Номер 23, страница 123, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава III. Движение и взаимодействие тел. Параграф 15. Силы трения - номер 23, страница 123.

Условие.

23. Чем отличается сила трения покоя от силы трения скольжения?

Решение.

Сила трения покоя и сила трения скольжения — это две разновидности силы сухого трения, которые возникают при контакте поверхностей твёрдых тел. Несмотря на общую природу, они имеют ряд принципиальных отличий.

Условия возникновения

Сила трения покоя ($F_{тр.покоя}$) возникает, когда на тело, находящееся на поверхности другого тела, действует внешняя сила, пытающаяся сдвинуть его с места, но тело при этом остаётся в состоянии покоя. Она препятствует началу движения.

Сила трения скольжения ($F_{тр.скольжения}$) возникает, когда одно тело уже движется (скользит) по поверхности другого. Она препятствует продолжающемуся движению.

Величина и характер силы

Это ключевое отличие. Величина силы трения покоя не является постоянной. Она всегда равна по модулю и противоположна по направлению той составляющей внешней силы ($F_{внеш}$), которая параллельна поверхности соприкосновения: $F_{тр.покоя} = F_{внеш}$. Сила трения покоя может изменяться от нуля (когда внешняя сила отсутствует) до некоторого максимального значения:

$0 \le F_{тр.покоя} \le F_{тр.покоя.макс}$

Максимальная сила трения покоя, при превышении которой начинается скольжение, определяется свойствами соприкасающихся поверхностей и силой нормальной реакции опоры $\text{N}$: $F_{тр.покоя.макс} = \mu_s N$, где $\mu_s$ — коэффициент трения покоя.

Величина силы трения скольжения, напротив, как правило, считается постоянной (при неизменной силе $\text{N}$ и невысоких скоростях) и не зависит от величины внешней приложенной силы или площади контакта. Она рассчитывается по формуле:

$F_{тр.скольжения} = \mu_k N$, где $\mu_k$ — коэффициент трения скольжения.

Важно, что максимальная сила трения покоя обычно больше силы трения скольжения ($F_{тр.покоя.макс} > F_{тр.скольжения}$), а соответствующий коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения ($\mu_s > \mu_k$). Именно поэтому сдвинуть тяжёлый шкаф с места труднее, чем продолжать его двигать.

Направление силы

Направление обеих сил всегда таково, чтобы противодействовать относительному движению или его возникновению. Однако, сила трения покоя направлена против той силы, которая пытается вызвать движение. Сила трения скольжения всегда направлена против вектора относительной скорости скользящего тела.

Ответ:

Сила трения покоя отличается от силы трения скольжения по трём основным параметрам.

1. По условиям возникновения: сила трения покоя действует на неподвижное тело, препятствуя началу движения, а сила трения скольжения — на уже движущееся тело.

2. По величине: сила трения покоя — это переменная величина, равная по модулю внешней силе, пытающейся сдвинуть тело, и она изменяется в пределах от нуля до максимального значения ($F_{тр.покоя.макс} = \mu_s N$). Сила трения скольжения, как правило, постоянна ($F_{тр.скольжения} = \mu_k N$), и её величина обычно меньше максимальной силы трения покоя.

3. По зависимости от внешних сил: сила трения покоя напрямую зависит от приложенной внешней силы и уравновешивает её (до момента начала движения), в то время как сила трения скольжения не зависит от внешней силы, которая поддерживает движение (она зависит только от силы реакции опоры и свойств поверхностей).