Реферат на тему: Сила трения

Оглавление:

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Если мы попытаемся переместить Кабинет Министров, мы сделаем так, чтобы это было не так просто. Его движение затрудняется взаимодействием ног с землей, на которой он стоит. Существует 3 вида трения: плавное трение, трение скольжения, трение качения. Мы хотим выяснить, чем эти виды трения отличаются друг от друга и что у них общего.

Тихое трение

Чтобы выяснить природу этого явления, можно провести простой эксперимент. Давайте поставим столб на наклонную доску. Если угол наклона доски не слишком велик, стержень может остаться на месте. Что мешает ему соскользнуть? Бесшумное трение.

Давайте возьмёмся за руку за блокнот, который на столе, и пошевелим его. Блокнот будет двигаться относительно стола, но отдыхать на ладони. Что мы использовали, чтобы переместить эту тетрадь? Потирая блокнот о нашу руку. Остальное трение перемещает грузы на движущейся конвейерной ленте, предотвращает расшатывание шнурков, удерживает забитые в доску гвозди и т.д.

Сила трения мира может быть иной. Он растет с силой, которая пытается сдвинуть тело с места. Но для двух трогательных тел она имеет максимальное значение, которое не может быть больше этого. Например, максимальное усилие трения в покое для деревянной палочки на деревянной доске составляет около 0,6 от ее веса. Если мы прилагаем к телу силу, превышающую максимальную силу трения в покое, мы перемещаем тело, и оно начинает двигаться. Трение в покое заменяется трением скольжения.

Трение скольжения

Почему сани, скатывающиеся с горы, постепенно останавливаются? Из-за трения скольжения. Почему стиральная машина, которая скользит по льду, замедляется? Из-за трения скольжения, которое всегда движется в противоположном направлении.

Причины силы трения:

Шероховатость соприкасающихся поверхностей тел. Даже на гладких поверхностях всегда видны микроскопические неровности (выступы, впадины). Когда одно тело скользит по поверхности другого, эти неровности сцепляются и тем самым препятствуют движению;
межмолекулярное притяжение, действующее в точках соприкосновения тел трения Это притяжение происходит между молекулами вещества на очень коротких расстояниях. Молекулярное притяжение возникает, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо отполированы. Например, в случае относительного скольжения двух металлов с очень чистыми и плоскими поверхностями, обработанными в вакууме по специальной технологии, сила трения намного сильнее, чем между прутками дерева между собой, и дальнейшее скольжение невозможно.

Трение качения

Если кузов не скользит по поверхности другого кузова, а катится, как колесо или цилиндр, то трение, возникающее в месте его соприкосновения, называется трениями при качении. Колесо качения слегка прижимается к дорожному покрытию, поэтому перед ним всегда есть небольшие неровности, которые необходимо преодолевать. Причина трения качения заключается в том, что колесо качения постоянно ударяется о неровности перед ним. Чем тверже дорога, тем меньше трение качения. При той же нагрузке сила трения качения значительно меньше, чем сила трения скольжения (это наблюдалось в древности). Например, ноги тяжелых предметов, таких как кровати, крылья и т.д., оснащены роликами. Подшипники качения, также известные как шарикоподшипники и роликовые подшипники, широко используются в технологии снижения трения в машинах.

Эти типы трения относятся к сухому трению. Мы знаем, почему книга не падает сквозь стол. Но что мешает ему соскользнуть, когда стол немного наклонен? Наш ответ — трение! Мы попытаемся объяснить природу трения.

На первый взгляд кажется, что очень легко объяснить происхождение силы трения. В конце концов, поверхность стола и обложка книги шероховата. Вы чувствуете это, когда прикасаетесь к нему, а под микроскопом видите, что поверхность твердого тела в основном похожа на горную местность. Бесчисленные полоски держатся друг за друга, слегка деформируются и не дают книге соскользнуть. Поэтому остаточная сила трения обусловлена теми же силами взаимодействия молекул, что и обычная эластичность.

Если мы увеличим угол наклона стола, книга начнет скользить. Очевидно, что она начнет «разрывать» неровности и разрывать молекулярные связи, которые не смогут выдержать увеличенную нагрузку. Сила трения еще действует, но уже сейчас это будет сила трения скольжения. Нетрудно обнаружить «обрыв» вмятин. Результатом такого «скола» является износ фрикционных деталей.

Кажется, что чем тщательнее полируются поверхности, тем ниже должно быть усилие трения. В какой-то степени так и есть. Шлифование, например, уменьшает силу трения между двумя стальными прутками. Но не бесконечно! Сила трения внезапно начинает увеличиваться по мере увеличения гладкости поверхности. Это приходит внезапно, и все же это понятно.

Когда поверхности сглажены, они подходят ближе друг к другу.

Однако до тех пор, пока высота неровностей превышает несколько молекулярных радиусов, между молекулами соседних поверхностей не действуют силы взаимодействия. В конце концов, это очень короткодействующие силы. При достижении определенного уровня совершенства шлифовальных поверхностей силы молекулярной связи подойдут настолько близко, что они войдут в игру. Они начинают препятствовать смещению стержней относительно друг друга, что вызывает силу трения покоя. Когда гладкие прутья скользят, молекулярные связи между их поверхностями ломаются, точно так же, как связи внутри шишек ломаются даже на шероховатых поверхностях. Разрыв молекулярных связей — это главное, что отличает силы трения от упругих сил. Таких разрывов при возникновении упругих сил не происходит. По этой причине силы трения зависят от скорости.

В популярных книгах и научной фантастике истории часто рисуют картину мира без трений. Таким образом, можно очень четко показать как преимущества, так и вред от трения. Но не забывайте, что в основе трения лежат электрические силы взаимодействия молекул. Уничтожение трения фактически означало бы разрушение электрических сил и, следовательно, неизбежное полное разложение материи.

Но знание о природе трения не пришло к нам само по себе. Ему предшествовали обширные исследования ученых-экспериментаторов на протяжении нескольких столетий. Не все знания легко закрепились, многие из них нуждались в нескольких экспериментальных проверках, доказательствах. Самые сообразительные умы последних веков изучали зависимость модуля трения от многих факторов: площади контакта поверхностей, типа материала, нагрузки, неровностей поверхностей и шероховатости, относительной скорости тел.

Имена этих ученых: Леонардо да Винчи, Амонтон, Леонард Эйлер, Шарль Куломб — это самые известные имена, но были еще простые деятели науки. Все ученые, принимавшие участие в этих исследованиях, проводили эксперименты, в которых они работали над преодолением силы трения.

Историческая справка

Это было в 1500-х годах великий итальянский художник, скульптор и ученый Леонардо да Винчи проводил странные эксперименты, которые удивляли его учеников.

Он натягивал туго натянутую веревку через пол, ту же самую веревку до самого конца. Его заинтересовал ответ на вопрос, зависит ли сила трения скольжения от размера площади тел, находящихся в контакте друг с другом в движении. Механики того времени были глубоко убеждены, что чем больше площадь контакта, тем больше сила трения. Они утверждали, что чем больше таких пунктов, тем больше сила. Очевидно, что таких точек контакта будет больше на большей поверхности, поэтому сила трения должна зависеть от поверхности трущихся тел.

Леонардо да Винчи сомневался и начал проводить эксперименты. И он пришел к удивительному выводу: сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся тел. Кроме того, Леонардо да Винчи исследовал зависимость силы трения от материала, из которого изготовлены корпуса, размер нагрузки этих корпусов, скорость скольжения и степень гладкости или шероховатости их поверхности.

Он получил следующие результаты:

это не зависит от местности
не зависит от материала
Нагрузка зависит от величины нагрузки (по отношению к ней).
не зависит от скорости скольжения
зависит от шероховатости поверхности

1699: французский ученый Амонтон ответил на те же пять вопросов в результате своих экспериментов. Первые три одинаковые, четвертый зависит от этого. В-пятых, это не важно. Оказалось, и Амонтон подтвердил столь неожиданный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения от поля контактных тел. Но в то же время он не согласился с ним в том, что сила трения не зависит от скорости скольжения; он считал, что сила трения зависит от скорости, а сила трения зависит от шероховатости поверхностей.

В восемнадцатом и девятнадцатом веках на эту тему проводилось до тридцати исследований. Их авторы согласились только с одной точкой — сила трения пропорциональна силе нормального давления, действующего на соприкасающиеся тела. А по другим вопросам соглашения не было. Даже самые выдающиеся ученые до сих пор были озадачены экспериментальным фактом: сила трения не зависит от площади трущихся тел.

В 1748 г. Леонард Эйлер, действительный член Российской академии наук, опубликовал ответы на пять вопросов о трении. Первые три совпадают с предыдущими, но в четвертом он согласился с Амонтоном, а в пятом — с Леонардо да Винчи.

1779 В связи с внедрением машин и механизмов в производство возникает острая необходимость более глубокого изучения законов трения. Выдающийся французский физик-партнер начал решать проблему трения и посвятил ей два года. Он проводил эксперименты на верфи в одном из французских портов. Там он нашел те практические производственные условия, в которых сила трения играла очень важную роль. Коллега ответила на все вопросы — да. Общая сила трения в определенной степени зависит от размера поверхности трущихся тел, прямо пропорциональна силе нормального давления, зависит от материала соприкасающихся тел, зависит от скорости скольжения и гладкости поверхностей трения. Других ученых стал интересовать вопрос о влиянии смазки, и были назначены виды трения: жидкое, чистое, сухое и межфазное трение.

Правильные ответы

Сила трения зависит не от площади соприкасающихся тел, а от материала тел: чем больше нормальное давление, тем больше сила трения. Точные измерения показывают, что модуль усилия скольжения зависит от модуля относительной скорости.

Сила трения зависит от качества обрабатываемой поверхности и, как следствие, увеличения силы трения. Если поверхности соприкасающихся тел тщательно отполированы, количество точек соприкосновения увеличивается при одинаковом нормальном давлении и, соответственно, силе трения. Трение связано с преодолением молекулярных связей между контактирующими телами.

Коэффициент трения

Сила трения зависит от силы, которая прижимает определенное тело к поверхности другого тела, т.е. от силы нормального давления P и качества поверхностей трения.

Согласно опыту работы с трибометром, вес стержня является силой нормального давления. Измеряем силу нормального давления, которая соответствует весу чашки с грузами, в момент устойчивого скольжения стержня. Теперь мы хотим удвоить силу нормального давления, поставив грузы на стержень. После того, как мы поставим дополнительные грузы на чашку, мы снова плавно передвинем стержень.

В этом случае сила трения удваивается. На основе таких экспериментов было установлено, что при неизменном материале и состоянии поверхностей трения их сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления.

Поскольку в описанных экспериментах все чашки с весом всегда меньше веса стержня, можно сделать вывод, что сила трения всегда составляет лишь часть нормальной силы сжатия N (или Rd). Коэффициент пропорциональности μ в формуле меньше единицы и должен быть равен числу прогибов. Он постоянен для одних и тех же поверхностей трения и изменяется при их замене.

Значение, характеризующее зависимость силы трения от материала и качества обработки поверхностей трения, называется коэффициентом трения. Коэффициент трения измеряется отклоненным числом, указывающим, какая часть нормальной сжимающей силы является силой трения.

Опыт показывает, что трение между телами одного и того же вещества, как правило, больше, чем между телами разных веществ. Поэтому коэффициент трения стали по стали больше, чем у стали по меди. Это объясняется наличием сил молекулярного взаимодействия, которые в гомогенных молекулах намного больше, чем в несхожих.

Воздействие на трение и качество обработки трущихся поверхностей.

Если качество обработки этих поверхностей отличается, неровности и размер шероховатости на поверхностях трения, то чем сильнее адгезия этой шероховатости, тем больше трение на μ. Поэтому самое высокое значение трения μ соответствует одному и тому же материалу и качеству обработки обеих поверхностей. Следует отметить, что при трении между гладко отполированными поверхностями основную роль играют силы взаимодействия. Если в предыдущей формуле FTp означало силу трения скольжения, то μ указывало бы на коэффициент трения скольжения, а если FTp заменен на Fmax. μ указывало бы на коэффициент трения скольжения.

Теперь мы хотим проверить, зависит ли сила трения от площади контакта поверхностей трения. Для этого поместите 2 одинаковых стержня на полосы трибометра и измерьте силу трения между полосами и «двойным» стержнем. Затем мы их разбираем, соединяем и снова измеряем силу трения. Оказывается, что, несмотря на увеличение площади поверхностей трения, во втором случае сила трения остается прежней. Это означает, что сила трения не зависит от размера поверхностей трения. Этот, казалось бы, странный результат опыта очень легко объяснить. Увеличивая площадь поверхностей трения, мы увеличили количество неровностей на поверхности прилегающих друг к другу тел, но в то же время уменьшили силу, с которой эти неровности прижимаются друг к другу, так как мы распределили вес прутков на большую площадь.

Опыт показывает, что сила трения зависит от скорости движения. Однако на низких скоростях этой зависимостью можно пренебречь. В то время как скорость низкая, сила трения увеличивается с увеличением скорости. При более высоких скоростях наблюдается обратная зависимость: сила трения уменьшается с увеличением скорости. Следует отметить, что все установленные отношения для силы трения являются приблизительными.

Сила трения значительно варьируется в зависимости от состояния поверхностей трения. Он уменьшается, особенно при наличии слоя жидкости, например, масла, между поверхностями трения (смазка). Смазка широко используется в машиностроении для снижения вредных сил трения.

Роль сил трения

Фрикционные силы играют важную роль в технологиях и повседневной жизни. В одних случаях силы трения полезны, в других — вредны. Трение удерживает гвозди, винты, гайки, резьбу в материале, завязанные узлы и т.д.. Если нет трения, то невозможно будет пошить одежду, собрать машину, построить коробку.

Трение увеличивает прочность конструкций; без трения невозможно проложить стены здания, закрепить телеграфные столбы или закрепить части машин и конструкций болтами, гвоздями, шурупами. Без трения растения не могли бы удерживаться в земле. Наличие трения позволяет человеку двигаться по поверхности земли. При ходьбе человек отталкивает землю от себя, а земля с той же силой отталкивает человека вперед. Сила, толкающая человека вперед, равна силе трения в покое между подошвой его ноги и землей.

Чем больше человек отталкивает землю, тем больше сила трения, действующая на ногу, и тем быстрее человек движется.

Когда человек отталкивает землю с силой, превышающей предельную силу трения покоя, его нога соскальзывает назад и затрудняет ходьбу. Подумайте, как трудно ходить по скользким льдам. Для того, чтобы ходить легче, необходимо увеличить трение в покое. Для этого посыпьте скользкую поверхность песком. То же самое относится и к движению электровозов, вагонов. Колеса, подключенные к двигателю, называются водителями.

Когда ведущее колесо отталкивает рельс назад силой, создаваемой двигателем, сила, соответствующая трению остального и действующая на ось колеса, перемещает электровоз или вагон вперед. Поэтому трение между ведущим колесом и рельсом или землей полезно. Если она маленькая, колесо проскальзывает, и электровоз или автомобиль останавливается. Трение между движущимися частями автомобиля, например, не очень хорошо. Для увеличения трения рельсы посыпаются песком. В ледяную погоду очень трудно ходить и передвигаться в автомобилях, потому что трения в покое очень мало. В этих случаях тротуары окропляются песком и на колеса автомобилей накладываются цепи для увеличения трения.

Заключение

Сила трения также используется для удержания тел в покое или для их остановки при движении. Вращение колеса останавливается с помощью тормозных колодок, которые так или иначе прижимаются к ободу колеса. Наиболее распространенными являются пневматические тормоза, когда тормозные колодки прижимаются к колесу сжатым воздухом.

Давайте посмотрим поближе на движение лошади, тянущей сани. Лошадь размещает ноги и растягивает мышцы так, чтобы ноги скользили назад без усилий трения. Таким образом, остальные силы трения скользят вперед. На санях, которые лошадь с силой тянет вперед через конструкции, сила трения скользит с земли на спину. Для того чтобы лошадь и сани ускорились, сила трения копыт лошади к дорожному покрытию должна быть больше, чем сила трения, действующая на сани. Каким бы ни был коэффициент трения подковы о землю, сила трения подковы не может быть больше той, которая должна была вызвать скольжение подковы, т.е. силы мышц лошади. Поэтому, даже если ноги лошади не соскальзывают, иногда она не может передвинуть тяжелые сани. Когда лошадь движется (когда она начинает скользить), сила трения слегка уменьшается, поэтому часто достаточно помочь лошади передвинуть сани, чтобы она могла управлять ими.

Список литературы

Держагин Б. C. Что такое трение? М.: Издано АН СССР, 1963 год.
Крагельский И. В., Щедров В. С. Развитие науки о трении. Сухое трение. М.: Издания АН СССР, 1956 год.
Фролов, К.В. Современная трибология: результаты и перспективы. ЛКИ, 2008.