Формулы сила физика: Формула силы

формула, определение простыми словами, от чего зависит, единица измерения, виды трения

Вместе с экспертом разбираемся, что такое сила трения, какой она бывает и от чего зависит. В конце статьи — интересные факты о действии сил трения в окружающем мире, о которых многие не знают

Сила трения. Фото: pexels.com

Борис Михеев Автор КП Иван Яковлев Преподаватель физики в Домашней школе «ИнтернетУрок»

Содержание

  1. Формулы силы трения
  2. В чем измеряется
  3. Вопросы и ответы

Люди встречаются с физическим явлением ежесекундно, но не осознают, что оно вообще существует. Так и с силой трения. Да, мы все знаем, что лед скользкий, а асфальт — нет. Но ученые-физики пытаются объяснить или хотя бы описать как устроен окружающий мир, и почему это происходит.

Физические тела соприкасаются своими сторонами, двигаясь или нет. И всегда проявляется некая сила, всегда противоположная направлению движения или удерживающая одно тело поверх другого. Это и есть сила трения. Интересно, что ее модуль независим от площади, однако зависим от веса контактирующих тел и качеств поверхностей соприкасания. То есть отшлифованные шестеренки любого устройства будут вращаться легче, чем обработанные напильником. И шипованные покрышки лучше держат автомобиль на гололеде, чем лысые. Если исследовать полированное стекло под сильным микроскопом, то можно убедиться, что оно напоминает горную страну с долинами, хребтами и пиками. Что уже говорить о поверхностях, где дефекты видны невооруженным глазом. Вот эти неровности цепляются друг за друга и порождают загадочную силу.

Формулы силы трения

Различают трение сухое и вязкое. Сухое происходит при контакте двух твердых тел без какой-либо прослойки. Вязкое трение проявляется, если между телами есть некая смазка. Например, вода под коньком фигуриста или машинное масло между шестеренками.

Сила трения покоя

Трение покоя проявляется между двумя неподвижными физическими телами. Оно будет сохраняться до тех пор, пока приложенная к ним сила не превысит силу трения покоя. Формулируем, что действующая сила трения покоя равна силе тяги.

Fтр = Fтяги

Где:

Fтр — сила трения скольжения;
Fтяги — сила тяги.

это интересно

Законы Ньютона

Первый, второй и третий законы Ньютона, история их открытия и формулы

подробнее

Сила трения скольжения

После начала движения формула для вычисления силы трения меняется:

Fтр = μN

Где:

Fтр — сила трения скольжения;
μ — коэффициент трения. Экспериментально полученная величина для пар различчных твердых тел. Например, сталь по бронзе, дуб по чугуну и так далее.
N — сила реакции опоры, равная по модулю силе нормального давления и противоположно направленная.

Яркий пример действия силы трения скольжения — игра в кёрлинг. Фото автора SHVETS, Pexels.com

Сила трения качения

Формула силы трения качения сложнее.

Fтр = λN/R

Где:

Fтр — сила трения скольжения;
λ — коэффициент трения;
N — сила реакции опоры;
— радиус колеса.

Балансирование — это действие силы трения качения. Фото: pixabay.com

В чем измеряется сила трения

Сила трения, как и всякая другая, измеряется в ньютонах.

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Иван Яковлев, преподаватель физики в Домашней школе «ИнтернетУрок».

Что такое сила трения?

Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и всегда направленная вдоль поверхности соприкосновения противоположно направлению движения.

Силы трения бывают двух типов: сухое (возникает при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки) и жидкое (возникает пpи движении твердых тeл в жидкoй или гaзooбpaзнoй cpeдe, или кoгдa caмa жидкocть или гaз тeкут мимo нeпoдвижныx твеpдыx тeл). Сухое трение, в свою очередь, делится на три вида: трение покоя (действует между двумя телами, неподвижными относительно друг друга), трение скольжения (возникает между соприкасающимися телами при их относительном движении), трение качения (возникает при перекатывании тел одного по другу).

Какова природа сил трения?

Причины появления сухого трения:

Из-за шероховатости (неровностей) поверхностей контактирующих тел. Когда одно тело скользит или катится по другому, эти дефекты цепляются друг за друга и препятствуют передвижению;
При максимально гладких поверхностях молекулы располагаются настолько близко друг к другу, что между ними начинают действовать силы взаимного притяжения, которые в некоторых случаях довольно существенны.

Величина силы трения зависит от:

Вида трения. Величина трения качения во много раз меньше трения скольжения.
Нагрузки. С ее увеличением сила трения растет.
Качества обработки поверхностей. При скольжении по менее шероховатой поверхности сила трения заметно меньше.
Использования смазочных материалов.

В чем польза и вред сил трения?

Как уже было сказано вначале, трение играет огромную роль во всех сферах нашей жизни. Например, благодаря силе трения покоя мы можем ходить по земле, авто- и железнодорожный транспорт могут начать движение без пробуксовки или в случае необходимости остановиться. Благодаря силе трения покоя тела не соскальзывают с наклонной поверхности. Без трения не звучала бы скрипка, школьники не смогли бы писать ручкой в своих тетрадях, а все саморезы и гвозди выскочили бы из своих мест.

В живой природе, например, плетущиеся растения благодаря силе трения цепляются за опоры и удерживаются на них, а корнеплоды удерживаются в почве. Действие органов хватания многих животных и насекомых тесно связано с трением.

Но во многих случаях трение очень и очень вредно, и с ним борются различными способами.

Трение выводит из строя человеческий организм: изнашиваются суставы, мениски, образовываются болезненные наросты и мозоли на ногах.

Во всех машинах и агрегатах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся и трущиеся поверхности делают более гладкими или между ними вводят смазку, или по возможности силу трения скольжения заменяют на силу трения качения. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов различных механизмов, их устанавливают на подшипники.

Bязкoe тpeниe пpивoдит к пoтepe мexaничecкoй энepгии движущeгocя тeлa, так как тopмoзит eгo. Например, для преодоления силы трения корабли затрачивают до 75% общей мощности. Поезда при скорости 200 км/ч зaтpaчивaют нa пpeoдoлeниe coпpoтивлeния вoздуxa oкoлo 50-70% общей мoщнocти.

Воздушные летательные аппараты испытывают огромную силу сопротивления воздуха. Трение о воздух может привести к oпacнoму пepeгpeву caмoлeтa в плoтныx cлoяx aтмocфepы. Но в то же время летательные аппараты не смогут взлететь и передвигаться в cpeдe, лишeннoй вязкoгo тpeния, так как пoдъeмнaя cилa кpыльев и cилa тяги вoздушнoгo винтa будут paвны нулю.

В каком классе изучают силу трения?

С определением силы трения, её природой, видами сил трения и их различиями учащиеся знакомятся в 7 классе. Немного подробнее эту тему изучают уже в 10 классе. В заключении хочу предложить для вашего размышления интересный вопрос: «Что будет, если полностью исчезнет сила трения?»

Сила трения – формула, определение и особенности

4. 7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 235.

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 235.

В задачах классической механики рассматриваются три основных вида сил, один из которых – силы трения. Они могут нести вред человеку, но и польза от них есть. Чтобы использовать их с толком, либо уменьшать ущерб, наносимый ими, необходимо понимать их природу и уметь находить.

Возникновение трения

Силы трения, причина которых кроется в том, что любая поверхность на микроуровне неровна, действуют на движущиеся и покоящиеся тела. Они могу возникать между твердыми телами, между твердыми и газообразными или жидкими.

Направление сил трения противоположно движению тела (силам, которые движут тело) и лежит в плоскости соприкосновения с поверхностью.

По тому, какая поверхность (со смазкой или без), силы трения делят на сухие и не сухие виды. К первым относят трение покоя (сцепления), скольжения и качения. К не сухим – жидкостное (вязкое).

С помощью подручных средств легко провести опыт. Возьмем любой предмет (например, книгу), положим его на стол и потянем. Если тянуть слабо, книга не сдвинется, ибо на нее действует сила трения покоя. Когда прикладываемся сила станет больше, сцепление также увеличится. Но у него есть максимальное (предельное) значение, и если тянущая сила превысит это значение, тело начнет движение, а покой сменится скольжением.

Рис. 1. Измерение силы трения при помощи динамометра.

Если выстраивать строгую теорию трения скольжения, то придется учитывать ее зависимость от скорости. Но большая часть относительно простых задач решаются в приближении, когда силу трения скольжения считают равной максимальной силе сцепления.

На практике трение часто наносит ущерб. Например, оно вызывают истирание деталей. Эту проблему решают либо добавлением смазки, либо подшипниками. Во втором случае скольжение заменяется качением.

Рис. 2. Возникновение силы трения качения.

При движении в газообразной или жидкой среде возникает вязкое (жидкостное) трение, которое также называются сопротивлением среды. Оно слабее сухого трения, а главная его особенность в том, что оно зависит от скорости. В случае равенства последней нулю, сопротивление также обратится в нуль.

Расчетные формулы

Из экспериментов известно, что сила сцепления $\vec F_{тр} = – \vec F$, где F – внешняя сила. Максимальное сцепление пропорционально силе нормальной реакции опоры, умноженной на безразмерный коэффициент $\mu$, который определяется характером поверхности трения.

$$F_{тр}= \mu N$$ – (1) формула силы трения покоя

В случае, если тело находится на наклонной поверхности, проекция силы нормальной реакции опоры на ось Оу равна: $N = mgsin \varphi$. И тогда модуль сцепления равен: $F_{тр}= \mu mgsin \varphi$ – (2).

Из вышеприведенной формулы следует, что минимальной сила трения становится, когда угол максимально близок к прямому.

Рис. 3. Сила сцепления на наклонной поверхности.

Силу трения скольжения считают приблизительно равной предельному сцеплению, то есть находится она по формулам (1) и (2).

2$$,
где $k_2$ – коэффициент жидкостного трения при больших скоростях.

Задачи

  • Кирпич скатывается по деревянной поверхности, которая наклонена к горизонтали под углом 45 градусов. Масса кирпича – 200 грамм, коэффициент трения – 0,5. С каким ускорением он движется?

Решение первой задачи

Схема решения этой задачи та же, по которой решаются большинство задач на основное уравнение динамики.

Ось Оy проведем через вектор силы нормальной реакции опоры, Ось Ох – через вектор ускорения кирпича. Запишем второй закон Ньютона в векторной форме:

$$m \vec a = \vec F_{тр} + m \vec g + \vec N$$

И в проекциях на оси:

Ox: $ma = mgcos \varphi – \mu N$

Oy: $N=mgsin \varphi$

Учитывая уравнение на оси Оу запишем:

$$ma = mgcos \varphi – \mu mgcos \varphi = mg(cos \varphi – \mu sin \varphi)$$

$$a = g(cos \varphi – \mu sin \varphi) = 3,5 м/c$$

  • Человек массой 100 кг совершил прыжок с парашютом. 2$$

    Тогда:

    $$v_1 = \sqrt{mg \over k_1} = 14,14 м/с$$

    $$v_2 = \sqrt{mg \over k_2} = 1,38 м/c$$

    Что мы узнали?

    В ходе урока выяснили, как возникают силы трения, установили закон действия этих сил. После чего разделили силы трения на два вида – силы сухого трения и силы жидкостного трения, а также рассмотрели формулы, по которым производится их расчет. В закрепление урока разобрали две несложные задачи.

    Тест по теме

    Доска почёта

    Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

      Пока никого нет. Будьте первым!

    Оценка доклада

    4.7

    Средняя оценка: 4.7

    Всего получено оценок: 235.


    А какая ваша оценка?

    Формула нормальной силы – GeeksforGeeks

    Нормальная сила определяется как сила, с которой любая поверхность действует на другой объект. Когда объект находится в состоянии покоя, результирующая сила, действующая на него, равна нулю. Нормальная сила не может быть приложена к двум поверхностям, которые не соединены друг с другом. Его можно интерпретировать как составляющую силы, направленную вертикально к любой контактной поверхности. Он определяет, какую силу тело прилагает к земле. Нормальная сила равна весу объекта только в том случае, если скорость изменения скорости объекта отрицательна, что означает, что он замедляется.

     

    Формула

    Значение нормальной силы зависит от того, где находится объект по отношению к другому объекту. Когда объект собирается упасть, положение, в котором объект падает на землю, определяет значение нормальной силы. Нормальная сила обозначается символом F N . Его единицей измерения являются ньютоны (Н), а размерная формула определяется как [M 1 L 1 T -2 ].

    Если тело опирается на плоскую силу, нормальная сила равна значению гравитационного веса, т. е. мг.

    F Н = мг

    где,

    F Н — нормальная сила,

    м — масса покоящегося тела,

    g — ускорение свободного падения.

    Если тело соскальзывает с наклонной поверхности под некоторым углом, значение нормальной силы равно гравитационному весу, добавленному дополнительной силой F sin θ. В этом случае нормальная сила больше веса тела.

    Ф Н = mg + F sin θ

    Где,

    F Н — нормальная сила,

    m — масса скользящего объекта,

    g — ускорение свободного падения,

    θ — угол наклона .

    Если сила действует на тело в направлении вверх, то значение нормальной силы равно гравитационному весу, уменьшенному на силу F sin θ. В этом случае чистая нормальная сила меньше веса объекта.

    Ф Н = мг – F sin θ

    где,

    F Н – нормальная сила,

    м – масса скользящего объекта,

    g – ускорение свободного падения,

    θ – угол наклона.

    Если тело положить на наклонную плоскость, нормальная сила F Н равна произведению силы тяжести на косинус угла наклона.

    F N = мг cos θ

    где,

    F N — нормальная сила,

    m — масса скользящего объекта,

    g — ускорение свободного падения,

    θ — угол наклона.

    Примеры задач

    Задача 1. На столе лежит предмет массой 2 кг. Вычислите нормальную силу, действующую на него.

    Решение:

    Имеем,

    m = 2

    g = 9,8

    Используя формулу получаем,

    F N = mg

    = 2 (9,8)

    = 19,6 Н

    Задача 2. Тело покоится на столе с силой 39,2 Н. Вычислите нормальную силу, действующую на него.

    Решение:

    Мы имеем,

    F = 39,2

    G = 9,8

    Используем формулу, которую мы получаем,

    F N = Mg

    => M = F/G

    = Mg

    => M = F/G

    = Mg

    => M = F/G

    = Mg

    => M = F/G

    . => m = 39,2/9,8

    => m = 4 кг

    Задача 3. Тело массой 10 кг скатывается вниз с силой 200 Н с наклонной поверхности под углом 30°. Вычислите нормальную силу, действующую на него.

    Решение:

    . + F sin θ

    = 10 (9,8) + 200 sin 30°

    = 98 + 200 (1/2)

    = 98 + 100

    = 198 Н

    Задача 4. Тело массой 20 кг скатывается вниз с силой 400 Н с наклонной поверхности под углом 30°. Вычислите нормальную силу, действующую на него.

    Решение:

    . + F sin θ

    = 20 (9,8) + 400 sin 30°

    = 196 + 400 (1/2)

    = 196 + 200

    = 396 Н

    Задача 5. Предмет массой 15 кг расположен на наклонной поверхности под углом 30°. Вычислите нормальную силу, действующую на него, если сила, действующая вверх, равна 100 Н.

    Решение:

    Имеем θ = 30°

    Используя формулу получаем,

    F N = mg – F sin θ

    = 15 (9. 8) – 100 sin 30°

    = 147 – 100 (1/2)

    = 147 – 50

    = 97 Н

    Задача 5. Предмет массой кг помещен на наклонной поверхности под углом 60°. Вычислите нормальную силу, действующую на него в любой точке.

    Решение:

    Мы имеем,

    M = 5

    G = 9,8

    θ = 60 °

    Используя формулу, мы получаем,

    F N = Mg Cos θ

    = 5 (9,8) (cos 60°)

    = 49/2

    = 24,5 Н

    Задача 7. Предмет расположен на наклонной поверхности под углом 60°. Вычислите его массу, если нормальная сила, действующая на него, равна 400 Н.

    Решение:

    Имеем,

    F Н = 400,

    θ = 90° получаем 90° по формуле 0030002 60002 ,

    F N = мг cos θ

    m = F/(g cos θ)

    = 400/(9,8 × cos 60°)

    = 400/4,9

    = 81,63 N

    Каковы наиболее распространенные физические уравнения?

    Факт проверен

    Существует множество различных физических уравнений, в том числе E=mc2, связанное с энергией; K=½mv2, который описывает кинетику. ..

    Математика

    3 минуты

    Автор:

    Майкл Браун

    Обновлено:

    2 ноября 2022 г.

    В этой статье выбран репетитор для вашего ребенка: 

    Найдите своего наставника

    Есть несколько физических уравнений, которые используются физиками для описания явлений мира и движения. Эти уравнения можно реорганизовать для решения с различными неизвестными переменными. Поэтому то, что может выглядеть как два отдельных уравнения, часто является переработанным одним и тем же уравнением. Некоторые из наиболее распространенных физических уравнений используются для описания энергии, силы и скорости. Эти уравнения могут помочь ученым выяснить, как объекты будут реагировать в определенных обстоятельствах, без необходимости непосредственно экспериментировать с объектами.

    Возможно, самые известные физические уравнения связаны с энергией: E=mc2. В этом уравнении E обозначает энергию, m — массу, а c — скорость света в вакууме (около 186 000 миль в секунду или 3×108 метров в секунду. Это уравнение было разработано ученым Альбертом Эйнштейном. Он определил, что масса объекта и его энергия – это два типа одного и того же. Другими словами, масса объекта может быть преобразована в энергию и наоборот

    Другие физические уравнения, имеющие отношение к энергии, это те, которые описывают кинетическую и потенциальную энергию Кинетическая энергия (K или иногда KE) описывается уравнением K=½mv2, где m равно массе объекта, а v равно скорости U=mgy — это физическое уравнение, описывающее потенциальную гравитационную энергию, где U означает потенциал энергии, m для массы, y для расстояния объекта над землей и g для ускорения силы тяжести на земле (примерно 32,174 фута/с2 или 90,81 м/с2). Это значение может немного меняться в зависимости от высоты и широты и технически является отрицательным числом, поскольку объект движется вниз, однако отрицательное значение часто игнорируется. Использование заглавной буквы в переменной «g» важно, поскольку «g» известно как ускорение свободного падения, а «G» — гравитационная постоянная.

    Конечно, когда имеешь дело с гравитацией, чаще всего знаешь силу, с которой гравитация воздействует на объект. Это описывается физическим уравнением F=Gm1m2/r2. В этом случае G — обратите внимание на заглавные буквы — это универсальная гравитационная постоянная (приблизительно 6,67×10-11 Н.м2/кг2), m1 и m2 — две массы объектов, а r — расстояние между двумя объектами. Другое физическое уравнение, имеющее отношение к силе, описывает второй закон движения Ньютона. Это описывается выражением F=ma, где F — сила, m — масса, а — ускорение.

    Физические уравнения, имеющие отношение к скорости: d=vt, описывающие расстояние, которое проходит объект за определенное время, и d=½at2+v0t, описывающие расстояние, пройденное при ускорении. В обоих уравнениях d обозначает расстояние, v — скорость, t — время. В первом уравнении t — это время, которое прошел объект, а во втором уравнении t обозначает время ускорения. Переменная а во втором уравнении обозначает ускорение объекта. Некоторые используют переменную vi для описания начальной скорости, а не v0.


    Вам нужен репетитор по математике, чтобы заниматься с вами один на один? Свяжитесь с нашим академическим консультантом сегодня, чтобы подобрать онлайн-репетитора по математике!

    Начните с индивидуально подобранного репетитора для вашего ребенка.

    Найдите своего репетитора

    Об авторе:

    Майкл Браун

    Майк развил свою страсть к образованию, работая преподавателем математики в Университете штата Пенсильвания. Он расширил свой образовательный опыт, запустив и управляя бизнесом Executive Education, обучая более 100 000 студентов в год. Как генеральный директор Learner, Майк уделяет особое внимание ускорению обучения и раскрытию потенциала учащихся.

    Все статьи

    Mathnasium или Sylvan (какой сервис репетиторства по математике лучше?)

    Если вы ищете репетиторство по математике, вот что вам нужно знать о репетиторах, структуре, преимуществах, стоимости и многом другом в Сильване и Матназиуме.

    Michael Brown

    Eye Level или Kumon (какая платформа для обучения математике лучше?)

    Если вы ищете платформу для обучения математике для своего ребенка, вот что вам нужно знать о плюсах и минусах Eye Level Кумон.

Оставить комментарий