Номер 1, страница 21 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Взаимодействие тел. ТЗ-8. Сила трения - номер 1, страница 21.

Условие.

1. а) Зачем на шинах автомашин, мотоциклов, колёсных тракторов делают глубокий рельефный рисунок (протектор)?

б) Почему полировка и шлифовка соприкасающихся деталей уменьшают трение? Будет ли уменьшаться трение, если идеально отполировать поверхности деталей?

Решение.

а)

Решение: Глубокий рельефный рисунок, называемый протектором, на шинах автомобилей, мотоциклов и тракторов играет ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности движения. Его основная задача — увеличить силу трения (сцепление) между колесом и поверхностью дороги. Это достигается за счёт нескольких механизмов:

1. Увеличение коэффициента трения. Сила трения скольжения, которая удерживает автомобиль на дороге, определяется формулой $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения, а $\text{N}$ — сила нормальной реакции. Рисунок протектора и состав резины подобраны так, чтобы максимизировать коэффициент трения с различными типами дорожного покрытия (асфальт, бетон). Это критически важно для эффективного разгона, торможения и удержания автомобиля в поворотах.

2. Отвод воды и грязи. При движении по мокрой дороге канавки и ламели протектора действуют как каналы, которые быстро отводят воду из пятна контакта шины с дорогой. Это предотвращает образование водяного клина и явление аквапланирования, при котором шина всплывает на слое воды, полностью теряя сцепление с дорогой. Аналогично протектор очищает пятно контакта от снежной каши и жидкой грязи.

3. Сцепление с деформируемыми поверхностями. Для тракторов и внедорожников, которые часто передвигаются по мягкому грунту, снегу или грязи, высокие и редкие блоки протектора (грунтозацепы) "вгрызаются" в поверхность. В этом случае сцепление обеспечивается не столько трением, сколько механическим зацеплением, что позволяет технике двигаться в условиях бездорожья.

Ответ: Глубокий рельефный рисунок (протектор) на шинах делают для увеличения силы трения с дорогой, для эффективного отвода воды, снега и грязи из-под колеса для предотвращения потери сцепления, а также для механического зацепления с мягкими поверхностями (грунт, снег).

б)

Решение:

Трение между соприкасающимися телами обусловлено двумя главными причинами: шероховатостью поверхностей и силами межмолекулярного взаимодействия.

Почему полировка и шлифовка уменьшают трение?
На микроуровне поверхности тел не являются идеально гладкими, они покрыты неровностями (выступами и впадинами). При контакте двух тел фактическое соприкосновение происходит только на вершинах самых крупных неровностей. Сила трения во многом вызвана необходимостью деформировать или ломать эти неровности при относительном движении. Полировка и шлифовка — это процессы, которые сглаживают поверхности, уменьшая высоту и остроту этих микронеровностей. В результате механическое зацепление выступов ослабевает, и сила трения уменьшается.

Будет ли уменьшаться трение, если идеально отполировать поверхности деталей?
Нет, при достижении очень высокой степени гладкости трение не только перестанет уменьшаться, но и начнёт резко возрастать. Это объясняется тем, что при сглаживании неровностей площадь фактического контакта между поверхностями увеличивается. Когда поверхности становятся почти идеально гладкими (атомарно-гладкими), их молекулы сближаются на очень малые расстояния по всей площади. В этом случае начинают преобладать силы межмолекулярного притяжения (адгезия). Эти силы могут быть настолько велики, что поверхности как бы "слипаются" или даже свариваются друг с другом (явление холодной сварки, особенно в вакууме). Для преодоления этих сил притяжения требуется приложить огромную силу, что и означает очень большую силу трения.

Таким образом, существует оптимальная степень шероховатости, при которой сила трения минимальна. Как слишком большая шероховатость, так и слишком высокая гладкость приводят к увеличению трения.

Ответ: Полировка и шлифовка уменьшают трение за счет сглаживания микронеровностей поверхностей, что ослабляет их механическое зацепление. Однако если отполировать поверхности идеально, трение не продолжит уменьшаться, а, наоборот, резко возрастет из-за преобладания сил межмолекулярного притяжения на большой площади фактического контакта.