Номер 9, страница 117 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 36. Силы трения. Глава 3. Силы в механике - номер 9, страница 117.

Условие.

Решение.

Решение 3.

В чём состоит главное отличие силы сопротивления в жидкостях и газах от силы трения между двумя твёрдыми телами?

Главное отличие силы сопротивления в жидкостях и газах (силы вязкого трения) от силы трения между двумя твёрдыми телами (силы сухого трения) заключается в их физической природе и, как следствие, в их зависимости от скорости относительного движения и других факторов.

1. Зависимость от относительной скорости

Это самое фундаментальное отличие.

• Сила трения твёрдых тел: Сила трения скольжения в первом приближении не зависит от относительной скорости движения тел (при не слишком больших скоростях). Она пропорциональна силе нормального давления (реакции опоры) $N$: $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ – коэффициент трения скольжения. Кроме того, существует сила трения покоя, которая препятствует началу движения и может быть больше силы трения скольжения.

• Сила сопротивления в жидкостях и газах: Эта сила существует только при движении тела относительно среды и очень сильно зависит от скорости этого движения. Когда тело покоится в среде ($v=0$), сила сопротивления равна нулю. С увеличением скорости она возрастает.

- При малых скоростях (ламинарное течение) сила сопротивления прямо пропорциональна скорости: $F_{сопр} \propto v$.

- При больших скоростях (турбулентное течение) она пропорциональна квадрату скорости: $F_{сопр} \propto v^2$.

2. Наличие силы трения покоя

• Для твёрдых тел существует сила трения покоя. Чтобы сдвинуть тело с места, необходимо приложить силу, превышающую максимальное значение силы трения покоя.

• В жидкостях и газах аналога силы трения покоя не существует. Любая, даже сколь угодно малая сила, приложенная к телу, вызовет его движение, так как сила сопротивления появляется только вместе с движением.

3. Механизм возникновения

• Сила трения твёрдых тел возникает из-за взаимодействия микронеровностей (шероховатостей) на поверхностях и сил межмолекулярного притяжения в точках их фактического контакта.

• Сила сопротивления в среде обусловлена взаимодействием движущегося тела с молекулами жидкости или газа. Она складывается из вязкого трения (касательные силы) и лобового сопротивления (разность давлений перед и за телом). Поэтому эта сила также зависит от формы тела и площади его поперечного сечения, в то время как сила сухого трения от площади соприкосновения почти не зависит.

Ответ: Главное отличие заключается в том, что сила сопротивления в жидкостях и газах возникает только при движении тела относительно среды и существенно зависит от скорости этого движения, тогда как сила трения скольжения между твёрдыми телами практически не зависит от скорости. Кроме того, для жидкостей и газов не существует аналога силы трения покоя.