Номер 1, страница 106 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 24. Сила трения. 3. Динамика материальной точки. Механика - номер 1, страница 106.

Условие.

1. Какое фундаментальное взаимодействие определяет силу трения? Каковы причины возникновения силы трения? Перечислите возможные виды трения.

Решение.

Какое фундаментальное взаимодействие определяет силу трения?
Сила трения, как и сила упругости, по своей природе является проявлением электромагнитного взаимодействия. На микроскопическом уровне сила трения возникает из-за взаимодействия атомов и молекул соприкасающихся поверхностей. Атомы и молекулы состоят из заряженных частиц: положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Силы притяжения и отталкивания между этими частицами в двух телах, находящихся в контакте, и создают результирующую силу, которую мы на макроуровне воспринимаем как силу трения. Таким образом, несмотря на то, что в задачах механики трение рассматривается как отдельная сила, в своей основе оно сводится к одному из четырех фундаментальных взаимодействий — электромагнитному.

Ответ: Силу трения определяет электромагнитное взаимодействие.

Каковы причины возникновения силы трения?
Возникновение силы трения обусловлено двумя основными причинами, которые действуют одновременно:
1. Шероховатость поверхностей. На микроскопическом уровне любая, даже самая гладкая на вид, поверхность имеет неровности: выступы и впадины. При контакте двух тел эти неровности зацепляются друг за друга, создавая механическое препятствие для их взаимного перемещения. Чтобы сдвинуть одно тело относительно другого, необходимо приложить силу для деформации или разрушения этих микронеровностей.
2. Межмолекулярное притяжение (адгезия). В точках фактического контакта, где атомы и молекулы двух поверхностей сближаются на очень малые расстояния, начинают действовать силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Эти силы приводят к «свариванию» или «слипанию» поверхностей в этих точках. Для перемещения тел необходимо постоянно разрывать эти молекулярные связи, что требует приложения силы. Этот эффект особенно значителен для очень гладких и чистых поверхностей, где площадь фактического контакта велика.

Ответ: Основными причинами возникновения силы трения являются шероховатость соприкасающихся поверхностей и межмолекулярное притяжение между ними.

Перечислите возможные виды трения.
В зависимости от характера движения тел и среды, в которой они находятся, выделяют несколько видов трения:
• Трение покоя: это сила, которая возникает между двумя контактирующими телами и препятствует началу их относительного движения. Она равна по модулю и противоположна по направлению внешней силе, пытающейся сдвинуть тело, и может увеличиваться до некоторого максимального значения: $F_{тр.пок.макс} = \mu_s N$, где $\mu_s$ — коэффициент трения покоя, а $N$ — сила нормальной реакции.
• Трение движения (кинетическое трение): возникает при относительном движении соприкасающихся тел и всегда направлена против скорости этого движения. Обычно сила трения движения меньше максимальной силы трения покоя. Оно подразделяется на:
- Трение скольжения: возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Рассчитывается по формуле: $F_{тр.ск} = \mu_k N$, где $\mu_k$ — коэффициент трения скольжения.
- Трение качения: возникает, когда одно тело (например, колесо, шар или цилиндр) катится по поверхности другого. Эта сила обычно значительно меньше силы трения скольжения, так как она связана в основном с деформацией катящегося тела и поверхности.
• Вязкое трение (сопротивление среды): возникает при движении тела в жидкости или газе. Эта сила зависит от скорости тела, его формы и размеров, а также от вязкости и плотности среды.

Ответ: Существуют следующие виды трения: трение покоя, трение движения (которое включает трение скольжения и трение качения) и вязкое трение (сопротивление жидкости или газа).