Номер 1, страница 258 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 3.15. Сила сопротивления при движении тел в жидкостях и газах. Глава 3. Силы в механике. Динамика - номер 1, страница 258.

Условие.

? 1. Поясните термины «сухое трение» и «жидкое трение».

Решение.

Сухое трение

Сухое трение — это сила сопротивления, возникающая в области контакта двух соприкасающихся твердых тел при их относительном перемещении или попытке такого перемещения. Этот вид трения возникает в отсутствие между поверхностями жидкой или газообразной прослойки (смазки).

Основные причины сухого трения:

1. Шероховатость поверхностей: на микроскопическом уровне даже самые гладкие поверхности имеют неровности (выступы и впадины). При контакте эти неровности зацепляются друг за друга, препятствуя движению.
2. Межмолекулярное взаимодействие: в точках фактического контакта атомы и молекулы двух тел сближаются на такие расстояния, что между ними возникают силы притяжения.

Различают несколько видов сухого трения:

• Трение покоя: действует между телами, когда нет относительного движения, но есть внешняя сила, пытающаяся его вызвать. Сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению этой внешней силе, пока та не превысит максимальное значение $F_{тр.покоя.макс}$.
• Трение скольжения: возникает при относительном скольжении одного тела по поверхности другого. Величина силы трения скольжения обычно считается постоянной и рассчитывается по закону Амонтона-Кулона:
  $F_{тр.ск} = \mu \cdot N$,
  где $\mu$ — коэффициент трения скольжения (зависит от материалов и качества обработки поверхностей), $N$ — сила нормальной реакции опоры.
• Трение качения: возникает при качении одного тела по поверхности другого (например, колесо по дороге). Оно, как правило, значительно меньше трения скольжения.

Важной особенностью сухого трения является то, что его сила в первом приближении не зависит от площади контакта и относительной скорости движения тел (для не очень больших скоростей).

Ответ: Сухое трение — это сила взаимодействия, возникающая между поверхностями двух контактирующих твердых тел при отсутствии смазки и препятствующая их относительному движению. Ее величина в основном зависит от силы, прижимающей тела друг к другу, и от свойств материалов.

Жидкое трение

Жидкое (или вязкое) трение — это сила сопротивления, которая возникает при движении твердого тела в жидкости или газе, а также при относительном движении слоев самой жидкости или газа. В отличие от сухого трения, здесь нет непосредственного контакта между твердыми поверхностями; они разделены слоем жидкости или газа.

Причиной жидкого трения является вязкость — свойство текучих сред оказывать сопротивление сдвигу. Силы внутреннего трения возникают между слоями жидкости (или газа), движущимися с разными скоростями.

Величина силы жидкого трения, в отличие от сухого, существенно зависит от:

• относительной скорости движения тела и среды;
• формы и размеров тела;
• свойств среды (в первую очередь, ее вязкости $\eta$ и плотности $\rho$).

Зависимость от скорости носит сложный характер:

• При малых скоростях (когда поток обтекает тело плавно, без завихрений — ламинарное течение), сила сопротивления пропорциональна скорости. Для тела сферической формы она определяется законом Стокса:
  $F_{сопр} = 6\pi\eta r v$,
  где $r$ — радиус шара, $v$ — его скорость, $\eta$ — динамическая вязкость среды.
• При больших скоростях (когда поток становится вихревым — турбулентным), сила сопротивления становится примерно пропорциональна квадрату скорости: $F_{сопр} \propto v^2$.

Жидкое трение, как правило, на порядки меньше сухого трения. Именно поэтому в узлах машин и механизмов (например, в подшипниках) используют смазочные материалы, которые заменяют сухое трение на значительно меньшее жидкое трение.

Ответ: Жидкое трение — это сила сопротивления, возникающая при движении тела в жидкости или газе из-за вязкости среды. Ее величина сильно зависит от скорости движения, формы тела и свойств самой среды.