Arbeidet med friksjonskrefter hvile, gli og rulle. Formler og eksempler på problemer

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

I en spesiell seksjon av fysikk - dynamikk, når de studerer bevegelser av kropper, tar de i betraktning kreftene som virker på det bevegelige systemet. Sistnevnte kan utføre både positivt og negativt arbeid. Vurder i denne artikkelen hva friksjonskraftens arbeid er og hvordan den beregnes.

Begrepet arbeid i fysikk

I fysikk er konseptet "arbeid" forskjellig fra den vanlige ideen til dette ordet. Arbeid forstås som en fysisk størrelse, som er lik skalarproduktet av kraftvektoren og forskyvningsvektoren til kroppen. Anta at det er en gjenstand som kraften F¯ virker på. Siden ingen andre krefter virker på den, vil dens forskyvningsvektor l¯ falle sammen i retning med vektoren F¯. Skalarproduktet til disse vektorene vil i dette tilfellet tilsvare produktet av modulene deres, det vil si:

A=(F¯l¯)=Fl.

Verdien A er arbeidet utført av kraften F¯ for å flytte objektet et stykke l. Tatt i betraktning dimensjonene til verdiene F og l, finner vi at arbeidet er målt i newton per meter (Nm) i SI-systemet. Imidlertid enhetenNm har sitt eget navn - det er en joule. Dette betyr at begrepet arbeid er det samme som begrepet energi. Med andre ord, hvis en kraft på 1 newton beveger et legeme 1 meter, er de tilsvarende energikostnadene 1 joule.

Hva er friksjonskraften?

Å studere spørsmålet om friksjonskraftens arbeid er mulig hvis du vet hva slags kraft vi snakker om. Friksjon i fysikk er en prosess som forhindrer enhver bevegelse av en kropp på overflaten av en annen når disse overflatene bringes i kontakt.

Hvis vi bare vurderer solide legemer, så er det tre typer friksjon for dem:

• rest;
• slip;
• rulling.

Disse kreftene virker mellom kontaktflater og er alltid rettet mot bevegelser av kropper.

Hvilefriksjon hindrer selve bevegelsen, glidende friksjon manifesterer seg i bevegelsesprosessen, når kroppens overflater glir over hverandre, og det er rullefriksjon mellom kroppen som ruller på overflaten og selve overflaten.

Et eksempel på virkningen av statisk friksjon er en bil som står på håndbremsen i en åsside. Glidende friksjon manifesterer seg når en skiløper beveger seg på snø eller en skater beveger seg på is. Til slutt virker rullefriksjonen mens bilens hjul beveger seg langs veien.

Krakter for alle tre typer friksjon beregnes ved å bruke følgende formel:

F_t=µ_tN.

Her er N støttereaksjonskraften, µ_t er friksjonskoeffisienten. Tving Nviser størrelsen på støttens innvirkning på kroppen vinkelrett på overflatens plan. Når det gjelder parameteren µ_{t, måles den eksperimentelt for hvert par gnidematerialer, for eksempel tre-tre, stål-snø, og så videre. De målte resultatene er samlet i spesielle tabeller.}

For hver friksjonskraft har koeffisienten µ_{t sin egen verdi for det valgte materialparet. Dermed er koeffisienten for statisk friksjon større enn for glidefriksjon med flere titalls prosent. I sin tur er rullekoeffisienten 1-2 størrelsesordener mindre enn for glidning.}

friksjonskrefters arbeid

Nå, etter å ha blitt kjent med arbeidsbegrepene og typene friksjon, kan du gå direkte til artikkelens emne. La oss vurdere i rekkefølge alle typer friksjonskrefter og finne ut hvilket arbeid de utfører.

La oss starte med statisk friksjon. Denne typen manifesterer seg når kroppen ikke beveger seg. Siden det ikke er noen bevegelse, er forskyvningsvektoren l¯ lik null. Det siste betyr at arbeidet til den statiske friksjonskraften også er lik null.

Glidende friksjon, per definisjon, virker bare når kroppen beveger seg i rommet. Siden kraften til denne typen friksjon alltid er rettet mot kroppens bevegelse, betyr det at den gjør negativt arbeid. Verdien av A kan beregnes ved å bruke formelen:

A=-F_tl=-µ_tNl.

Arbeidet til den glidende friksjonskraften er rettet mot å bremse kroppens bevegelser. Som et resultat av dette arbeidet blir kroppens mekaniske energi omdannet til varme.

Rullende friksjon, som å gli, involverer også kroppsbevegelse. Den rullende friksjonskraften gjør negativt arbeid, og bremser den første rotasjonen av kroppen. Siden vi snakker om rotasjonen av kroppen, er det praktisk å beregne verdien av arbeidet til denne kraften gjennom arbeidet med dens momentum. Den tilsvarende formelen er skrevet som:

A=-Mθ hvor M=F_tR.

Her er θ rotasjonsvinkelen til kroppen som et resultat av rotasjon, R er avstanden fra overflaten til rotasjonsaksen (hjulradius).

Problem med glidende friksjonskraft

Det er kjent at en trekloss er på kanten av et skrånende treplan. Flyet er skråstilt mot horisonten i en vinkel på 40o. Når du vet at koeffisienten for glidefriksjon er 0,4, lengden på flyet er 1 meter, og stangens masse tilsvarer 0,5 kg, er det nødvendig å finne arbeidet med glidefriksjonen.

Beregn kraften til glidefriksjonen. Det er lik:

F_t=mgcos(α)µ_t=0,59,81cos(40 ^{o)0, 4=1,5 N.}

Da vil det tilsvarende arbeidet A være:

A=-F_{tl=-1,51=-1,5 J.}

Rolling friksjonsproblem

Det er kjent at hjulet rullet langs veien et stykke og stoppet. Hjulets diameter er 45 cm Antall omdreininger på hjulet før stopp er 100. Tar man hensyn til rullekoeffisienten lik 0,03, er det nødvendig å finne hva arbeidet til den rullende friksjonskraften er lik. Massen på hjulet er 5 kg.

Først, la oss beregne det rullende friksjonsmomentet:

M=F_tR=µ_{tmgD/2=0,0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.}

Hvis antall omdreininger hjulet multipliserer med 2pi radianer, får vi rotasjonsvinkelen til hjulet θ. Da er formelen for arbeid:

A=-Mθ=-M2pin.

Hvor n er antall omdreininger. Ved å erstatte øyeblikket M og tallet n fra betingelsen, får vi det nødvendige arbeidet: A=- 207,87 J.