Номер 3, страница 92 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 19. Сила трения. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 3, страница 92.

3. По какой формуле можно рассчитать максимальную силу трения покоя; силу трения скольжения?

Существует несколько основных видов трения, каждый из которых проявляется в определённых условиях.

• Трение покоя: возникает между поверхностями двух контактирующих тел, когда они неподвижны друг относительно друга, но на одно из тел действует сила, пытающаяся сдвинуть его с места. Эта сила всегда равна по величине и противоположна по направлению внешней силе. Примеры: книга, лежащая на наклонном столе и не соскальзывающая; тяжёлый шкаф, который не удаётся сдвинуть с места; сила, удерживающая гвоздь в стене.

• Трение скольжения: возникает при движении (скольжении) одного тела по поверхности другого. Эта сила направлена против скорости относительного движения. Примеры: скольжение саней по снегу; торможение автомобиля, когда колёса заблокированы и скользят по асфальту; протирание доски тряпкой.

• Трение качения: возникает, когда одно тело (обычно круглой формы, например, колесо или шар) катится по поверхности другого. Трение качения, как правило, значительно меньше трения скольжения. Примеры: движение колёс автомобиля или велосипеда по дороге; качение шарика в подшипнике; движение шара для боулинга по дорожке.

• Вязкое трение (сопротивление среды): возникает при движении твёрдого тела в жидкости или газе. Его величина зависит от скорости тела, его формы и размеров, а также от свойств самой жидкости или газа (вязкости). Примеры: сопротивление воздуха, действующее на летящий самолёт или падающий парашют; сопротивление воды, действующее на плывущую лодку; перемешивание мёда ложкой.

Ответ: Основные виды трения – трение покоя (шкаф стоит на полу), трение скольжения (санки едут с горы), трение качения (колесо катится по дороге) и вязкое трение (сопротивление воздуха при движении автомобиля).

2. Сила трения покоя — это сила, которая препятствует началу движения одного тела по поверхности другого. Она является переменной величиной и зависит от нескольких факторов:

• От внешней силы: Сила трения покоя по модулю всегда равна внешней силе, приложенной к телу параллельно поверхности, до тех пор, пока тело остаётся в покое. Если толкнуть книгу на столе с небольшой силой, сила трения покоя будет равна этой силе. Если увеличить силу толчка, сила трения покоя также возрастёт, продолжая уравновешивать её.

• От максимального значения: Существует предел, называемый максимальной силой трения покоя. Как только внешняя сила превышает это значение, тело начинает двигаться, и трение покоя сменяется трением скольжения. Это максимальное значение зависит от:

  • Рода соприкасающихся поверхностей: определяется материалами, из которых сделаны тела, и качеством обработки их поверхностей (шероховатостью). Эта зависимость выражается через коэффициент трения покоя.

  • Силы нормальной реакции опоры: это сила, с которой опора действует на тело перпендикулярно поверхности. Чем сильнее тело прижато к поверхности (например, чем больше его масса), тем больше сила нормальной реакции и, соответственно, максимальная сила трения покоя.

Ответ: Сила трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению внешней силе, пытающейся сдвинуть тело. Её максимальное значение зависит от рода соприкасающихся поверхностей (коэффициента трения) и от силы нормальной реакции опоры.

3. Для расчёта максимальной силы трения покоя и силы трения скольжения используются схожие формулы, основанные на понятии коэффициента трения и силы нормальной реакции.

• Максимальная сила трения покоя ($F_{\text{тр.покоя (макс)}}$) рассчитывается по формуле:

  $F_{\text{тр.покоя (макс)}} = \mu_{\text{п}} N$

  где:

  • $\mu_{\text{п}}$ — коэффициент трения покоя, безразмерная величина, зависящая от материалов и состояния соприкасающихся поверхностей.

  • $N$ — сила нормальной реакции опоры, то есть сила, с которой опора давит на тело перпендикулярно поверхности соприкосновения. Для тела массой $m$ на горизонтальной поверхности $N = mg$, где $g$ — ускорение свободного падения.

• Сила трения скольжения ($F_{\text{тр.ск}}$) рассчитывается по формуле:

  $F_{\text{тр.ск}} = \mu_{\text{ск}} N$

  где:

  • $\mu_{\text{ск}}$ — коэффициент трения скольжения. Он также зависит от материалов и состояния поверхностей. Обычно коэффициент трения скольжения немного меньше коэффициента трения покоя ($\mu_{\text{ск}} < \mu_{\text{п}}$).

  • $N$ — сила нормальной реакции опоры.

Ответ: Максимальная сила трения покоя: $F_{\text{тр.покоя (макс)}} = \mu_{\text{п}} N$. Сила трения скольжения: $F_{\text{тр.ск}} = \mu_{\text{ск}} N$.

4. Из формулы силы трения $F_{\text{тр}} = \mu N$ следует, что для изменения силы трения необходимо изменить либо коэффициент трения $\mu$, либо силу нормальной реакции $N$.

Как увеличить силу трения:

• Увеличить силу нормальной реакции ($N$): Например, увеличить массу тела или прижать его к поверхности. Зимой в багажник заднеприводного автомобиля кладут мешки с песком, чтобы увеличить давление на ведущие колёса и улучшить сцепление с дорогой.

• Увеличить коэффициент трения ($\mu$): Использовать материалы с большим коэффициентом трения (например, для тормозных колодок), сделать поверхности более шероховатыми. Зимой на дороги посыпают песок, а на колёса надевают цепи противоскольжения.

Как уменьшить силу трения:

• Уменьшить силу нормальной реакции ($N$): Уменьшить массу тела или силу, прижимающую его к поверхности.

• Уменьшить коэффициент трения ($\mu$):

  • Использовать смазку: Введение слоя смазки (масла, графита) между поверхностями резко снижает трение. Так смазывают детали машин и механизмов (например, дверные петли).

  • Отполировать поверхности: Шлифовка и полировка уменьшают шероховатость, что ведёт к снижению коэффициента трения.

  • Заменить трение скольжения трением качения: Использование колёс, роликов и шариковых подшипников позволяет многократно уменьшить силу трения, так как трение качения значительно меньше трения скольжения.

Ответ: Чтобы увеличить трение, нужно увеличить силу прижатия тел друг к другу или использовать более шероховатые поверхности. Чтобы уменьшить трение, нужно использовать смазку, отполировать поверхности или заменить трение скольжения на трение качения (использовать колёса или подшипники).