Сила тертя; fte і втрата енергії
1. Сила тертя Ф.R, яке відчуває тіло, що рухається по рівній поверхні, простим чином залежить від нормальної сили Ф.N ab, яке тіло чинить на основу:
.
це є f так званий "коефіцієнт тертя", який залежить від типу двох поверхонь, які контактують в процесі тертя. Сили тертя також залежать від стану руху. Існує три типи тертя:
- Статичне тертя
- Тертя ковзання
- Тертя кочення
2. Тіло, що знаходиться на похилій площині, залишається в стані спокою до тих пір, поки статична сила тертя більша, ніж сила спуску. Рух починається, коли сила спуску під кутом дорівнює статичній силі тертя:
Таким чином, коефіцієнт статичного тертя можна легко визначити з цього кута:
.
3. Сили тертя діють уздовж шляху фрикційна робота В.R. Енергія, необхідна для цього, вилучається із спочатку доступної кількості механічної енергії в системі. Як приклад слід розглянути процес гальмування:
Транспортний засіб мас м рухається з початковою швидкістю v0, його кінетична енергія становить. Його слід загальмувати до зупинки. Якщо колеса блокуються під час гальмування, виникає тертя ковзання. Постійна сила тертя ковзання Ф.g l впливає на прискорення гальмування .
Тривалість процесу гальмування становить тB, гальмівний шлях B. Оскільки застосовується гальмування з постійним прискоренням
.
Це призводить до
Введення в кінетичну енергію призводить до
Під час гальмування кінетична енергія, яка була спочатку доступною, була «витрачена» для виконання фрикційних робіт.
Постійна сила тертя Ф.R виводить з системи механічну енергію В. = Ф.Р. і перетворює це у внутрішню енергію системи. Збільшення внутрішньої енергії проявляється, наприклад, при підвищенні температури.
4-й. Енергетичний баланс
,
що стосується процесів без тертя або процесів із незначним тертям, слід замінити врахуванням тертя
.
а) Велосипедист (100 кг) спочатку має швидкість 5 м/с на рівномірно похилій ділянці дороги (довжина 200 м; перепад висот 20 м). Яку швидкість він має у кінці схилу вниз, якщо рівномірно гальмує із силою 80 Н.?
Держава 1:
Держава 2:
З вказаними значеннями:
.
б) Така ж ситуація - тільки цього разу велосипедист не гальмує. Тільки тертя кочення між колесом і дорогою має гальмівний ефект. Нехай коефіцієнт тертя кочення дорівнює.
Сила тертя зараз. Отже, потрібен кут нахилу:
.
З вказаними значеннями:
(для порівняння: без сил тертя кінцева швидкість становить v '2 = 20,4 м/с)
Вправи
Більше вправ
1. Утрамбовувальний блок (м = 1000 кг) лежить на вертикальному стовпі. Піднявши його на 2,8 м, він вільно падає на стовп.
а) Яка енергія та швидкість трамбувального блоку при попаданні на купу?
б) Утрамбовувальний блок утрамбовує стійку при ударі = 4 см в землю. На який коефіцієнт створена рушійна сила більша за вагу блоку? (Зміна висоти енергії трамбуючого блоку та палі на шляху нехтувати.)
2. Лижник (80 кг) їде через дупло. Він програє на похилому схилі HВисота 1 = 12 м, він знову виграє на схилі в гору H2 = 8 м у висоту. На початку та в кінці подорожі швидкість дорівнює нулю. Загальна покрита доріжка довжиною 160 м.
Яка середня сила тертя, з якою воно гальмувалось під час руху?
3. Похила площина має довжину 10 м і висоту 1 м.
а) Яка робота В.1 потрібно мати тіло з натовпом м = Перемістіть на 2 кг вгору вздовж похилої площини, якщо тертям нехтувати?
б) Наскільки велика робота В.2, коли в русі діє сила тертя Ф.R = 1,5 Н потрібно подолати?
4-й. Поїзд з швидкістю досягає початку гору v0 = 72 км/год. Кут схилу a = 3 °.
Наскільки далеко потяг заходить на підйом вгору, якщо сила тертя гальмування становить 0,5% від ваги?
1.