Номер 78, страница 229 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Взаимодействие тел. Задачи для повторения - номер 78, страница 229.

Условие.

78. Всегда ли трение скольжения больше трения качения? Приведите примеры.

Решение.

Решение 2.

Нет, трение скольжения не всегда больше трения качения, хотя в подавляющем большинстве случаев, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и технике, это именно так. Изобретение колеса является ярким подтверждением того, что замена скольжения на качение значительно уменьшает сопротивление движению.

Трение скольжения возникает из-за микронеровностей и молекулярного сцепления соприкасающихся поверхностей, которые движутся друг относительно друга. Сила трения скольжения $F_{ск}$ пропорциональна силе нормальной реакции опоры $N$: $F_{ск} = \mu_{ск} N$, где $\mu_{ск}$ — коэффициент трения скольжения.

Трение качения возникает в основном из-за деформации как катящегося тела, так и поверхности, по которой оно катится. При качении передняя часть катящегося объекта немного вдавливается в опору (или сама деформируется), образуя бугорок, на который тело должно постоянно «взбираться». Задняя часть, наоборот, восстанавливает форму, но этот процесс происходит с некоторым запозданием, что и приводит к потере энергии и возникновению силы сопротивления.

Соотношение между этими двумя видами трения зависит от физических свойств материалов (твёрдости, упругости) и геометрии тел. Существуют ситуации, когда трение качения оказывается больше трения скольжения.

Примеры, когда трение качения может быть больше трения скольжения:

• Движение по сильно деформируемой поверхности. Представьте себе стальное железнодорожное колесо. На стальном рельсе его трение качения ничтожно мало. Но если это же колесо попытаться катить по вязкому грунту, песку или болоту, оно будет глубоко увязать. Для его продвижения вперёд потребуется преодолевать значительное сопротивление, постоянно деформируя грунт перед собой. В то же время, если по этой же поверхности тянуть стальные сани (полозья) с такой же силой прижатия, то сила трения скольжения может оказаться меньше, чем сила сопротивления качению колеса, которое «тонет» в грунте.
• Движение очень мягкого колеса по твёрдой поверхности. Возьмём колесо, сделанное из очень мягкого материала (например, мягкой резины или силикона), и будем катить его по твёрдой и гладкой поверхности, например, по стальному листу. Из-за сильной деформации самого колеса возникнет значительная сила трения качения. Если сравнить её с силой трения скольжения, например, хорошо смазанного стального бруска по этому же листу, то трение скольжения может оказаться существенно меньше.

Таким образом, утверждение, что трение скольжения всегда больше трения качения, является неверным. Всё определяется конкретными условиями: материалами взаимодействующих тел, их способностью к деформации и состоянием поверхностей.

Ответ: Нет, трение скольжения не всегда больше трения качения. В условиях, когда происходит значительная деформация катящегося тела или опоры (например, качение твёрдого колеса по мягкому грунту или мягкого колеса по твёрдой поверхности), сила трения качения может превысить силу трения скольжения.