Вход

Сила трения. Коэффициент трения скольжения

Реферат по физике
Дата добавления: 15 апреля 2003
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 184 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Сила трения . Коэффициент трения скольжения Трением называется взаи мод ействие между различными соприкасающимися поверх ностями , препятствующее их относительному перемещ ению . Сила трения направлена вдоль поверхностей с оприка сающихся тел противоположно скорости их относ ительного перемещения . Различают : трение покоя – при отсутствии относительного перемещения соприкасающихс я тел и трение скольжения – при их движении . Если к телу находящемуся в соприкосновении с другим тел ом приложить вдоль линии соприкосновения постепенно увеличивающуюся от нуля силу , то движения не возникает , до того момента пока действующая сила не достигнет определённого значения . Пока не нач алось движение , сила трения покоя равна де йствующей на тело с и ле , то ест ь является переменной величиной от нуля д о некоторой максимальной силы трения покоя . При скольжении тел друг по другу сила трения скольжения пропорциональна силе прижимающей эти тела по нормали к поверхности соприкосновения (перпендикулярно поверхности соприкосновения ). Эта прижимающая сила называется силой нормального давления и она по третьему закону Ньютона равна силе нормальной реакции . Величина силы трения скольжения вычисляет ся по формуле , где m - коэф фициент трения скольжения (во многих случаях вместо m используют k ). При движении по горизонтальной поверхности си ла нормального давления , как правило , равна весу тела и может совпадать с силой тяжести . При движении по наклонно й плоскости необходимо раскладывать силу тяжести на составляющие параллельную наклонной плоскос ти и перпендикулярную ей . Перпендикулярная со ставляющая силы тяжести обеспечивает силу нор мального давления , а , следовательно , и силу трения скольжения . Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчё та , относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной , если на них не действуют другие тела или действие других тел компенсируется. Инерциальная система отсчёта. Это система отсчёта , отно сительно которой свободная материальная точка , не подверженная действию других тел , движет ся равномерно и прямолинейно. Принцип относительности Галиле я. Все механические явления в различных инерциальных системах отсчёта протек ают один аково . Это означает , что никак ими механическими опытами проводимыми в данно й инерциальной системе отсчёта невозможно уст ановить покоится она или движется равномерно прямолинейно . Принцип Галилея справедлив при движении систем отсчёта со скоростью мал ой по сравнению со скоростью света . Масса. Физическая величина , являющаяся мерой инерционных свойств тела называется инертной массой этого тела . В этом смысле масса выступает как свойство тел не поддаваться изменению скорости как по величин е , так и по направлени ю. Сила. Векторная величина , являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей , в результ ате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры (деформируе тся ). В каждый момент времени сила характе ризуетс я величиной , направлением в простр анстве и точкой приложения. Второй закон Ньютона. Второй закон Нь ютона составляет основу не только классической механики , но и всей классической физики . Несмотря на прост оту его математической формулировки при объяснен ии его "физического смысла " возникают вполне определенные методические трудности . До сих пор в различные учебных курсах используютс я различные подходы к "физической " формулировк е этого важнейшего закона , причем каждый и з них обладает как определенными преиму ществами , так и недостатками . В нашем случае реализован подход , осно ванный на использовании независимого определении силы при помощи описания процедуры ее измерения . В его рамках две входящие в уравнение (1) векторные величины оказ ываютс я определенными еще до формулировки второго закона , что позволяет придать ей весьма простой и элегантный вид : Опыт показывает , что ускоре ние , приобретаемое телом , движущимся под дейст вием сил , пропорционально равнодействующей этих сил : . В рамках такого подхода инертная ма сса тела может быть определена как коэффи циент пропорциональности между силой и ускоре нием , ост ающийся постоянным для данного тела в соответствии со в торым законом : Из формулир овки второго закона Ньютона (2) и определения массы (3) следует , что ускорение тела пропорционально равнод ействующей приложенных к нему сил и обрат но пропорционально его инертной массе : Основным нед остатком сформулированного подхода является то , что по техническим причинам изготовление о твечающего требованиям современн ой метрологи и эталона силы оказывается существенно более сложной задачей , чем изготовление эталона массы . Более того , в ряде разделов совре менной физики (например - в квантовой механике ) понятие силы вообще исчезает , в то вр емя как масса остается вполне о п ределенной физической величиной . С этих позиций более предпочтительным является незави симое введение массы тела . Однако , формулировк а второго закона в виде утверждения о том , что сила равна произведению массы тела на его ускорение придает второму зак ону в и д , характерный для математич еского определения , а не формулировки закона природы . Определяемая как коэффициент пропорционально сти между силой и ускорением , инертная мас са (в рамках классической физики ) обладает следующими свойствами : 1. Масса - величин а скалярная . 2. Mасса тела может выражаться любым неотрицательным вещественным числом . 3. Масса аддитивна (мас са тела равна сумме масс составляющих его частей ). 4. Масса не зависит ни от положения тела , ни от скорости его движения . При больших скоростях движения тел второй закон Ньютона в формулировке (1) перестает выполняться . В частности , при движении под действием постоянной силы скорость тела перестает возрастать во времени по линейному закону и ассимптотически стремится к предельному значению - скор о сти света в вакуум е (в используемой программой системе единиц с =137 ). Этот эффект формально можно отн ест за счет возрастания инертной массы те ла , которую в релятивистском случае можно считать зависящей от скорости . В рассматривае мом случае (как и в других ситуациях движения тела с переменной массой ) более удобной является импульсная формулировка второго закона Ньютона : (5) Второй з акон Ньютона Моделирую тся условия на планете Раз ногравивя , где величина силы тяжести оказывается существенно различной над различными точками поверхности планеты . Не обсуждая возможности реального существования так ой планеты и причин , приводящих к столь странному явлению , на основе только вт орого закона Ньютона можно утверждать , что одно и тоже тело помещенное над разным и участками поверхности этой планеты будет падать вниз с различными ускорениями . Отнош ения этих ускорений оказываются равными отнош ениям сил , действующих на тело в разных точках поверхности . Для сравнения си л тяжести в разных точках планеты на динамометрах подвешены точно такое же тела . В данной демонстрации тела расположены в таких точках планеты , что действующие на них силы тяжести отлич а ются в два раза. Как известно , приобретаемое тел ом ускорение обратно пропорционально его инер тной массе . Попытайтесь , используя этот факт , изменить массу падающего в правой части экрана яблока так , чтобы его ускорение стало таким же , как у яблока , падающ его слева 9т.е . уменьшилось в 2 раза ). Если Вам не удастся добиться успеха - поле зно задуматься над тем , почему у Вас н ичего не получается . Попытайтесь разобраться , что происходит с силой тяжести при увелич еснии массы тела... Масса как ме ра инертности те л Рассмотри те движение под действием одной и той же электрической силы ядер трех изотопов атома водорода : протона , дейтерия и трития . Их массы относятся соответственно как 1:2:3. Приобретаемые ядрами ускорения соотносятся друг с другом как 3:2:1. Попыт айтесь повторить этот же численный эксперимент , заменив электричес кие силы гравитационными (для этого в объе кте "поле " достаточно поменять флаг "Е " на "G"). Как Вы объясните результат нового экспери мента ? Математические с войства массы : неотрицательность Опыт показывает , что масса тел является скалярной величиной , принимающей только положительные вещественные значения . Это означает , что все тела , испытывающие воздействие сил , ускоряются в направлении действия равнодействующей этих сил . В некоторых случая х оказывается удобным исключить из рассмотрения некоторые "трудно учитываемые " силы , а результат их действия "спрятать в инертную массу ". Тако й прием позволяет несколько упростить решение некоторых задач . При этом эффективная мас са тела может существенно о тличатьс я от истинного значения и может обладать весьма экзотическими свойствами . В данной демонстрации кажется , что масса одного из тел ( Strange ) явл яется отрицательной величиной . На самом деле причиной движения тела в противоположном силе направлении (эт о направление указы вается падающей гирей ) является действие на него еще одной силы , незаметной для наб людателя. Поп ытайтесь приписать такое значение инертной ма ссе тела Strange , чтобы оно вело себя подобно телу с бесконечно большой эффективной массой. Математические с войства инертной массы : скалярный характер Мыслима ситуация , при которой воздействие на тело одинаковых сил , приложенных в различных н аправлениях , вызывает различные ускорения . Если бы такая ситуация действительно реализовывалас ь в природ е , инертную массу такого тела следовало бы считать тензорной величи ной . В данной демонстрации моделируется движе ние двух тел : "обычной гири " (Normal) и тела с тензорной массой (Strange). Ускорение гири по зволяет судить о действующей внешней силе . Ускорение объекта Strange вообще не совпадает с направлением ускорения обычного тела ! К ак и в предыдущем случае кажущееся необыч ным поведение тела объясняется не свойствами его инертной массы , а его участием в дополнительных взаимодействиях . В данной сит уации поми м о основной силы Force тело Strange испытывает воздействие с ил сухого трения , величина которых различна при движении вдоль различных направлений . П одобная ситуация может реализовываться в прир оде , например , при движении электронов в к ристалле с некубической решеткой . При эт ом часто оказывается удобным исключить из рассмотрения взаимодействия с кристаллической решеткой , "расплатившись " за это введением тенз орной массы , т.е . заменой реальной частицы на квазичастицу . Изменяя направление внешней си лы Force, уб едитесь , что в случае ее де йствия вдоль ребер кристаллической решетки ус корения частицы и квазичастицы совпадают по направлению. Аддитивность мас сы Масса тела обладает свойством аддитивности , т.е . равн а сумме масс частей , составляющих это тело . В качес тве примера моделируется уско ренное движение автопоездов , головные автомобили у которых обеспечивают одинаковые силы т яги . Массы всех автомобилей равны . Всилу а ддитивности массы автопоездов относятся как 1:2:3, в чем несложно убедиться , сравнивая из у скор е ния , которые относятся как 3:2:1. Из-за того , что автомобили связаны между с обой упругой сцепкой , на равноускоренное движ ение автопоездов накладываются небольшие колебан ия , которые можно уменьшить , увеличив жесткост ь пружин. Отцепляя вагоны от автопоездо в , убедитесь в том , что сила тяги головных автомобилей всех трех составов действительно одинакова . (Для того , чтобы расце пить составы автопоездов , достаточно "отключить " взаимодействия медлу телами ). Релятивистская м асса При д вижении заряженной частицы (электрона ) в однородном электрическом поле , соласно классическ ой динамике , его скорость должна неограниченн о возрастать во времени по линейному зако ну . В реальности она стремится к предельно му значению с =137. Этот эффект может быть отнесен за счет возра с тания ма ссы частицы при приближении ее скорости к скорости света. Убедитесь , что в данном слу чае импульсная формулировка второго закона Нь ютона остается более удобной : релятивистской импульс частицы возрастает во времени по линейному закону (p=Ft). Обра тите внимание на то , что в пределе малых скоростей релятивистский и классический законы движения приводят к од ному и тому же результату. Третий закон Ньютона. Согласно третьему закону Ньютона при взаимодействии те л возникают силы , приложенные к каждому из партнеров . При этом силы всегда оказываются равными друг другу по величи не и противоположно направленными . Из законов Ньютона след ует , что в случае взаим одействия двух тел , не взаимодействующих с другими , каждое из них должно двигаться с ускорением . Если масса одного из взаи модйствующих тел существенно превосходит массу другого , то его ускорение оказывается малым . Силы , возникающие при взаимодействиях тел При взаимодействии двух тел , согласно третьему закону , между ними возникают равные и п ротивоположно - напра вленные силы. Для изменения величины гравитационного взаимодействия поменяйте массу любого из взаимодействующих тел . Уб едитесь при этом , что обе силы изменят свою величину , но по-прежнему остануться рав ными друг другу по модулю. Ускорения взаимо действу ющих тел В данной демонстрации масса планеты существенно превосходит массу яблока . В результате яб локо ускоренно падает на пактически неподвижн ую планету . На самом деле планета так же испытывает ускорние , но его величина ме ньше ускорения яблока в число , равное отношению массы яблока к массе планеты. Увеличте ма ссу яблока в 10, 100 и т.д . раз и убедитесь , что в этом случае планета начнет "зам етно падать " на яюлоко. Центральные силы и третий закон Ньютона Многие почему-то считают , что третий заколн Нь ютона подраземевает ориентацию сил в доль прямой , соединяющкей взаимодействующие тела . На самом деле подобное утверждение не имеет непосредственого отношения к третьему закону . В данной демонстрации моделируется движение тел , взаимодействиющих друг с друго м нецентральными силами. Приведенный в данной демонстрации пример не является "физ ически реальным " и не может быть реализова н непосредственным определением взаимодействий в программе физического конструктора (автором программы просто не была предусмотрена возможность создания столь "нефизических " ситуаций ). Для реализации данной демонстрации в си стему пришлось ввести дополнительное силовое поле Unrea l , обладающее весьма специфическими свойствами . Проанализируйте параметры данной фи зической модели и убедите сь , что созда нная на компьютере ситуация действительно отв ечает нецентральному взаимодействию и не прот иворечит системе законов Ньютона . Попытайтесь самостоятельно придумать другие примеры аналогич ных "странных " систем. Гравитационные силы . Взаим ное притяжение всех без искл ючения материальных тел наблюдаемое в любой среде , называют гравитационным взаимодействием , а соответствующие силы притяжения между пр итягивающимися телами называются гравитационными силами. . Закон всемирного тяготения Две ма териальные точки массами m 1 и m 2 притягиваются друг к другу с силой F прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между ними : . Коэффициент пропорциональ ности G называется гравитационной постоянной и показывает с какой силой притягиваются две материальные точки с массами по 1 кг находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга ( G =6,67 ? 10 -11 Н ? м 2 /кг 2 ). Си ла тяжести . Вес тела. Сила , с которой притягивается к Земле тело , находящееся на её поверхности . В этом случае надо подставить в закон вс емирного тяготения вместо m 1 массу тела - m вместо m 2 массу Земли - M и вместо r радиус Земли - R . С увеличе нием высоты над поверхностью Земли сила т яжести уменьшается , но при небольших высотах по сравнению с радиусом Земли (порядка нескольких сотен метров ) её можно счи тать постоянной. Вес тела сила , с которой тело дави т на опору или натягивает нить подвеса . Если опора , на которой находится тело н еподвижна или движется относительно поверхности Земли в вертикальном направлении равномерно прямолинейно , то вес т ела и сила тяжести совпадают по величине (не учитыва ется вращение Земли ). В противном случае в ес тела может быть больше или меньше силы тяжести в зависимости от направления ускорения. Реферат на тему : « Механика » Подгот овил : ученик 9 – В класса ООШ № 7 г.Бердянс ка Галицин Андрей
© Рефератбанк, 2002 - 2017