Номер 5, страница 106 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 24. Сила трения. 3. Динамика материальной точки. Механика - номер 5, страница 106.

Условие.

5. Почему сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения?

Решение.

5. Решение

Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения из-за принципиально разных физических механизмов, лежащих в их основе.

При трении скольжения, когда одно тело движется по поверхности другого, сопротивление возникает в основном из-за двух факторов. Во-первых, это шероховатость поверхностей: даже самые гладкие на вид поверхности имеют микроскопические неровности, которые цепляются друг за друга, деформируются и разрушаются. Для их преодоления требуется приложить силу. Во-вторых, это межмолекулярное притяжение (адгезия) в точках фактического контакта. Чтобы сдвинуть одно тело относительно другого, необходимо постоянно разрывать эти межмолекулярные связи. Таким образом, при скольжении нужно преодолевать сопротивление по всей площади контакта.

При трении качения, когда круглое тело (например, колесо или шар) катится по поверхности, основной механизм возникновения трения иной. Он связан с деформацией как самого катящегося тела, так и поверхности. Поверхность немного прогибается под телом, образуя небольшую ямку, а перед телом возникает небольшой "бугорок". Катящемуся телу необходимо постоянно "въезжать" на этот бугорок, затрачивая на это энергию. Кроме того, само тело в месте контакта также сжимается, и на эти циклические деформации тратится энергия, которая рассеивается в виде тепла.

Ключевое отличие состоит в том, что при качении нет масштабного проскальзывания поверхностей друг относительно друга. Работа совершается в основном против сил деформации, а не против сил, связанных с зацеплением неровностей и адгезией. Затраты энергии на непрерывную, хоть и небольшую, деформацию материалов оказываются значительно меньше, чем затраты на преодоление сил трения скольжения. Именно поэтому замена скольжения качением (например, использование колёс, подшипников) позволяет многократно уменьшить силу сопротивления движению.

Ответ: Сила трения качения меньше силы трения скольжения, потому что при качении энергия расходуется в основном на деформацию катящегося тела и поверхности, а не на преодоление зацепления микронеровностей и разрыв межмолекулярных связей по всей площади контакта, как это происходит при скольжении. Работа против сил деформации значительно меньше, чем работа против сил трения скольжения.