Примеры трения покоя и трения скольжения

У нас есть деревянный блок массой 5 кг, он лежит на земле. И коэффициент трения покоя между этим видом дерева и землей равен 0,6, а коэффициент трения скольжения между этим видом дерева и землей равен 0,55. Кто-то определил это много лет назад, это можно найти в справочниках. Предположим, что мы толкаем этот блок с этой стороны с силой равной 100 Н. Что будет происходить? Первое: если тут совершенно нет сопротивления воздуха, мы полагаем, что в этом примере сопротивление воздуха нулевое, то в горизонтальной плоскости будет только одна сила — это сила в 100 Н. Это будет результирующая сила. Итак, у нас есть сила в 100 Н, действующая в этом направлении на массу 5 кг. Сила равна массе, умноженной на ускорение, ускорение и сила — векторные величины. Если силу разделить на массу, мы получим ускорение 20 м/с^2, в этом направлении. Мы бы получили такой ответ, если бы не было трения, но у нас в этой задаче трение есть. Давайте подумаем над решением задачи. Итак, коэффициент трения. Это отношение модуля силы, которую я называю «движущая сила». То есть сила, которую вы должны применить, чтобы сдвинуть тело и привести его в движение. Мы будем использовать коэффициент трения покоя. Коэффициент трения покоя. Это отношение между этим и модулем силы взаимодействия между этим блоком и землей. И модуль этой силы взаимодействия — это то же самое, что и модуль силы нормальной реакции этого блока. Модуль силы нормальной реакции блока. Тогда, как только он начнет двигаться, мы получим, что это будет равно силе трения. Это сила, которая возникает от трения, и она будет равна силе трения. Модуль силы трения, деленный на силу взаимодействия, сила взаимодействия между этими двумя… Разделить на силу нормальной реакции. И это имеет смысл. Большая сила — это сила нормальной реакции. Чем она сильнее, тем сильнее они будут давить на друг друга, тем большую движущую силу или большую силу трения вы должны применить. В любом случае, сила трения противоположно направлена вашему движению. Даже если вы будете толкать в этом направлении, сила трения вам не поможет. Давайте подумаем, какая сила нам необходима, чтобы преодолеть силу трения в случае, когда блок неподвижен. Итак, сила притяжения этого блока будет равна ускорению свободного падения, которое равно 9,8 м/с^2 * 5 кг. 9,8 м/с^2 * 5 кг = 49 кг на м/с^2 или 49 Н вниз. Сила, модуль силы притяжения, направлены вниз, к центру Земли. Блок не ускоряется вниз, поэтому должна быть сила, которая компенсирует силу притяжения, и в данном случае — это сила нормальной реакции. Сила нормальной реакции. Итак, она равна 49 Н вверх. Поэтому блок не ускоряется вниз или вверх. Итак, у нас есть движение, модуль движущей силы. Он должен быть равен… Разделить на модуль силы нормальной реакции. Это будет равно 49 Н… Так 0,6… Или мы можем сказать, что модуль движущей силы равен 49 Н умножить на коэффициент трения покоя. Или, другими словами, 49 Н умножить на 0,6. Запишем, 49 Н умножаем на 0,6. Помните, коэффициент трения — безразмерная величина, поэтому единицей измерения тут останется Ньютон. Итак, 49 * 0,6 = 29,4 Н. 29,4. Замечательно. Запишем, 29,4 Н. Вот чему равно это произведение. Сила, которую мы прикладываем, преодолевает силу трения и более чем достаточна. 100 Н, мы начнем двигать блок, и сразу в этот момент, в который блок начинает двигаться, результирующая сила… Итак, сила в 100 Н направлена в этом направлении и сила трения покоя направлена в этом направлении. Я могу нарисовать ее вот тут, чтобы показать, что она идет отсюда. Сила трения покоя равна 29,4 Н и направлена в эту сторону. И когда мы начинаем двигать блок, сразу после небольшого сдвига, потому что, как только я сделал это, блок начинает двигаться и трение скольжения начинает работать. Но только в этот момент результирующая сила равна 100 − 29,4 и направлена вправо. Поэтому в момент, когда я толкаю блок, результирующая сила будет равна 70,6 Н. Итак, еще раз. В момент, когда я толкаю блок, результирующая сила будет равна 70,6 Н. Когда мы преодолеваем трение покоя, наша результирующая сила равна 70,6 Н и направлена вправо. И вот теперь мы делим эту массу на 5 кг. Только в этот момент ускорение будет равно 14,12 м/с^2. Мы получим ускорение, равное 14,1 м/с^2, направленное вправо. Но это будет только в этот момент, потому что, как только мы сдвинули блок, он начинает двигаться, и как только он начинает двигаться, начинает работать коэффициент трения скольжения. В бороздках блока есть частицы земли, и они как бы цепляются и создают сопротивление. Как только мы сдвинули блок, в этот момент времени ускорение равно этому значению. Теперь начинает работать сила трения скольжения. Сила трения равна… Когда мы двигаем блок, модуль скорости трения будет всегда действовать против нашего движения. Помните, что сила нормальной реакции равна 49 Н. Поэтому мы можем умножить обе части на 49. Мы получим 49 Н * 0,55. Это равняется 26,95 H. Итак, давайте произведем вычисления на калькуляторе. В итоге получается 26,95 Н. Это сила трения, это модуль, и это будет противодействовать нашему движению. Как только мы начинаем толкать блок в этом направлении, сила трения будет направлена в этом направлении. Как только мы начинаем двигать блок, полагая, что мы продолжаем прикладывать ту же силу равную 100 Н. Чему будет равна результирующая сила? У нас есть сила 100 Н, направленная сюда, и есть сила в 26,95 Н, направленная сюда. Обратите внимание на векторы, я не должен рисовать их таким образом, я должен нарисовать их выходящими из центра блока. Я могу рисовать их где угодно, но помните, что эти силы действуют на блок. Если быть точным, мы должны нарисовать их выходящими из центра блока, потому что мы рассматриваем все эти атомы блока как один объект. Чему равна результирующая сила? Эта сила равна 100 Н, эта сила равна 26,95 Н и направлена влево. 100 − 26,95. Силу, равную 100 Н, мы прикладываем справа, минус 26,95 Н. Сила трения направлена влево, всегда против движения. Это означает, что результирующая сила равна 73,05, направлена вправо. Как только мы сдвинули блок, результирующая сила стала равной 73,05 Н и направлена вправо. Это результирующая сила и она направлена вправо. Сразу после того, как мы толкнули блок, чему будет равно ускорение? Сила равная 73,05 Н, деленная на массу равную 5 кг, получаем… Что мы получаем? Нам поможет калькулятор. 14,61. Итак, ускорение во время нашего движения будет равно 14,61 м/с^2 и направлено будет оно вправо. Я очень хочу, чтобы вы понимали, что происходит. Эта сила достаточна для того, чтобы сдвинуть блок, но после того, как мы сдвинули его, мы преодолеваем трение покоя. В этот момент наше ускорение меньше, потому что мы преодолеваем трение покоя. Но, как только мы сдвинули блок и, как только он начал двигаться, и полагая, что мы продолжаем прикладывать ту же самую силу, мы начинаем использовать коэффициент трения скольжения. И как только блок начал двигаться, результирующая сила становится больше и направлена она вправо, потому что сила трения будет меньше, как только мы начнем двигать блок. И теперь сила трения уменьшится до 26,95 Н. И тогда ускорение будет немного больше и достигнет 14,61 м/с^2 и направлено вправо. После того, как мы толкнули его, ускорение становится равным 14,1 м/с^2, но только в этот почти незаметный момент, когда блок начинает двигаться. Затем он двигаться с постоянным ускорением. Subtitles by the Amara.org community