Урок №2 (19.01.2005)
Силы в природе. Сила трения.

1.                  Вязкое трение

Возникает при взаимодействии твердого тела с жидкостью или газом. Механизм вязкого трения очень сложен, но экспериментально известно, что при малых скоростях , а при больших скоростях, сравнимых со скоростью звука в среде .

2.                  Сухое трение

Делится на три вида: трение покоя, скольжения, качения. Все три имеют электромагнитную природу.

Трение покоя – это сила, возникающая между контактирующими телами при попытке сдвинуть их друг относительно друга, препятствующая этому сдвигу. Сила трения покоя равна по величине и противоположна по направлению сумме внешних сил, действующих на тело в плоскости опоры. Когда сумма внешних сил превышает определенное значение, тело начинает двигаться, сила трения покоя меняется на силу трения скольжения.

В отличие от силы трения покоя, сила трения скольжения не зависит от “сдвигающих” сил. Вместо этого она прямо пропорциональна нормальной силе реакции опоры , а коэффициент пропорциональности  зависит только от материала, из которого состоят трущиеся тела, и определяется опытным путем. Сила трения скольжения направлена против скорости.

Сила трения качения похожа на силу трения скольжения, но значительно меньше по величине и в школьных задачах практически не встречается.

На рисунке показана величина силы трения в зависимости от внешней силы. «Бугорок» при переходе от трения покоя к трению скольжения достаточно хорошо заметен в повседневной жизни, однако в школьных задачах обычно не рассматривается.

3.                  Эффекты и задачи.

1.      «Занос» автомобиля.

2.      На гладком столе лежат два бруса, как показано на рисунке. На нижний брус действует сила . Найти ускорение брусов, если коэффициент трения между ними .

Решение.

Для начала проведем оси и нарисуем интересующие нас силы.

После этого, перед тем как записывать систему уравнений, выясним поведение верхнего груза. Есть две возможности: либо сила трения достаточна для того, чтобы удерживать верхний груз неподвижным относительно нижнего, либо верхний и нижний грузы движутся друг относительно друга. Если грузы неподвижны друг относительно друга, то выполняются следующие соотношения:  (кинематическая связь), и . Обозначая  и вспомнив второй закон Ньютона, получаем систему:

Из двух последних уравнений следует, что

.

Подставляя полученное условие в первое уравнение, получаем:

.

Итак, при  оба бруса движутся как единое тело. Ускорение находится из первого уравнения системы: .

Теперь легко найти решение для случая, когда тела движутся с разными ускорениями. Из второго закона Ньютона и определения трения скольжения следует система:

Полученная система легко решается. В результате получаем полный ответ задачи: , при ; , , при .

n