Силы трения

Это тангенциальные (касательные) силы, возникающие на границе соприкасающихся тел и препятствующие их относительному перемещению. Силы трения направлены вдоль границы соприкосновения тел. Различают внешнее и внутреннее трение. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел, называется внешним, а трение между частями жидкости или газа внутри их объема принято называть внутренним. Трение, возникающее при движении твердого тела относительно жидкой или газообразной среды, относится к внутреннему трению. Трение между поверхностями твердых тел называют сухим трением.

Если вдоль поверхности соприкосновения тел к одному из них приложена «сдвигающая» сила, но перемещения тел нет, говорят о силе трения покоя (рис. 11,а), которая равна по величине и противоположна по направлению «сдвигающей» силе. При увеличении «сдвигающей» силы до некоторого ее значения, начинается скольжение одной поверхности по другой, и сила трения покоя переходит в силу трения скольжения (рис. 11,б). По определению, сила трения скольжения

, (14)

где – реакция опоры, а -коэффициент трения скольжения (безразмерная величина).

а)	движения нет:
б)	движение есть: , так как в этом случае .

Рис.11. Сила трения покоя (а) и сила трения скольжения (б)

Силы трения скольжения зависят от рода соприкасающихся поверхностей и их механической обработки. Если направление внешней силы меняется на противоположное, сила трения также меняет свое направление на противоположное. Поэтому сила трения всегда направлена в сторону, противоположную относительному движению или попытке вызвать такое движение. Одной из причин, вызывающих движение тел по поверхности Земли, как раз и является сила трения покоя, которая, как это ни странно, направлена в сторону движения тел.

1.2.6. Энергия. Механическая работа. Мощность.

Закон сохранения и превращения механической энергии

Энергия – общая количественная мера движения, преобразования и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и не исчезает; она только переходит из одной формы движения материи в другую. Понятие энергии связывает воедино все явления природы.

Понятие работы вводится для количественной характеристики процесса обмена энергией между телами.

Механическая работа () – это скалярная физическая величина, характеризующая действие силы на определенном пути (рис.12). Работа определяется соотношением:

. (15)

Рис.12. Пояснения к формуле механической работы

Мощность ()– это скалярная физическая величина, характеризующая скорость совершения работы:

, (16)

где - работа,- время, за которое она была совершена.

Мощность измеряется в ваттах (Вт).

Коэффициент полезного действия (КПД) механизма определяется отношением полезной работы к работе совершенной:

; (17)

КПД измеряется в долях.

Кинетическая энергия () определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы остановить тело массы, двигающееся со скоростью. Кинетическая энергия, которой обладает движущееся тело, определяется формулой:

(18)

Кинетическая энергия системы зависит от скоростей тел системы, а скорости, в свою очередь, зависят от выбора системы отсчета. В разных системах отсчета скорости одного и того же тела в один и тот же момент времени могут существенно различаться. Следовательно, кинетическая энергия – величина относительная.

Потенциальная энергия () – это энергия взаимного расположения тел или частей одного и того же тела по отношению друг к другу (например, при деформации пружины) и определяемая характером сил взаимодействия между ними. Она численно равна работе, которую совершает тело при изменении своего пространственного положения, например, в поле силы тяжести Земли. Лишено физического смысла утверждение: «потенциальная энергия отдельно взятого тела», поскольку она рассматривается по отношению к другим телам.Потенциальная энергия, как и кинетическая, есть величина относительная.

Потенциальная энергия тела массы , поднятого над поверхностью Земли на высоту :

. (19)

Потенциальная энергия сжатой пружины:

. (20)

Кинетическая и потенциальная энергии относятся к одной форме энергии – механической и могут взаимно превращаться друг в друга.

Закон сохранения и превращения механической энергии можно сформулировать следующим образом: полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих между собой лишь силами тяготения и упругости, есть величина постоянная. При этом кинетическая энергия может переходить в потенциальную и наоборот (пример: изменение кинетической и потенциальной энергии тела, брошенного вертикально вверх).

В общем случае справедливо следующее определение работы. Работа - это мера изменения энергии. Единица измерения энергии и работы одинакова – джоуль (Дж).