Fiecare elev știe că atunci când există contact între două suprafețe solide, apare așa-numita forță de frecare. Să luăm în considerare în acest articol despre ce este vorba, concentrându-ne pe punctul de aplicare a forței de frecare.
Ce tipuri de forțe de frecare există?
Înainte de a lua în considerare punctul de aplicare a forței de frecare, este necesar să ne amintim pe scurt ce tipuri de frecare există în natură și tehnologie.
Să începem să luăm în considerare frecarea statică. Acest tip caracterizează starea unui corp solid în repaus pe o anumită suprafață. Frecarea de repaus previne orice deplasare a corpului din starea de repaus. De exemplu, din cauza acțiunii tocmai acestei forțe, ne este dificil să mutăm un dulap care stă pe podea.
Fricțiunea de alunecare este un alt tip de frecare. Se manifestă în cazul contactului între două suprafețe care alunecă una pe ceal altă. Frecarea de alunecare se opune mișcării (direcția forței de frecare este opusă vitezei corpului). Un exemplu izbitor al acțiunii sale este un schior sau patinator care alunecă pe gheață pe zăpadă.
În sfârșit, al treilea tip de frecare este rostogolirea. Există întotdeauna când un corp se rostogolește pe suprafața altuia. De exemplu, rularea unei roți sau a rulmenților sunt exemple principale în care frecarea de rulare este importantă.
Primele două dintre tipurile descrise apar din cauza rugozității suprafețelor de frecare. Al treilea tip apare din cauza histerezii de deformare a corpului de rulare.
Puncte de aplicare a forțelor de frecare de alunecare și de repaus
S-a spus mai sus că frecarea statică previne forța externă care acționează, care tinde să miște obiectul de-a lungul suprafeței de contact. Aceasta înseamnă că direcția forței de frecare este opusă direcției forței externe paralelă cu suprafața. Punctul de aplicare a forței de frecare considerate este în zona de contact dintre două suprafețe.
Este important să înțelegeți că forța de frecare statică nu este o valoare constantă. Are o valoare maximă, care se calculează folosind următoarea formulă:
Ft=µtN.
Totuși, această valoare maximă apare numai atunci când corpul își începe mișcarea. În orice alt caz, forța de frecare statică este exact egală în valoare absolută cu suprafața paralelă a forței externe.
În ceea ce privește punctul de aplicare a forței de frecare de alunecare, acesta nu diferă de cel pentru frecarea statică. Vorbind despre diferența dintre frecarea statică și cea de alunecare, trebuie remarcată semnificația absolută a acestor forțe. Astfel, forța de frecare de alunecare pentru o pereche dată de materiale este o valoare constantă. În plus, este întotdeauna mai mică decât forța maximă de frecare statică.
După cum puteți vedea, punctul de aplicare al forțelor de frecare nu coincide cu centrul de greutate al corpului. Aceasta înseamnă că forțele luate în considerare creează un moment care tinde să răstoarne corpul care alunecă înainte. Acesta din urmă poate fi observat atunci când biciclistul frânează puternic cu roata din față.
Fricțiunea de rulare și punctul său de aplicare
Deoarece cauza fizică a frecării de rulare este diferită de cea pentru tipurile de frecare discutate mai sus, punctul de aplicare a forței de frecare de rulare are un caracter ușor diferit.
Să presupunem că roata mașinii este pe trotuar. Este evident că această roată este deformată. Aria de contact cu asf altul este egală cu 2dl, unde l este lățimea roții, 2d este lungimea contactului lateral al roții și asf altul. Forța frecării de rulare, în esența sa fizică, se manifestă sub forma unui moment de reacție al suportului îndreptat împotriva rotației roții. Acest moment este calculat după cum urmează:
M=Nd
Dacă o împărțim și o înmulțim cu raza roții R, atunci obținem:
M=Nd/RR=FtR unde Ft=Nd/R
Astfel, forța de frecare de rulare Ft este de fapt reacția suportului, creând un moment de forță care tinde să încetinească rotația roții.
Punctul de aplicare al acestei forțe este îndreptat vertical în sus față de suprafața planului și este deplasat la dreapta de la centrul de masă cu d (presupunând că roata se mișcă de la stânga la dreapta).
Exemplu de rezolvare a problemelor
Acțiuneforța de frecare de orice fel tinde să încetinească mișcarea mecanică a corpurilor, transformând în același timp energia lor cinetică în căldură. Să rezolvăm următoarea problemă:
bara alunecă pe o suprafață înclinată. Este necesar să se calculeze accelerația mișcării sale dacă se știe că coeficientul de alunecare este 0,35, iar unghiul de înclinare al suprafeței este de 35o.
Să luăm în considerare ce forțe acționează asupra barei. În primul rând, componenta gravitațională este îndreptată în jos de-a lungul suprafeței de alunecare. Este egal cu:
F=mgsin(α)
În al doilea rând, o forță de frecare constantă acționează în sus de-a lungul planului, care este îndreptată împotriva vectorului de accelerație al corpului. Acesta poate fi determinat prin formula:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Apoi legea lui Newton pentru o bară care se mișcă cu accelerația a va lua forma:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Înlocuind datele în egalitate, obținem a=2,81 m/s2. Rețineți că accelerația găsită nu depinde de masa barei.
