Тертя - це процес взаємодії твердих тіл при їх відносному русі, або при русі тіла в газоподібному або рідкому середовищі. Коефіцієнт тертя залежить від матеріалу поверхонь, якості їх обробки та інших факторів. У фізичних завданнях найбільш часто визначається коефіцієнт тертя ковзання, оскільки сила тертя качання значно менша.
Вам знадобиться
- Сила тертя, прискорення тіла, кут нахилу площини
Інструкція
1. Розгляньмо для початку випадок, коли одне тіло ковзає по горизонтальній поверхні іншого. Припустимо, що воно ковзає по нерухомій поверхні. У цьому випадку сила реакції опори, що діє на ковзне тіло, спрямована перпендикулярно площині ковзання. За механічним законом Кулона сила тертя ковзання дорівнює F = kN, де k - коефіцієнт тертя, а N - сила реакції опори. Оскільки сила реакції опори спрямована строго вертикально, то N = Fтяж = mg, де m - маса ковзного тіла, g - прискорення вільного падіння. Ця умова випливає з нерухомості тіла відносно вертикального напрямку.
2. Таким чином, коефіцієнт тертя можна знайти за формулою k = Fтр/N = Fтр/mg. Для цього необхідно знати силу тертя ковзання. Якщо тіло рухається рівноускорене, то силу тертя можна знайти, знаючи прискорення a. Нехай на тіло діє рушійна сила F і спрямована протилежно їй сила тертя Fтр. Тоді за другим законом Ньютона (F-Fтр )/m = a. Виражаючи звідси Fтр і підставляючи у формулу для коефіцієнта тертя, отримаємо: k = (F-ma )/N.Із цих формул видно, що коефіцієнт тертя є безрозмірною величиною.
3. Розгляньмо більш загальний випадок, коли тіло зісковзує з похилої площини, наприклад, з закріпленого блоку. Такі завдання дуже часто зустрічаються в шкільному курсі фізики в розділі "Механіка". Порожній кут нахилу площини дорівнює . Сила реакції опори N буде спрямована перпендикулярно похилій площині. На тіло також діятимуть сила тяжкості і сила тертя. Осі направимо вздовж і перпендикулярно похилій площині. Відповідно до другого закону Ньютона можна записати рівняння руху тіла: N = mg*cosφ, mg*sinφ-Fтр = mg*sinφ-kN = ma. Підставивши перше рівняння в друге і скоротивши масу m, отримаємо: g*sinφ-kg*cosφ = a. Звідси, k = (g * sin -a )/( g * cos ).
4. Розгляньмо важливий приватний випадок зісковзування по похилій площині, коли a = 0, тобто тіло рухається рівномірно. Тоді рівняння руху має вигляд g * sin -kg * cos = 0. Звідси, k = tg , тобто для визначення коефіцієнта ковзання достатньо знати тангенс кута нахилу площини.