Se știe din cele mai vechi timpuri că suprafețele unse cu grăsime sau chiar pur și simplu umezite cu apă alunecă mult mai ușor. În 1886, O. Reynolds a creat prima teorie a lubrifierii.
Și la începutul secolului al XX-lea a apărut tribologia - știința care studiază frecarea.
Uneori, frecarea este „rău”!
Frecarea incetineste miscarea; Se consumă o cantitate imensă de combustibil valoros pentru a depăși frecarea de toate tipurile.
Frecarea cauzează uzura suprafețelor de frecare: tălpile, anvelopele auto și piesele mașinii se uzează. Ei încearcă să reducă frecarea dăunătoare.
Dar uneori există beneficii în frecare!
Apoi încearcă să o mărească, de exemplu, atunci când merg pe gheață.
Dacă nu ar exista frecare?
Câștigătorul Premiului Nobel, fizicianul elvețian Charles Guillaume a spus: „Să ne imaginăm că frecarea poate fi complet eliminată, atunci niciun corp, fie că este de dimensiunea unui bloc de piatră sau mic ca un grăunte de nisip, nu se va sprijini vreodată unul pe celălalt, totul va fi. glisați și rulați până când nu va fi la același nivel. Dacă nu ar exista frecare, Pământul ar fi fără nereguli, ca un lichid.”
CITIȚI TOTUL DESPRE FRICAȚIE
Despre fricțiuni pentru curioși........
INTERESANT
O creștere a forței de rezistență la mișcare cu creșterea vitezei duce la o mișcare uniformă constantă a unui corp atunci când căde de la o înălțime mare într-un lichid sau gaz (de exemplu, în atmosferă). Astfel, înainte ca parașuta să se deschidă, un parașutist poate dobândi o viteză de doar până la 50 m/s, iar picăturile de ploaie, în funcție de mărimea lor, ajung la viteze de la 2 la 7 m/s.
Teflonul, cunoscut de tine, are cel mai mic coeficient de frecare pentru un solid (0,02). Fiecare persoană modernă are oale și tigăi cu strat de teflon antiaderent în bucătărie.
Dacă toate ferestrele unui tren în mișcare sunt deschise în același timp, fluxul de aer în jurul acestuia se va deteriora atât de mult încât forța de rezistență la mișcare va crește cu aproximativ un sfert.
Costumele, care sunt special concepute pentru pescuitul sub apă și apnea, au un finisaj ultra-neted, cu exterior pentru a reduce pierderile prin frecare la alunecare în apă.
ÎNTREBARE PENTRU TOȚI!
Un cal trage o căruță. Unde este utilă forța de frecare și unde este dăunătoare?
Haide!
Chiar și în anii de școală, în clasa a șaptea sau a opta, fiecare persoană se familiarizează cu un nou concept de fizică dinamică - frecare. Cu toate acestea, mulți, după ce s-au maturizat, uită cum funcționează această forță. Să încercăm să înțelegem acest subiect.
Definiția conceptului
Frecarea este un fenomen care are următorul sens: atunci când două corpuri intră în contact unul cu celălalt, se formează o interacțiune specială în punctul de contact, împiedicând corpurile să se miște în continuare unul față de celălalt. Este clar că este posibil să se calculeze valoarea interacțiunii acestor corpuri. Acesta este tocmai ceea ce caracterizează această interacțiune din punct de vedere cantitativ. Dacă apare frecarea între corpuri solide (de exemplu, interacțiunea unei cărți cu un raft de cărți sau un măr cu o masă), atunci o astfel de interacțiune se numește frecare uscată.
Trebuie înțeles că frecarea este o forță de natură electromagnetică. Aceasta înseamnă că cauza acestei forțe este interacțiunea dintre particulele care alcătuiesc un anumit corp.
Cum este frecarea?
Datorită varietății de obiecte existente în lumea noastră, se poate determina că fiecare dintre ele are propria sa structură și are proprietăți individuale. Aceasta înseamnă că interacțiunea dintre diferite obiecte va fi diferită. Pentru o înțelegere corectă a esenței și a soluționării competente a multor probleme din fizică, se obișnuiește să se împartă în mod convențional trei tipuri de frecare. Deci, să ne uităm la fiecare separat:
- Prima frecare este frecarea statica care apare in absenta miscarii relative a doua corpuri. Putem vedea exemple în acest sens peste tot, deoarece forța generată de această frecare menține obiectele în echilibru. De exemplu, mărfuri pe o bandă transportoare în mișcare, un cui înfipt într-un perete sau o persoană care stă pe podea.
- Frecare de alunecare- aceasta este în mod condiționat a doua frecare. Sensul alunecării este definit astfel: atunci când unui corp în echilibru este aplicată o forță mai mare decât forța de frecare statică, forța de frecare de alunecare începe să acționeze și corpul se mișcă de la locul său.
- Și în sfârșit, frecare de rulare, explicând interacțiunea a două corpuri, dintre care unul se rostogolește pe suprafața celuilalt. Diferența și alunecarea se explică prin faptul că, cu orice mișcare, zonele corpului se deplasează pe lungimea suprafeței de contact și, în loc de legături intermoleculare rupte, se formează altele noi. Și în cazul în care roata se rostogolește fără alunecare, legăturile moleculare la ridicarea secțiunilor roții sunt rupte mult mai repede decât la alunecare. Se dovedește că forța de frecare de rulare este mai mică decât forța de alunecare.
Unde și cum poate fi folosită frecarea?
Frecarea este un fenomen de neînlocuit, fără de care nu am fi capabili să facem lucruri de bază: să mergem, să stăm sau pur și simplu să ținem obiecte în mâini. Prin urmare, nu subestimați importanța frecării. După cum spunea fizicianul francez Guillaume: „Dacă nu ar exista frecare, Pământul nostru ar fi lipsit de o singură rugozitate, ar fi ca o picătură de lichid”.
Poate, cel mai bun exemplu, care caracterizează cel mai exact frecarea, este opera roții. Chiar și în antichitate, s-a observat că forțele de frecare de rulare sunt mult mai mici decât forțele de frecare de alunecare. Beneficiile incontestabile ale frecării de rulare au fost cele care i-au determinat pe oameni să folosească bușteni sau role pentru a muta sarcini grele și voluminoase. De-a lungul timpului, oamenii și-au îmbunătățit cunoștințele despre proprietățile uimitoare ale frecării de rulare, au observat mișcarea obiectelor sub influența forțelor de frecare și, în cele din urmă, au inventat roata! ÎN lumea modernă Este imposibil să ne imaginăm viața fără aceste părți de neînlocuit, deoarece roțile sunt al doilea „motoare” al oricărui transport!
Cum se calculează forța de frecare?
Ca oricare altul, are valori întregi. Pentru a determina cu precizie cât de multă forță este necesară pentru mișcare sau alte tipuri de muncă, este necesar să se calculeze forța de frecare statică. Aceasta este de obicei ceea ce fac inginerii când, de exemplu, construiesc fabrici sau inventează noi dispozitive. Cu toate acestea, chiar și școlarii obișnuiți se confruntă cu anumite sarcini în care trebuie să calculeze forța de frecare. Deci, pentru a-i calcula valoarea, trebuie doar să utilizați o formulă simplă: F frecare = K * N, unde k este coeficientul de frecare. Valoarea tuturor coeficienților depinde întotdeauna de suprafața obiectului pe care se mișcă corpul sau cu care interacționează. „N” din formula noastră reprezintă forța asupra corpului. Depinde în primul rând de masa corpului care este în contact cu suprafața de sprijin.
Calculați valoarea forței în problemă
Să presupunem că un corp cu masa m = 3 kg este pe o placă orizontală. între scândură de lemn iar corpul este 0,3. Cum se află valoarea forței de frecare? Este foarte simplu, tot ce trebuie să faceți este să înlocuiți valorile noastre în formulă. Trebuie doar să țineți cont de acel N în acest caz egal cu greutatea corpuri (după legea a 3-a a lui Newton). Deci, forța necesară este egală cu (m * g) * k = (3 kg * 10 m/s 2) * 0,3 = 9 N.
Mișcare mecanică numită modificare a poziţiei unui corp faţă de alte corpuri
Sistem de referință numit corpul de referință, sistemul de coordonate asociat cu acesta și ceasul.
Corpul de referință numiți corpul în raport cu care se ia în considerare poziția altor corpuri.
Punct material este un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în această problemă.
Traiectorie numită linie mentală pe care un punct material o descrie în timpul mișcării sale.
În funcție de forma traiectoriei, mișcarea este împărțită în:
O) rectilinie- traiectoria este un segment de linie dreaptă;
b) curbilinii- traiectoria este un segment al unei curbe.
Cale este lungimea traiectoriei pe care un punct material o descrie într-o anumită perioadă de timp. Aceasta este o cantitate scalară.
În mișcare este un vector care leagă poziția inițială a unui punct material cu poziția sa finală (vezi figura).
Este foarte important să înțelegeți cum diferă o cale de o mișcare. Cel mai mult principala diferenta este că mișcarea este un vector cu un început în punctul de plecare și un sfârșit în punctul de destinație (nu contează deloc pe ce traseu a luat această mișcare). Iar calea este, dimpotrivă, o mărime scalară care reflectă lungimea traiectoriei parcurse.
Mișcare liniară uniformă este o mișcare în care un punct material face mișcări egale în orice intervale egale de timp
Viteză uniformă mișcare rectilinie
se numește raportul dintre mișcare și timpul în care a avut loc această mișcare:
Pentru mișcarea neuniformă ei folosesc conceptul viteza medie. Viteza medie este adesea introdusă ca mărime scalară. Aceasta este viteza unei astfel de mișcări uniforme în care corpul parcurge același drum în același timp ca în mișcarea neuniformă:
Viteza instantanee se numeste viteza unui corp intr-un punct dat al traiectoriei sau la în acest moment timp.
Mișcare liniară uniform accelerată- aceasta este o mișcare rectilinie în care viteza instantanee pentru orice perioade egale de timp se modifică cu aceeași valoare
Dependența coordonatelor corpului de timp în mișcare rectilinie uniformă are forma: x = x 0 + V x t, unde x 0 este coordonata inițială a corpului, V x este viteza de mișcare.
Cădere liberă numit mișcare uniform accelerată cu accelerație constantă g = 9,8 m/s 2, independent de masa corpului în cădere. Are loc numai sub influența gravitației.
Viteza de cădere liberă se calculează folosind formula:
Mișcarea verticală se calculează folosind formula:
Un tip de mișcare a unui punct material este mișcarea într-un cerc. Cu o astfel de mișcare, viteza corpului este direcționată de-a lungul unei tangente trase la cerc în punctul în care se află corpul (viteză liniară). Poți descrie poziția unui corp pe un cerc folosind o rază trasată de la centrul cercului la corp. Deplasarea unui corp atunci când se deplasează într-un cerc este descrisă prin rotirea razei cercului care leagă centrul cercului cu corpul. Raportul dintre unghiul de rotație al razei și perioada de timp în care a avut loc această rotație caracterizează viteza de mișcare a corpului într-un cerc și se numește viteza unghiulara ω:
Viteza unghiulară este legată de viteza liniară raport
unde r este raza cercului.
Se numește timpul necesar unui corp pentru a finaliza o revoluție completă perioada de circulatie. Reciproca perioadei este frecvența de circulație - ν
Deoarece în timpul mișcării uniforme într-un cerc modulul de viteză nu se schimbă, dar direcția vitezei se schimbă, cu o astfel de mișcare există o accelerație. Îl sună accelerația centripetă, este îndreptată radial către centrul cercului:
Concepte de bază și legile dinamicii
Se numește partea de mecanică care studiază motivele care au determinat accelerarea corpurilor dinamica
Prima lege a lui Newton:
Există sisteme de referință față de care un corp își menține viteza constantă sau este în repaus dacă alte corpuri nu acționează asupra lui sau acțiunea altor corpuri este compensată.
Proprietatea unui corp de a menține o stare de repaus sau o mișcare liniară uniformă cu forțe externe echilibrate care acționează asupra sa se numește inerţie. Fenomenul de menținere a vitezei unui corp sub forțe externe echilibrate se numește inerție. Sisteme de referință inerțiale sunt sisteme în care prima lege a lui Newton este îndeplinită.
Principiul relativității lui Galileo:
în toate sisteme inerțiale referință, în aceleași condiții inițiale, toate fenomenele mecanice decurg în același mod, adică. supuse acelorași legi
Greutate este o măsură a inerției corpului
Rezistenţă este o măsură cantitativă a interacțiunii corpurilor.
A doua lege a lui Newton:
Forța care acționează asupra unui corp este egală cu produsul dintre masa corpului și accelerația dată de această forță:
$F↖(→) = m⋅a↖(→)$
Adunarea forțelor constă în găsirea rezultantei mai multor forțe, care produce același efect ca mai multe forțe care acționează simultan.
A treia lege a lui Newton:
Forțele cu care două corpuri acționează unul asupra celuilalt sunt situate pe aceeași linie dreaptă, egale ca mărime și opuse ca direcție:
$F_1↖(→) = -F_2↖(→) $
Legea a III-a a lui Newton subliniază că acțiunea corpurilor unul asupra celuilalt este de natura interacțiunii. Dacă corpul A acţionează asupra corpului B, atunci corpul B acţionează asupra corpului A (vezi figura).
Sau pe scurt, forța de acțiune este egală cu forța de reacție. Adesea apare întrebarea: de ce un cal trage o sanie dacă aceste corpuri interacționează cu acestea forțe egale? Acest lucru este posibil doar prin interacțiunea cu al treilea corp - Pământul. Forța cu care copitele apasă în pământ trebuie să fie mai mare decât forța de frecare a sănii pe sol. În caz contrar, copitele vor aluneca și calul nu se va mișca.
Dacă un corp este supus deformării, apar forțe care împiedică această deformare. Astfel de forțe sunt numite forte elastice.
legea lui Hooke scris sub forma
unde k este rigiditatea arcului, x este deformarea corpului. Semnul „-” indică faptul că forța și deformația sunt direcționate în direcții diferite.
Când corpurile se mișcă unele față de altele, apar forțe care împiedică mișcarea. Aceste forțe sunt numite forte de frecare. Se face o distincție între frecarea statică și frecarea de alunecare. Forța de frecare de alunecare calculate prin formula
unde N este forța de reacție a suportului, µ este coeficientul de frecare.
Această forță nu depinde de zona corpurilor de frecare. Coeficientul de frecare depinde de materialul din care sunt realizate corpurile și de calitatea tratamentului suprafeței acestora.
Frecare statică apare dacă corpurile nu se mișcă unul față de celălalt. Forța de frecare statică poate varia de la zero la o anumită valoare maximă
Prin forțele gravitaționale sunt forțele cu care oricare două corpuri sunt atrase unul de celălalt.
Drept gravitația universală:oricare două corpuri sunt atrase unul de celălalt cu o forță direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.
Aici R este distanța dintre corpuri. Legea gravitației universale în această formă este valabilă fie pentru punctele materiale, fie pentru corpurile sferice.
Greutatea corporală numită forţa cu care corpul apasă pe un suport orizontal sau întinde suspensia.
Gravitaţie- aceasta este forța cu care toate corpurile sunt atrase de Pământ:
Cu un suport staționar, greutatea corpului este egală ca mărime cu forța gravitațională:
Dacă un corp se mișcă vertical cu accelerație, greutatea lui se va modifica.
Când un corp se mișcă cu accelerație ascendentă, greutatea sa
Se poate observa că greutatea corpului este mai mare decât greutatea corpului în repaus.
Când un corp se mișcă cu accelerație descendentă, greutatea sa
În acest caz, greutatea corpului este mai mică decât greutatea corpului în repaus.
Imponderabilitate este mișcarea unui corp în care accelerația sa este egală cu accelerația cădere liberă, adică a = g. Acest lucru este posibil dacă asupra corpului acționează o singură forță - gravitația.
Satelitul Pământului artificial- acesta este un corp care are o viteză V1 suficientă pentru a se deplasa în cerc în jurul Pământului
Există o singură forță care acționează asupra satelitului Pământului - forța gravitațională îndreptată spre centrul Pământului
Primul viteza de evacuare
- aceasta este viteza care trebuie transmisă corpului pentru ca acesta să se învârte în jurul planetei pe o orbită circulară.
unde R este distanța de la centrul planetei la satelit.
Pentru Pământ, în apropierea suprafeței sale, prima viteză de evacuare este egală cu
1.3. Concepte și legile de bază ale staticii și hidrostaticii
Un corp (punct material) este în stare de echilibru dacă suma vectorială a forțelor care acționează asupra lui este egală cu zero. Există 3 tipuri de echilibru: stabil, instabil și indiferent. Dacă, atunci când un corp este scos dintr-o poziție de echilibru, apar forțe care tind să aducă acest corp înapoi, aceasta echilibru stabil. Dacă apar forțe care tind să deplaseze corpul mai departe de poziția de echilibru, aceasta poziție instabilă; dacă nu apar forțe - indiferent(vezi Fig. 3).
Când nu vorbim despre un punct material, ci despre un corp care poate avea o axă de rotație, atunci pentru a atinge o poziție de echilibru, pe lângă egalitatea sumei forțelor care acționează asupra corpului la zero, este necesar ca suma algebrică a momentelor tuturor forțelor care acționează asupra corpului să fie egală cu zero.
Aici d este brațul de forță. Umăr de forță d este distanța de la axa de rotație la linia de acțiune a forței.
Condiția de echilibru a pârghiei:
suma algebrică a momentelor tuturor forțelor care rotesc corpul este egală cu zero.
Presiune se numește mărime fizică egal cu raportul forță care acționează pe platformă perpendiculară pe această forță pe aria platformei:
Valabil pentru lichide și gaze legea lui Pascal:
presiunea se răspândește în toate direcțiile fără modificări.
Dacă un lichid sau un gaz se află într-un câmp gravitațional, atunci fiecare strat de deasupra apasă pe straturile de dedesubt și, pe măsură ce lichidul sau gazul este scufundat în interior, presiunea crește. Pentru lichide
unde ρ este densitatea lichidului, h este adâncimea de penetrare în lichid.
La acelaşi nivel se stabileşte un lichid omogen în vasele comunicante. Dacă lichidul cu densități diferite este turnat în coturile vaselor comunicante, atunci lichidul cu o densitate mai mare este instalat la o înălțime mai mică. În acest caz
Înălțimile coloanelor de lichid sunt invers proporționale cu densitățile:
Presa hidraulica este un vas umplut cu ulei sau alt lichid, în care sunt tăiate două orificii, închise de pistoane. Pistoanele au zone diferite. Dacă o anumită forță este aplicată unui piston, atunci forța aplicată celui de-al doilea piston se dovedește a fi diferită.
Astfel, presa hidraulica servește la convertirea mărimii forței. Deoarece presiunea de sub pistoane trebuie să fie aceeași, atunci 
Apoi A1 = A2.
Un corp scufundat într-un lichid sau gaz este acționat de o forță de plutire în sus din partea acestui lichid sau gaz, care se numește prin puterea lui Arhimede
Mărimea forței de flotabilitate este determinată de legea lui Arhimede: un corp scufundat într-un lichid sau gaz este acționat de o forță de plutire îndreptată vertical în sus și egală cu greutatea lichidului sau gazului deplasat de corp:
unde ρ lichid este densitatea lichidului în care este scufundat corpul; V scufundare este volumul părții scufundate a corpului.
Stare de plutire a corpului- un corp plutește într-un lichid sau gaz când forța de plutire care acționează asupra corpului este egală cu forța gravitațională care acționează asupra corpului.
1.4. Legile de conservare
Impulsul corpului este o mărime fizică egală cu produsul dintre masa unui corp și viteza acestuia:Momentul este o mărime vectorială. [p] = kg m/s. Împreună cu impulsul corpului, folosesc adesea impuls de putere. Acesta este produsul forței și durata acțiunii sale
Modificarea impulsului unui corp este egală cu impulsul forței care acționează asupra acestui corp. Pentru un sistem izolat de corpuri (un sistem ale cărui corpuri interacționează numai între ele) legea conservării impulsului: suma impulsurilor corpurilor unui sistem izolat înainte de interacțiune este egală cu suma impulsurilor acelorași corpuri după interacțiune.
Lucrări mecanice numită mărime fizică care este egală cu produsul dintre forța care acționează asupra corpului, deplasarea corpului și cosinusul unghiului dintre direcția forței și deplasare:
Putere este munca efectuată pe unitatea de timp:
Capacitatea unui corp de a lucra este caracterizată de o cantitate numită energie. Energia mecanică este împărțită în cinetic și potențial. Dacă un corp poate lucra datorită mișcării sale, se spune că are energie cinetică. Energia cinetică a mișcării de translație a unui punct material este calculată prin formula
Dacă un corp poate lucra schimbându-și poziția față de alte corpuri sau schimbând poziția unor părți ale corpului, acesta are energie potenţială. Un exemplu de energie potențială: un corp ridicat deasupra solului, energia sa este calculată folosind formula
unde h este înălțimea de ridicare
Energia arcului comprimat:
unde k este coeficientul de rigiditate a arcului, x este deformația absolută a arcului.
Suma energiei potențiale și cinetice este energie mecanică. Pentru un sistem izolat de corpuri în mecanică, legea conservării energiei mecanice: dacă nu există forțe de frecare între corpurile unui sistem izolat (sau alte forțe care conduc la disiparea energiei), atunci suma energiilor mecanice ale corpurilor acestui sistem nu se modifică (legea conservării energiei în mecanică) . Dacă există forțe de frecare între corpurile unui sistem izolat, atunci în timpul interacțiunii o parte din energia mecanică a corpurilor se transformă în energie internă.
1.5. Vibrații mecanice și unde
Oscilații se numesc mişcări care au grade variabile de repetabilitate în timp. Oscilațiile se numesc periodice dacă valorile mărimilor fizice care se modifică în timpul procesului de oscilație se repetă la intervale regulate.Vibrații armonice se numesc astfel de oscilaţii în care oscilează mărime fizică x se modifică conform legii sinusului sau cosinusului, adică.
Se numește mărimea A egală cu cea mai mare valoare absolută a mărimii fizice fluctuante x amplitudinea oscilațiilor. Expresia α = ωt + ϕ determină valoarea lui x la un moment dat și se numește faza de oscilație. Perioada T este timpul necesar unui corp oscilant pentru a finaliza o oscilație completă. Frecvența oscilațiilor periodice Numărul de oscilații complete finalizate pe unitatea de timp se numește:
Frecvența este măsurată în s -1. Această unitate se numește Hertz (Hz).
Pendul matematic este un punct material de masă m suspendat pe un fir inextensibil fără greutate și oscilând într-un plan vertical.
Dacă un capăt al arcului este fixat nemișcat și un corp de masă m este atașat de celălalt capăt al său, atunci când corpul este scos din poziția de echilibru, arcul se va întinde și vor avea loc oscilații ale corpului pe arc în plan orizontal sau vertical. Un astfel de pendul se numește pendul cu arc.
Perioada de oscilație a unui pendul matematic determinat de formula 
unde l este lungimea pendulului.
Perioada de oscilație a unei sarcini pe un arc determinat de formula 
unde k este rigiditatea arcului, m este masa sarcinii.
Propagarea vibrațiilor în medii elastice.
Un mediu se numește elastic dacă există forțe de interacțiune între particulele sale. Undele sunt procesul de propagare a vibrațiilor în medii elastice.
Valul se numește transversal, dacă particulele mediului oscilează în direcții perpendiculare pe direcția de propagare a undei. Valul se numește longitudinal, dacă vibrațiile particulelor mediului au loc în direcția de propagare a undei.
Lungime de undă este distanța dintre două puncte cele mai apropiate care oscilează în aceeași fază:
unde v este viteza de propagare a undei.
Unde sonore se numesc unde în care apar oscilații cu frecvențe de la 20 la 20.000 Hz.
Viteza sunetului variază în diferite medii. Viteza sunetului în aer este de 340 m/s.
Unde cu ultrasunete se numesc unde a caror frecventa de oscilatie depaseste 20.000 Hz. Undele ultrasonice nu sunt percepute de urechea umană.
Forța de frecare în condiții terestre însoțește orice mișcare a corpurilor. Apare atunci când două corpuri intră în contact dacă aceste corpuri se mișcă unul față de celălalt. Forța de frecare este întotdeauna direcționată de-a lungul suprafeței de contact, spre deosebire de forța elastică, care este direcționată perpendicular (Fig. 1, Fig. 2).
Orez. 1. Diferența dintre direcțiile forței de frecare și forța elastică
Orez. 2. Suprafața acționează asupra blocului, iar blocul acționează asupra suprafeței
Există tipuri de frecare uscate și non-uscate. Frecarea de tip uscat apare atunci când corpurile solide intră în contact.
Luați în considerare un bloc situat pe o suprafață orizontală (Fig. 3). Acesta este acționat de gravitație și de forța de reacție a solului. Să acționăm asupra blocului cu o forță mică , îndreptată de-a lungul suprafeţei. Dacă blocul nu se mișcă, înseamnă că forța aplicată este echilibrată de o altă forță, care se numește forță de frecare statică.
Orez. 3. Forța de frecare statică
Forța de frecare în repaus () direcție opusă și egală ca mărime cu forța care tinde să miște un corp paralel cu suprafața de contact cu un alt corp.
Pe măsură ce forța de „forfecare” crește, blocul rămâne în repaus, prin urmare, crește și forța de frecare statică. Cu o forță suficient de mare, blocul va începe să se miște. Aceasta înseamnă că forța de frecare statică nu poate crește la infinit - există o limită superioară dincolo de care nu poate fi. Valoarea acestei limite este forța maximă de frecare statică.
Să aplicăm presiune pe bloc folosind un dinamometru.
Orez. 4. Măsurarea forței de frecare cu ajutorul unui dinamometru
Dacă dinamometrul acționează asupra acestuia cu o forță, atunci puteți vedea că forța maximă de frecare statică devine mai mare odată cu creșterea masei blocului, adică cu creșterea gravitației și a forței de reacție a suportului. Dacă se fac măsurători precise, acestea vor arăta că forța maximă de frecare statică este direct proporțională cu forța de reacție a suportului:
unde este modulul forței maxime de frecare statică; N– forța de reacție a solului ( presiune normală); – coeficient de frecare statică (proporționalitate). Prin urmare, forța maximă de frecare statică este direct proporțională cu forța normală de presiune.
Dacă efectuați un experiment cu un dinamometru și un bloc masa constanta, în timp ce rotiți blocul pe diferite părți (schimbând zona de contact cu masa), puteți vedea că forța maximă de frecare statică nu se modifică (Fig. 5). În consecință, forța maximă de frecare statică nu depinde de zona de contact.
Orez. 5. Valoarea maximă forța de frecare statică nu depinde de zona de contact
Studii mai precise arată că frecarea statică este complet determinată de forța aplicată corpului și formulei.
Forța de frecare statică nu împiedică întotdeauna mișcarea unui corp. De exemplu, forța de frecare statică acționează asupra tălpii unui pantof, oferind accelerație și permițând cuiva să meargă pe sol fără să alunece (Fig. 6).
Orez. 6. Forța de frecare statică care acționează asupra tălpii unui pantof
Un alt exemplu: forța de frecare statică care acționează asupra roții unei mașini vă permite să începeți să vă deplasați fără alunecare (Fig. 7).
Orez. 7. Forța de frecare statică care acționează asupra roții unei mașini
În transmisiile cu curea, acționează și forța de frecare statică (Fig. 8).
Orez. 8. Forța de frecare statică în transmisiile cu curele
Dacă un corp se mișcă, atunci forța de frecare care acționează asupra acestuia de la suprafață nu dispare se numește acest tip de frecare frecare de alunecare. Măsurătorile arată că forța de frecare de alunecare este aproape egală ca mărime cu forța de frecare statică maximă (Fig. 9).
Orez. 9. Forța de frecare de alunecare
Forța de frecare de alunecare este întotdeauna îndreptată împotriva vitezei de mișcare a corpului, adică împiedică mișcarea. În consecință, atunci când un corp se mișcă numai sub influența frecării, îi conferă o accelerație negativă, adică viteza corpului scade constant.
Mărimea forței de frecare de alunecare este, de asemenea, proporțională cu forța presiunii normale.
unde este modulul forței de frecare de alunecare; N– forța de reacție a solului (presiune normală); – coeficient de frecare de alunecare (proporţionalitate).
Figura 10 prezintă un grafic al forței de frecare față de forța aplicată. Prezintă două zone diferite. Prima secțiune, în care forța de frecare crește odată cu creșterea forței aplicate, corespunde frecării statice. A doua secțiune, în care forța de frecare nu depinde de forța externă, corespunde frecării de alunecare.
Orez. 10. Graficul forței de frecare față de forța aplicată
Coeficientul de frecare de alunecare este aproximativ egal cu coeficientul de frecare static. De obicei, coeficientul de frecare de alunecare este mai mic decât unitatea. Aceasta înseamnă că forța de frecare de alunecare este mai mică decât forța normală de presiune.
Coeficientul de frecare de alunecare este o caracteristică a frecării a două corpuri unul împotriva celuilalt, depinde de materialele din care sunt fabricate corpurile și de cât de bine sunt prelucrate suprafețele (netede sau aspre).
Originea forțelor de frecare statice și de alunecare este determinată de faptul că orice suprafață la nivel microscopic nu este plană neomogenități microscopice sunt întotdeauna prezente pe orice suprafață (Fig. 11).
Orez. 11. Suprafeţele corpurilor la nivel microscopic
Când două corpuri în contact încearcă să se miște unul față de celălalt, aceste discontinuități se angajează și împiedică această mișcare. Cu o cantitate mică de forță aplicată, această cuplare este suficientă pentru a preveni mișcarea corpurilor, astfel încât apare frecarea statică. Când forța exterioară depășește frecarea statică maximă, angrenarea rugozității nu este suficientă pentru a ține corpurile și acestea încep să se miște unul față de celălalt, în timp ce forța de frecare de alunecare acționează între corpuri.
Acest tip frecarea apare atunci când corpurile se rostogolesc unele peste altele sau când un corp se rostogolește pe suprafața altuia. Frecarea de rulare, ca și frecarea de alunecare, conferă o accelerație negativă unui corp.
Apariția forței de frecare de rulare se datorează deformării corpului de rulare și suprafata de sustinere. Astfel, o roată situată pe o suprafață orizontală o deformează pe aceasta din urmă. Când roata se mișcă, deformațiile nu au timp să-și revină, așa că roata trebuie să urce constant un mic deal, ceea ce provoacă un moment de forță care încetinește rularea.
Orez. 12. Apariția forței de frecare de rulare
Mărimea forței de frecare de rulare este, de regulă, de multe ori mai mică decât forța de frecare de alunecare, toate celelalte lucruri fiind egale. Din acest motiv, rularea este un tip comun de mișcare în tehnologie.
Când conduceți solidîntr-un lichid sau gaz, acesta este acționat de o forță de rezistență a mediului. Această forță este îndreptată împotriva vitezei corpului și încetinește mișcarea (Fig. 13).
Caracteristica principală a forței de tracțiune este că aceasta apare numai în prezența mișcării relative a corpului și a mediului său. Adică forța de frecare statică nu există în lichide și gaze. Acest lucru duce la faptul că o persoană poate muta chiar și o șlep grea pe apă.
Orez. 13. Forță de rezistență care acționează asupra unui corp atunci când se deplasează într-un lichid sau gaz
Modulul forței de rezistență depinde de:
Din dimensiunea corpului și a acestuia formă geometrică(Fig. 14);
Condițiile suprafeței corpului (Fig. 15);
Proprietățile lichidului sau gazului (Fig. 16);
Viteza relativă a corpului și a mediului său (Fig. 17).
Orez. 14. Dependenţa modulului forţei de rezistenţă de forma geometrică
Orez. 15. Dependenţa modulului forţei de rezistenţă de starea suprafeţei corpului
Orez. 16. Dependența modulului de forță de rezistență de proprietățile lichidului sau gazului
Orez. 17. Dependența modulului forței de rezistență de viteza relativă a corpului și a mediului său
Figura 18 prezintă un grafic al forței de rezistență față de viteza corpului. La o viteză relativă egală cu zero, forța de rezistență nu acționează asupra corpului. Pe măsură ce viteza relativă crește, forța de rezistență crește lent la început, iar apoi rata de creștere crește.
Orez. 18. Graficul forței de rezistență față de viteza corpului
La viteze relative mici, forța de antrenare este direct proporțională cu mărimea acestei viteze:
unde este viteza relativa; – coeficient de rezistență, care depinde de tipul de mediu vâscos, de forma și dimensiunea corpului.
Dacă viteza relativă are suficientă mare valoare, atunci forța de rezistență devine proporțională cu pătratul acestei viteze.
unde este viteza relativa; – coeficient de rezistență.
Alegerea formulei pentru fiecare caz specific este determinată empiric.
Un corp care cântărește 600 g se mișcă uniform de-a lungul unei suprafețe orizontale (Fig. 19). În același timp, i se aplică o forță, a cărei mărime este de 1,2 N. Determinați valoarea coeficientului de frecare dintre corp și suprafață.
Dacă încercați să mutați un dulap greu plin de lucruri, atunci cumva va deveni imediat clar că totul nu este atât de simplu și ceva este în mod clar în cale cauza buna punând lucrurile în ordine.
- Iar obstacolul în calea mișcării nu va fi altceva decât munca forței de frecare, care se studiază la cursul de fizică clasa a VII-a.
Întâmpinăm frecări la fiecare pas. În cel mai adevărat sens al cuvântului. Ar fi mai corect să spunem că fără frecare nu putem face nici măcar un pas, deoarece forțele de frecare sunt cele care ne țin picioarele la suprafață.
Oricare dintre noi știe ce înseamnă să mergi pe o suprafață foarte alunecoasă - pe gheață, dacă acest proces poate fi numit mers. Adică vedem imediat avantaje evidente forte de frecare. Cu toate acestea, înainte de a vorbi despre beneficiile sau daunele forțelor de frecare, să ne gândim mai întâi ce este forța de frecare în fizică.
Forța de frecare în fizică și tipurile acesteia
Interacțiunea care are loc în punctul de contact a două corpuri și împiedică mișcarea relativă a acestora se numește frecare. Iar forța care caracterizează această interacțiune se numește forță de frecare.
- Există trei tipuri de frecare: frecare de alunecare, frecare statică și frecare de rulare.
Frecare statică
În cazul nostru, când am încercat să mutăm dulapul, am zburlit, am împins și ne-am îmbujorat, dar nu am mișcat dulapul nici un centimetru. Ce ține cabinetul pe loc? Forța de frecare statică. Acum, un alt exemplu: dacă punem mâna pe un caiet și o mișcăm de-a lungul mesei, atunci caietul se va mișca împreună cu mâna noastră, ținută de aceeași forță de frecare statică.
Frecare staticăține cuiele înfipte în perete, împiedică șireturile să se dezlege spontan și, de asemenea, ne ține dulapul în loc, astfel încât noi, sprijinindu-ne din greșeală umerii pe el, să nu alergăm peste pisica noastră iubită, care s-a întins brusc să tragă un pui de somn în liniște. și liniște între dulap și perete.
Frecare de alunecare
Să ne întoarcem la dulapul nostru proverbial. În cele din urmă, ne-am dat seama că nu o vom putea muta singuri și am chemat un vecin pentru ajutor. La final, după ce am zgâriat toată podeaua, am transpirat, am speriat pisica, dar tot nu am descărcat lucrurile din dulap, am mutat-o în alt colț.
Ce am găsit în afară de nori de praf și o bucată de perete neacoperită cu tapet? Că atunci când am aplicat o forță care depășește forța de frecare statică, dulapul nu numai că s-a deplasat de la locul său, dar și (cu ajutorul nostru, desigur) a continuat să se deplaseze mai departe, în locul de care aveam nevoie. Și efortul care a trebuit depus pentru mutarea acestuia a fost aproximativ același pe parcursul întregii călătorii.
- În acest caz, am fost împiedicați forța de frecare de alunecare. Forța de frecare de alunecare, ca și forța de frecare statică, este direcționată în direcția opusă forței aplicate.
Frecare de rulare
În cazul în care un corp nu alunecă pe o suprafață, ci se rostogolește, frecarea care apare în punctul de contact se numește frecare de rulare. Roata care rulează este ușor apăsată în drum, iar în fața ei se formează o mică denivelare, care trebuie depășită. Aceasta este ceea ce cauzează frecarea de rulare.
Cu cât drumul este mai greu, cu atât mai puțină frecare la rulare. Acesta este motivul pentru care conducerea pe autostradă este mult mai ușor decât conducerea pe nisip. În marea majoritate a cazurilor, frecarea de rulare este semnificativ mai mică decât frecarea de alunecare. De aceea, roțile, rulmenții și așa mai departe sunt utilizate pe scară largă.
Cauzele forțelor de frecare
Primul este rugozitatea suprafeței. Acest lucru este bine înțeles folosind exemplul plăcilor de podea sau a suprafeței Pământului. În cazul suprafețelor mai netede, cum ar fi gheața sau acoperite table metalice acoperișuri, rugozitatea este aproape invizibilă, dar asta nu înseamnă că nu sunt acolo. Aceste asperități și nereguli se agață una de cealaltă și interferează cu mișcarea.
Al doilea motiv este o atracție intermoleculară care acționează în punctele de contact ale corpurilor de frecare. Totuși, al doilea motiv apare în principal doar în cazul corpurilor foarte bine lustruite. Practic, avem de-a face cu prima cauză a forțelor de frecare. Și în acest caz, pentru a reduce forța de frecare, se folosește adesea lubrifiant.
- Un strat de lubrifiant, cel mai adesea lichid, separă suprafețele de frecare, iar straturile de lichid se freacă unele de altele, forța de frecare în care este de câteva ori mai mică.
Eseu pe tema „Forța de frecare”
La cursul de fizică de clasa a VII-a se dau școlari sarcina de a scrie un eseu pe tema „Forța de frecare”. Un exemplu de eseu pe această temă ar fi cam așa:
„Să presupunem că ne-am hotărât să mergem să o vizităm pe bunica noastră cu trenul în timpul sărbătorilor. Și nu știu că tocmai în acest moment, brusc, fără niciun motiv, forța de frecare a dispărut. Ne trezim, ne ridicăm din pat și cădem, deoarece nu există forță de frecare între podea și picioare.
Începem să ne încălțăm și nu putem lega șireturile, care nu se țin din cauza lipsei de frecare. Scările sunt în general dificile, liftul nu funcționează - este de mult timp la subsol. După ce am numărat absolut toți pașii cu coccisul și ne-am târât cumva până la oprire, am descoperit o nouă problemă: nici un autobuz nu a oprit la stație.
Ne-am urcat în mod miraculos în tren, ne-am gândit cât de frumos este - este bine aici, se consumă mai puțin combustibil, deoarece pierderile prin frecare sunt reduse la zero, vom ajunge acolo mai repede. Dar iată problema: nu există nicio forță de frecare între roți și șine și, prin urmare, nu există nimic din care să împingă trenul! Deci, în general, nu este cumva soarta să mergi la bunica fără forța de frecare.”
Beneficiile și daunele frecării
Desigur, aceasta este o fantezie și este plină de simplificări lirice. În viață totul este puțin diferit. Dar, de fapt, în ciuda faptului că există dezavantaje evidente ale forței de frecare, care ne creează o serie de dificultăți în viață, este evident că fără existența forțelor de frecare ar fi mult mai multe probleme. Deci trebuie să vorbim atât despre daunele forțelor de frecare, cât și despre beneficiile acelorași forțe de frecare.
Exemple aspecte utile forte de frecare se poate spune că putem merge pe pământ, că hainele noastre nu se destramă, deoarece firele din țesătură sunt ținute pe loc datorită acelorași forțe de frecare, că, turnând nisip pe un drum înghețat, îmbunătățim tracțiunea pentru pentru a evita un accident.
Bine daune cauzate de forțele de frecare este problema deplasării sarcinilor mari, problema uzurii suprafețelor de frecare, precum și imposibilitatea de a crea mașină cu mișcare perpetuă, deoarece din cauza frecării orice mișcare se oprește mai devreme sau mai târziu, necesitând o influență externă constantă.
Oamenii au învățat să se adapteze și reduce sau mărește forțele de frecare, in functie de necesitate. Acestea includ roți, lubrifiere, ascuțire și multe altele. Există o mulțime de exemple și este evident că este imposibil să spui fără echivoc: frecarea este bună sau rea. Dar există, iar sarcina noastră este să învățăm cum să-l folosim în beneficiul uman.
Ai nevoie de ajutor cu studiile tale?
Subiect anterior: Relația dintre gravitație și masa corporală: un dinamometru.Următorul subiect: Fricații în natură, viața de zi cu zi și tehnologie: chiar mai multe EXEMPLE