고체 표면 사이의 마찰력입니다. 정적 마찰력. 건식 마찰력의 유형. 마찰 유형의 이론적 소개

개별 슬라이드별 프레젠테이션 설명:

슬라이드 1개

슬라이드 설명:

접촉면 사이의 마찰력 고체 10학년 물리학 교사 L.I. 스메탄킨

2 슬라이드

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프레젠테이션을 학생들에게 보여주기 전에 각 슬라이드의 애니메이션 전환을 주의 깊게 연구하세요. 애니메이션 슬라이드 작업 시 마우스 사용에 주의하세요. !

3 슬라이드

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테이블 위에 놓인 두꺼운 책을 손가락으로 움직여 보세요. 먼저 우리는 소위 건식마찰에 초점을 맞출 것입니다. 접촉하는 고체 표면 사이의 마찰. 정지 마찰 예를 들어 테이블 표면을 따라 책에 약간의 힘을 가했지만 책은 정지 상태로 유지됩니다. 이 사실은 완전히 친숙하지만, 생각해 보면 상당히 이상하고 이해하기 어렵습니다. 결국 이것은 무엇을 의미합니까? 이는 마찰력도 증가한다는 것을 의미합니다. 책을 더 세게 밀어도 여전히 제자리에 남아 있습니다. 책은 책에 작용하는 힘이 특정 값에 도달할 때까지 제자리에 유지됩니다. 결과적으로 책과 테이블 표면 사이에 힘이 발생하며, 이는 책에 작용하는 힘과 반대 방향이며 크기가 정확히 같습니다.

4 슬라이드

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서로 상대적으로 움직이지 않는 두 물체 사이에 작용하는 마찰력을 정지 마찰력이라고 합니다. 물체가 표면과 평행한 힘에 의해 작용하고 물체가 움직이지 않는 경우, 이는 크기가 동일하고 힘과 반대 방향으로 향하는 정지 마찰력 Ftr에 의해 작용함을 의미합니다. . 결과적으로 정지 마찰력은 물체에 작용하는 힘에 의해 결정됩니다. 즉, 물체의 가속도가 0일 때 마찰력은 마찰과 함께 작용하는 힘과 크기가 같고 방향이 반대입니다. 몸체는 다른 몸체와의 접촉 표면과 평행합니다. 최고값아직 미끄럼이 발생하지 않은 마찰력을 최대 정지 마찰력이라고 합니다. 정지한 물체에 작용하는 힘이 최대 정지 마찰력을 조금이라도 초과하면 물체가 미끄러지기 시작합니다. 이 표면에 평행하게 다른 힘이 작용하지 않으면 정지 마찰력은 0이 됩니다. 정지마찰

5 슬라이드

슬라이드 설명:

이제 최대 정지 마찰력을 다시 측정하면 힘이 증가한 만큼 이 힘도 증가했다는 것을 알 수 있습니다. 2 번. 최대 정지 마찰력을 결정하기 위한 매우 간단하지만 정확하지는 않은 정량적 법칙이 있습니다. 블록 자체와 동일한 무게의 가중치를 블록에 탑재해 보겠습니다. 이 경우 블록이 테이블 표면에 수직인 테이블에 작용하는 힘은 2배로 증가합니다. 그러나 뉴턴의 세 번째 법칙에 따르면 힘은 테이블 측면에서 블록에 작용하는 지지대의 정상적인 반작용 힘과 크기가 같고 방향이 반대입니다. 결과적으로 강도가 2 배 증가합니다. 정지마찰

6 슬라이드

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블록에 다양한 무게를 싣고 매번 최대 정지 마찰력을 측정함으로써 정지 마찰력 계수의 최대값이 지지체의 수직 반력 계수에 비례하는지 확인합니다. 이 법칙은 프랑스 물리학자 쿨롱이 실험적으로 처음 확립했습니다. 최대 정지 마찰력 모듈을 Ftr.max로 표시하면 다음과 같이 쓸 수 있습니다. Ftr.max = µF2, 여기서 µ는 정지 마찰 계수라고 하는 비례 계수입니다. 마찰 계수는 마찰 표면의 특성을 나타내며 이러한 표면의 재질뿐만 아니라 가공 품질에 따라 달라집니다. 마찰계수는 실험적으로 결정됩니다. 정지마찰

7 슬라이드

슬라이드 설명:

최대 정지 마찰력은 몸체 사이의 접촉 영역에 의존하지 않습니다. 블록을 더 작은 면에 배치하면 Ftr.max는 변경되지 않습니다. 정지 마찰력은 0에서 µF2와 동일한 최대값까지 다양합니다. 정지마찰

8 슬라이드

슬라이드 설명:

이러한 변위는 표면의 미세한 거칠기가 서로 맞물려 마찰력의 변화로 인해 힘의 균형을 이루는 힘이 나타날 때까지 계속됩니다. 발생하다? 여기서의 요점은 이것입니다. 신체에 일정한 힘이 가해지면 약간(눈에는 감지할 수 없을 정도로) 움직입니다. 힘이 증가함에 따라 몸체는 다시 약간 움직이게 되어 가장 작은 표면 불규칙성이 서로 다르게 달라붙게 되고 마찰력도 증가하게 됩니다. 그리고 Ftr.max에서만 표면 거칠기의 상호 배열에서 마찰력이 힘의 균형을 맞출 수 없으며 미끄러짐이 시작됩니다. 정지마찰

슬라이드 9

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걷거나 뛸 때, 발이 미끄러지지 않는 이상 발바닥은 정지마찰을 받게 됩니다. 고대에는 정지 마찰력이 다양한 값을 갖는 능력이 잘 이해되지 않았을 때 증기 기관차가 매끄러운 레일에서 달릴 수 있을지 의심했습니다. 그들은 구동 바퀴를 제동하는 마찰이 구동 바퀴에 작용하는 마찰력과 동일할 것이라고 생각했습니다. 동일한 힘이 자동차의 구동 바퀴에 작용합니다(우리는 자동차의 뒷바퀴를 구동하는 것으로 간주합니다). 구동 바퀴에도 정지 마찰력이 작용하지만 이번에는 움직임을 제동하며 이 힘은 구동 바퀴에 작용하는 힘보다 훨씬 작습니다(그렇지 않으면 자동차가 움직일 수 없습니다). 구동 휠을 기어로 만들고 특수 기어 레일을 배치하는 것도 제안되었습니다. 정지마찰

10 슬라이드

슬라이드 설명:

미끄러질 때 마찰력은 마찰면의 상태뿐만 아니라 상대 속도신체의 움직임과 속도에 대한 의존성은 매우 복잡합니다. 슬라이딩 마찰 경험에 따르면 슬라이딩 시작 초기에 상대 속도가 여전히 낮을 때 마찰력은 최대 정지 마찰력보다 다소 작아지는 경우가 많습니다(항상은 아니지만). 상자와 같은 무거운 물체는 옮기기가 어렵지만 옮기면 쉬워진다는 것을 아마 눈치채셨을 것입니다. 이는 저속에서 미끄러짐이 발생할 때 마찰력이 감소하는 것으로 정확하게 설명됩니다. 그런 다음 속도가 증가함에 따라 속도가 증가하고 Ftr max를 초과하기 시작합니다. 평화.

11 슬라이드

슬라이드 설명:

물체의 상대 속도 계수에 대한 미끄럼 마찰력 계수의 의존성이 그림에 표시되어 있습니다. 상대 이동 속도가 너무 높지 않으면 미끄럼 마찰력은 최대 정지 마찰력과 거의 다릅니다. 따라서 이는 대략 일정하고 최대 정지 마찰력과 동일한 것으로 간주될 수 있습니다. Ftr ≒ Ftr. max = µN 미끄럼 마찰력의 중요한 특징은 항상 접촉 물체의 상대 속도와 반대 방향으로 향한다는 것입니다. vbody vbody

12 슬라이드

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마찰 표면 사이에 윤활제(대개는 얇은 액체 층(보통 일부 미네랄 오일))를 사용하면 슬라이딩 마찰력을 여러 번 줄일 수 있습니다. 요약 마찰력은 물체의 상대 속도에 따라 달라집니다. 이것이 거리에만 의존하는 중력 및 탄성력과의 주요 차이점입니다. 자동차나 트랙터 엔진과 같은 현대 기계는 윤활 없이 작동할 수 없습니다. 모든 기계 설계에는 특수 윤활 시스템이 제공됩니다. 마찰력 감소 고체 표면에 인접한 액체 층 사이의 마찰은 건조한 표면 사이의 마찰보다 훨씬 적습니다.

슬라이딩 마찰력- 상대 운동 중에 접촉하는 물체 사이에서 발생하는 힘.

마찰력은 물체가 서로 가하는 압력(지지 반력), 마찰 표면의 재료 및 상대 이동 속도에 따라 달라짐이 실험적으로 확립되었습니다. 어떤 몸체도 완벽하게 매끄러울 수는 없기 때문에 마찰력은 아니다접촉 면적에 따라 달라지며 실제 접촉 면적은 관찰된 것보다 훨씬 작습니다. 또한 면적을 늘려 신체가 서로 가하는 특정 압력을 줄입니다.

마찰 표면을 특징짓는 양을 다음과 같이 부릅니다. 마찰계수, 라틴 문자 k(\displaystyle k) 또는 그리스 문자 μ(\displaystyle \mu)로 가장 자주 표시됩니다. 이는 마찰 표면 처리의 특성과 품질에 따라 달라집니다. 또한 마찰계수는 속도에 따라 달라집니다. 그러나 대부분의 경우 이러한 의존성은 약하게 표현되며 더 큰 측정 정확도가 필요하지 않은 경우 k (\displaystyle k)는 상수로 간주될 수 있습니다. 첫 번째 근사값으로 슬라이딩 마찰력의 크기는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

F = k N (\displaystyle F=kN)

k (\displaystyle k) - 미끄럼 마찰 계수,

N (\displaystyle N) - 일반적인 지면 반력.

마찰력은 상대 이동 중에 발생하는 접촉 물체 간의 접선 상호 작용입니다.

다양한 접촉 표면 상태와 접촉하는 다양한 물체(고체 위의 고체, 액체 또는 기체 내의 고체, 기체 내의 액체 등)의 움직임에 대한 실험은 접촉 물체의 상대적인 움직임 동안 마찰력이 나타나고 반대 방향으로 향함을 보여줍니다. 상대 속도 벡터 접선적으로접촉면에. 이 경우 변형은 항상 어느 정도 발생합니다. 기계적 움직임다른 형태의 물질 운동으로 - 가장 흔히 열 운동 형태로 변환되며 상호 작용하는 물체의 가열이 발생합니다.

슬라이딩 마찰의 유형

몸체 사이에 액체 또는 기체 층(윤활제)이 없는 경우 이러한 마찰을 호출합니다. 마른. 그렇지 않으면 마찰을 "유체"라고 합니다. 건식 마찰의 특징은 정지 마찰이 있다는 것입니다.

상호 작용의 물리학에 따르면 슬라이딩 마찰은 일반적으로 다음과 같이 나뉩니다.

• 건식, 상호작용하는 고체가 추가 층/윤활제에 의해 분리되지 않는 경우 - 실제로는 매우 드문 경우입니다. 특성 구별되는 특징건식 마찰 - 상당한 정지 마찰력이 존재합니다.
• 건식윤활제(흑연분말)로 건조
• 액체는 다양한 두께의 액체 또는 가스 (윤활제) 층으로 분리 된 몸체의 상호 작용 동안 일반적으로 고체 몸체가 액체에 잠겨있을 때 롤링 마찰 중에 발생합니다.
• 혼합: 접촉 영역에 건조 및 액체 마찰 영역이 포함된 경우;
• 경계(접촉 영역에 레이어와 단면이 포함될 수 있는 경우) 성격이 다른(산화막, 액체 등) - 미끄럼 마찰의 가장 일반적인 경우입니다.

마찰은 면적에 따라 분류될 수도 있습니다. 서로 다른 물체의 상대적인 움직임 중에 발생하는 마찰력을 힘이라고 합니다. 외부마찰. 마찰력은 동일한 몸체의 일부가 상대적으로 움직이는 동안에도 발생합니다. 같은 몸체의 층 사이의 마찰을 호출합니다. 내부마찰.

측정

마찰 상호 작용 영역에서 발생하는 물리화학적 과정의 복잡성으로 인해 마찰 과정은 기본적으로 고전 역학의 방법을 사용하여 설명할 수 없습니다. 따라서 마찰계수에 대한 정확한 공식은 없습니다. 평가는 경험적 데이터를 기반으로 이루어집니다. 뉴턴의 첫 번째 법칙에 따르면 외력이 운동 중에 발생하는 마찰력의 균형을 이룰 때 신체가 균일하고 직선으로 움직이기 때문에 신체에 작용하는 마찰력을 측정하는 것으로 충분합니다. 가속 없이 움직일 수 있도록 몸체에 적용되어야 하는 힘을 측정합니다.

건조한 마찰.

고체에 대한 고체의 외부 마찰을 호출합니다. 건조한 마찰.

마찰의 양은 접촉면의 상태와 물체의 상대적 이동 속도에 따라 달라집니다.

마찰력이 발생할 때 접촉체의 분자 사이에 작용하는 분자 인력과 개별 돌출부의 맞물림에서 발생하는 기계적 힘이 중요한 역할을 하며, 이는 잘 연마된 표면에도 항상 존재합니다. 신체의 실제 접촉은 별도의 영역에서 발생하며 전체 영역은 눈에 보이는 접촉 영역보다 훨씬 작습니다. 이러한 영역에서는 작은 하중이라도 높은 국부적 압력을 발생시켜 표면층의 변형을 일으키고 몸체의 개별 미세 부품이 상호 침투하게 됩니다.

따라서 건식 마찰력은 접착 중 불규칙성의 탄성 및 소성 변형과 분자력의 작용과 같은 주요 요인에 의해 결정됩니다. 마찰력에 대한 엄격한 이론은 아직 존재하지 않습니다.

건식 마찰에는 두 가지 유형이 있습니다. 슬라이딩 마찰그리고 롤링 마찰.첫 번째는 하중이 평면, 부싱의 바퀴 축 또는 보드에 박힌 못을 따라 이동할 때 발생합니다. 두 번째-자동차의 바퀴, 자전거가 지구 표면을 움직일 때 프레임에 볼 베어링이 있습니다. (고체의 회전 운동에 관한 장에서 구름 마찰을 고려할 것입니다.)

테이블의 수평면에 블록을 놓고 끝에 실을 연결한 후 블록 위로 던집니다(그림 3).

스레드의 매달린 끝 부분에 연속적으로 증가하는 하중을 적용합니다. 블록은 특정 무게보다 작은 하중에 대해 정지 상태를 유지합니다. G최대. 결과적으로, 블록이 정지해 있는 동안 마찰력은 적용된 힘의 반대 방향으로 작용합니다.

정지상태에서 접촉하고 있는 물체 사이에 작용하는 마찰력을 마찰력이라 한다. 정지마찰력.물체를 움직이게 하는 힘의 크기는 같고 방향은 반대이며, 크기가 변하면 크기도 변합니다. 정지마찰력의 존재는 분명히 분자간 상호작용력의 발현 및 미끄러짐이 시작되기 전에도 표면 불규칙성의 작은 가역적 변형의 존재와 연관되어 있습니다.

도달 시 외력정지마찰력의 한계값 에프최대, 몸체의 미끄러짐이 발생합니다. 미끄럼 마찰의 법칙은 프랑스 과학자에 의해 공식화되었습니다. 아몬톤(1699) 그리고 그것과 독립적으로 펜던트(1781). 최대 정지 마찰력의 크기는 반력에 비례합니다 아르 자형 n, 몸체의 접촉 표면에 수직으로 작용:

(2)

어디 - 접촉체 표면의 특성에만 의존하는 정지 마찰 계수. 식 (2)는 다음과 같습니다. 아몬톤의 법칙.

마찰 계수 값은 한계 각도 방법을 사용하여 가장 쉽게 찾을 수 있습니다. 이렇게하려면 누워있는 신체의 미끄러짐이 시작되는 평면의 경사각을 측정하십시오 (그림 4).

그림 4

몸체와 비행기는 가치를 찾고 싶은 재료로 만들어졌습니다. . 몸체가 평면을 따라 미끄러지기 시작하는 순간 마찰력은 중력의 접선(평면에 평행한 방향) 구성요소와 같습니다.

. 평면 반응:

, 여기서 m은 체질량입니다.

따라서 식 (2)에 따라

(3)

즉, 정지 마찰 계수는 수치적으로 제한 각도의 탄젠트( ).

엄밀히 말하면 정지마찰계수는 일정하지 않고 물체 사이의 압력, 온도 등에 따라 변합니다. 따라서 아몬톤의 법칙은 대략적인 것으로만 간주될 수 있습니다. 물체에 작용하는 힘이 정지마찰력의 한계값보다 큰 경우 에프> 에프 맥스 , 그런 다음 신체는 가속도를 얻고 정지 마찰력은 미끄럼 마찰력으로 변환됩니다. 일부 특수한 경우(깨끗한 표면이 있는 금속 몸체의 마찰 등), 상대적으로 작은 속도 범위에 대한 미끄럼 마찰력은 최대 정지 마찰력과 거의 같으며 이동 속도에 의존하지 않습니다. 마찰력 그래프 에프속도에서 tr 다섯이 경우는 그림 5에 나와 있습니다. 이 종속성은 다음과 같습니다. 쿨롱의 법칙.상대 속도가 0인 경우( 다섯=0), 마찰력 에프 tr은 모호하지 않으며 다음에서 임의의 값을 취할 수 있습니다. + 에프 맥스에게 - 에프 맥스 . 결과적으로 쿨롱 마찰력의 경우 마찰 계수는 최대 정지 마찰력 값뿐만 아니라 미끄럼 마찰력 값도 결정합니다.

그림 5

그림 6

일반적인 경우 미끄럼 마찰력은 물체의 상대 속도에 따라 달라집니다. 이러한 의존성의 성격은 그림 6에 나와 있습니다. 다섯=0 마찰력은 절대값보다 작거나 같은 임의의 값을 가질 수 있습니다. 에프 max, 속도 값의 매우 작은 간격의 경우 마찰력은 거의 일정하다가 감소하고 최소값에 도달하여 증가하기 시작합니다.

슬라이딩 마찰력은 다음과 같은 도구를 사용하여 측정됩니다. 마찰계.마찰계의 작동 원리: 테스트 기관 중 하나 에이(그림 1)은 두 번째에 상대적으로 움직입니다. 비, 몸에 비(대체) 상대체를 정지 상태로 유지하는 데 필요한 접선력을 측정하는 동력계가 부착됩니다.

마찰력을 구합니다. 마찰력 공식

마찰은 우리가 일상생활에서 늘 접하는 현상이다. 마찰이 해로운지 유익한지를 판단하는 것은 불가능합니다. 미끄러운 얼음 위를 걷는 것조차 어려운 일 같지만, 거친 아스팔트 위를 걷는 것은 즐거운 일입니다. 윤활유를 사용하지 않으면 자동차 부품이 훨씬 빨리 마모됩니다.

마찰에 대한 연구, 기본 특성에 대한 지식을 통해 사람이 사용할 수 있습니다.

물리학에서의 마찰력

한 물체가 움직이거나 다른 물체의 표면에서 움직이려고 할 때 발생하는 힘을 움직이는 물체에 적용하여 이동 방향에 반대되는 힘을 마찰력이라고 합니다. 많은 매개변수에 따라 공식이 달라지는 마찰력 계수는 저항 유형에 따라 달라집니다.

다음 유형의 마찰이 구별됩니다.

슬립;

구르는.

무거운 물체(캐비닛, 돌)를 옮기려는 시도는 사람의 힘에 부담을 줍니다. 동시에 물체를 움직이는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 이는 정지 마찰에 의해 방지됩니다.

휴식 상태

정지 마찰력에 대한 계산 공식으로는 이를 충분히 정확하게 결정할 수 없습니다. 뉴턴의 제3법칙으로 인해 정적 저항력의 크기는 적용된 힘에 따라 달라집니다.

힘이 증가하면 마찰력도 증가합니다.

0 < F тр.покоя < F max

정적 마찰은 나무에 박힌 못이 떨어지는 것을 방지합니다. 실로 꿰매어진 단추가 제자리에 단단히 고정되어 있습니다. 사람이 걸을 수 있게 하는 것이 휴식의 저항이라는 점이 흥미롭다. 게다가 사람이 움직이는 방향을 향하고 있는데, 이는 모순되는 일이다. 일반적인 상황것들.

슬라이딩 현상

증가할 때 외력, 몸을 움직이면 가장 큰 정지 마찰력의 값까지 움직이기 시작합니다. 슬라이딩 마찰력은 한 본체가 다른 본체의 표면 위로 미끄러지는 과정에서 고려됩니다. 그 값은 상호 작용하는 표면의 특성과 표면의 수직 작용력에 따라 달라집니다.

슬라이딩 마찰력 계산 공식: F=μР, 여기서 μ는 비례 계수(슬라이딩 마찰)이고, P는 수직(일반) 압력의 힘입니다.

움직임을 제어하는 ​​힘 중 하나는 미끄럼 마찰력이며, 그 공식은 지지 반력을 사용하여 작성됩니다. 뉴턴의 제3법칙이 충족되었기 때문에 수직 압력과 지지 반력은 크기가 같고 방향이 반대입니다. 즉, P = N입니다.

공식이 다른 형태(F=μN)를 갖는 마찰력을 찾기 전에 반력이 결정됩니다.

미끄럼 저항 계수는 두 개의 마찰 표면에 대해 실험적으로 도입되었으며 가공 품질과 재료에 따라 달라집니다.

테이블. 다양한 표면에 대한 저항 계수 값

위에 쓰여진 공식에 따른 최대 정지 마찰력은 미끄럼 마찰력과 동일한 방식으로 결정될 수 있습니다.

이는 주행 저항력을 결정하는 문제를 해결할 때 중요해집니다. 예를 들어, 위에서 누르는 손에 의해 움직이는 책은 손과 책 사이에서 발생하는 정적 저항력의 영향을 받아 미끄러집니다. 저항의 정도는 책에 가해지는 수직 압력의 힘에 따라 달라집니다.

롤링 현상

우리 조상들이 마차에서 전차로 전환한 것은 혁명적인 것으로 간주됩니다. 바퀴의 발명 가장 위대한 발명품인류. 바퀴가 표면을 따라 움직일 때 발생하는 구름 마찰은 미끄럼 저항보다 크기가 상당히 낮습니다.

롤링 마찰력의 발생은 표면에 있는 휠의 수직 압력의 힘과 연관되어 있으며 미끄러짐과 구별되는 특성을 가지고 있습니다. 휠의 약간의 변형으로 인해 형성된 영역의 중심과 가장자리를 따라 다양한 크기의 압력이 발생합니다. 이러한 힘의 차이는 구름 저항의 발생을 결정합니다.

롤링 마찰력의 계산 공식은 일반적으로 슬라이딩 과정과 유사하게 사용됩니다. 차이는 항력 계수 값에서만 볼 수 있습니다.

저항의 본질

마찰면의 거칠기가 변하면 마찰력의 값도 변합니다. 고배율에서는 두 개의 접촉 표면이 날카로운 봉우리가 있는 돌기로 나타납니다. 바르면 신체의 돌출된 부분이 서로 맞닿게 됩니다. 총면적연락은 미미해요. 신체가 움직이거나 움직이려고 할 때 "봉우리"가 저항을 생성합니다. 마찰력의 크기는 접촉면의 면적에 의존하지 않습니다.

완벽하게 매끄러운 두 표면은 저항이 전혀 발생하지 않는 것 같습니다. 실제로 이 경우 마찰력은 최대입니다. 이러한 불일치는 힘 출현의 성격으로 설명됩니다. 이것은 상호 작용하는 물체의 원자 사이에 작용하는 전자기력입니다.

본질적으로 마찰을 수반하지 않는 기계적 과정은 불가능합니다. 왜냐하면 대전체의 전기적 상호작용을 "끄는" 방법이 없기 때문입니다. 신체의 상대적 위치로부터 저항력이 독립되어 있기 때문에 우리는 저항력을 비잠재적이라고 부를 수 있습니다.

상호작용하는 물체의 이동 속도에 따라 공식이 달라지는 마찰력이 해당 속도의 제곱에 비례한다는 점이 흥미롭습니다. 이 힘에는 액체의 점성 저항력이 포함됩니다.

액체와 기체의 움직임

고체 표면 근처의 액체 또는 기체, 액체 내에서 고체의 움직임은 점성 저항을 동반합니다. 그 발생은 이동 중에 고체에 의해 동반된 액체 층의 상호 작용과 관련이 있습니다. 층의 서로 다른 속도는 점성 마찰의 원인입니다. 이 현상의 특징은 액체 정지 마찰이 없다는 것입니다. 외부 영향의 크기에 관계없이 몸은 액체 속에 있는 동안 움직이기 시작합니다.

이동 속도에 따라 이동 속도, 움직이는 물체의 모양 및 액체의 점도에 따라 저항력이 결정됩니다. 물과 기름 속에서 동일한 물체의 움직임은 다양한 크기의 저항을 동반합니다.

저속의 경우: F = kv, 여기서 k는 몸체의 선형 치수와 매체의 특성에 따른 비례 계수이고, v는 몸체의 속도입니다.

유체의 온도도 유체의 마찰에 영향을 미칩니다. 추운 날씨에는 차량이 예열되어 오일이 가열되고(점도가 감소) 엔진 부품과 접촉하여 파손되는 것을 줄이는 데 도움이 됩니다.

주행 속도 증가

신체 속도가 크게 증가하면 난류가 나타날 수 있으며 저항이 급격히 증가합니다. 중요한 것은 이동 속도의 제곱, 매체 밀도 및 신체 표면적입니다. 마찰력 공식은 다른 형태를 취합니다.

F = kv2, 여기서 k는 몸체의 모양과 매체의 특성에 따른 비례 계수이고, v는 몸체의 속도입니다.

몸이 유선형이면 난기류를 줄일 수 있습니다. 돌고래와 고래의 체형은 동물의 속도에 영향을 미치는 자연 법칙의 훌륭한 예입니다.

에너지 접근

환경의 저항으로 인해 작업이 신체를 움직이는 것을 방지합니다. 에너지 보존 법칙을 사용하면 역학적 에너지의 변화는 마찰력이 한 일과 같다고 합니다.

힘의 작용은 A = Fscosα 공식으로 계산됩니다. 여기서 F는 신체가 거리 s만큼 이동하는 영향을 받는 힘이고, α는 힘 방향과 변위 방향 사이의 각도입니다.

분명히 저항력은 신체의 움직임과 반대이므로 cosα = -1입니다. 공식 A tr = - Fs인 마찰력의 작용은 음수 값입니다. 이 경우 기계적 에너지는 내부에너지(변형, 가열)로 변환됩니다.

마찰력에 대한 실험실 작업 No. 2 연구 및 마찰 계수 결정

작업의 목적: 다양한 마찰면에 대한 미끄럼 마찰계수와 정지마찰계수를 실험적으로 결정합니다.

장치 및 액세서리: 운동학적 및 정적 모드에서 미끄럼 마찰 계수를 측정하기 위한 설치, 다양한 재료로 만들어진 다양한 모양의 몸체 세트, 무게.

마찰 유형의 이론적 소개

마찰 놀이 큰 역할자연과 기술에서. 마찰을 통해 모든 유형의 에너지가 열로 돌이킬 수 없는 전환이 발생합니다. 마찰로 인해 차량이 움직이고 정지합니다. 마찰은 식물 뿌리를 토양에 고정시킵니다.

농업 실무에서 이러한 종자의 혼합물을 구성 부분으로 나누는 것은 다양한 곡물 작물의 종자 마찰 계수 값의 차이에 기초합니다. 귀리, 기장과 같은 곡물의 혼합물이 호퍼에서 수평으로 기울어져 움직이는 무한 벨트 위로 천천히 부어집니다. 벨트의 경사각은 귀리알갱이가 마찰력에 의해 붙잡혀 위쪽으로 올라가고 벨트 재질과의 마찰계수가 귀리알보다 작은 기장알갱이가 미끄러지도록 선택됩니다. 벨트를 따라 아래로. 결과적으로 "벨트 분리기"의 다른 측면에서 귀리와 기장 곡물이 쏟아집니다.

마찰이 해로운 역할을 하는 경우에는 마찰면 사이에 점성 액체(윤활제)를 넣어 마찰을 줄입니다. 따라서 고체의 외부 마찰은 훨씬 적은 양으로 대체됩니다. 내부마찰액체.

마찰을 줄이는 또 다른 방법은 슬라이딩을 롤링으로 대체하는 것입니다. 구름마찰계수는 미끄럼마찰계수보다 수십배 작습니다. 구름마찰력은 구름체의 반경에 반비례하는 것이 중요합니다.

움직이는 모든 물체는 접촉하는 다른 물체로부터 움직임에 대한 저항을 받습니다. 이는 마찰력이 신체에 작용하고 신체의 상대적 움직임과 반대 방향으로 접촉 표면에 접선 방향으로 적용됨을 의미합니다. 이러한 힘의 성격은 다를 수 있지만 작용의 결과로 기계적 에너지는 항상 마찰체의 내부 에너지로 변환됩니다. 입자의 열운동 에너지로 변환됩니다.

외용/건식 구별 / 그리고 내부/점성/마찰.

외부 마찰은 두 개의 접촉 물체가 상대적으로 움직이는 동안 접촉면에서 발생하는 마찰입니다. 접촉하는 물체가 서로에 대해 움직이지 않으면 정지 마찰을 말하지만, 이러한 물체의 상대적 움직임이 있으면 상대 운동의 특성에 따라 슬라이딩 또는 롤링 마찰을 말합니다.

안에 내부 마찰은 동일한 몸체의 부분들 사이의 마찰입니다. 예를 들어 액체 또는 가스의 서로 다른 층 사이의 마찰로, 속도는 층마다 다릅니다. 외부 마찰과 달리 여기에는 정지 마찰이 없습니다. 물체가 서로 상대적으로 미끄러지고 점성 액체/윤활제/층으로 분리되면 윤활층에서 마찰이 발생하고 수십 배 감소합니다.

윤활제 층이 충분히 두꺼우면 결과적인 마찰을 유체 역학이라고 하며, 윤활제 층의 두께가 0.1μm 더 적은 경우 결과적인 마찰을 경계 마찰이라고 합니다.

외부 마찰의 몇 가지 패턴을 고려해 보겠습니다. 이 마찰은 접촉 표면의 거칠기로 인해 발생합니다. 매우 매끄러운 표면의 경우 마찰은 분자간 인력으로 인해 발생합니다.

외부 마찰은 접촉체의 움직임 특성에 따라 두 가지 유형으로 나뉩니다.

1. 두 개 사이에 정적 마찰이 발생합니다. 움직이지 않는 시체. 다른 말로 정지마찰이라고도 합니다.

2. 움직이는 물체 사이에는 운동학적 마찰이 존재합니다. 운동마찰은 접촉체의 움직임 특성에 따라 미끄럼 마찰, 회전 마찰, 회전 마찰로 구분됩니다.

마찰력이란 무엇입니까?

교과서에서 이 수량의 정의가 마음에 들지 않은 이유는 무엇입니까? 이는 접촉 표면의 응집력과 분자간 인력으로 인해 발생하는 힘입니다. 일반적으로 속도 벡터를 향합니다. 정지 마찰, 미끄럼 마찰, 구름 마찰 및 환경 저항이 있습니다. 위의 상대는 좀 솔직하지 못하네요.... 이 힘은 쉬는 동안에도 나타납니다. 예를 들어, 초상화는 벽에 있는 못의 정지 마찰 때문에만 벽에 걸려 있습니다....

즐라타 S.

정적 마찰력.
정지마찰력은 물체에 작용하는 힘이다
- 다른 신체와 접촉하는 측면
- 신체의 접촉 표면,
- 신체는 서로에 대해 상대적으로 휴식을 취합니다.

정적 마찰력:
- 다른 신체의 표면에서 한 신체의 움직임이 발생하는 것을 방지합니다.
- 크기가 동일하고 몸체의 접촉 표면에 평행하게 몸체에 가해지는 힘의 반대 방향입니다.
자세한 내용은 위키피디아를 참조하세요.

파벨 볼코프

마찰력은 한 물체가 다른 물체의 표면에서 움직일 때 발생하고 물체의 움직임에 반대되는 힘입니다. 마찰은 항상 움직임을 방해하므로 기계적 작업을 찾아야 하고 힘이 마찰력인 경우 작업은 음수가 됩니다.
마찰에는 미끄럼, 요동, 정지 마찰의 3가지 유형이 있습니다.

지상 조건에서의 마찰력은 신체의 움직임을 수반합니다. 두 몸체가 서로 상대적으로 움직이는 경우 두 몸체가 접촉할 때 발생합니다. 마찰력은 수직으로 향하는 탄성력과 달리 항상 접촉면을 따라 향합니다(그림 1, 그림 2).

쌀. 1. 마찰력과 탄성력 방향의 차이

쌀. 2. 표면은 블록에 작용하고, 블록은 표면에 작용합니다.

마찰에는 건식 및 비건식 유형이 있습니다. 건식 마찰은 고체가 접촉할 때 발생합니다.

블록이 놓여 있다고 생각해 보세요. 수평면(그림 3). 중력과 지면 반력의 영향을 받습니다. 작은 힘으로 블록에 작용하자 , 표면을 따라 지시됩니다. 블록이 움직이지 않으면 적용된 힘이 정지 마찰력이라고 하는 다른 힘과 균형을 이룬다는 의미입니다.

쌀. 3. 정지마찰력

정지마찰력() 방향이 반대이고 크기가 다른 물체와의 접촉 표면에 평행하게 물체를 이동시키려는 힘과 같습니다.

"전단력"이 증가함에 따라 블록은 정지 상태를 유지하므로 정지 마찰력도 증가합니다. 충분히 큰 힘을 가하면 블록이 움직이기 시작합니다. 이는 정지 마찰력이 무한정 증가할 수 없다는 것을 의미합니다. 이를 초과할 수 없는 상한이 있습니다. 이 한계 값은 최대 정지 마찰력입니다.

동력계를 사용하여 블록에 압력을 가해 봅시다.

쌀. 4. 동력계를 이용한 마찰력 측정

동력계가 힘으로 작용하면 블록의 질량이 증가함에 따라, 즉 중력과 지지 반력이 증가함에 따라 최대 정지 마찰력이 더 커지는 것을 볼 수 있습니다. 정확한 측정을 수행하면 최대 정지 마찰력이 지지 반력에 직접적으로 비례한다는 것을 알 수 있습니다.

최대 정지 마찰력의 계수는 어디에 있습니까? N– 지면 반력(정상 압력) – 정지 마찰 계수(비례성). 따라서 최대 정지 마찰력은 수직 압력에 정비례합니다.

동력계와 블록을 가지고 실험을 하면 일정한 질량, 블록을 다른 방향으로 돌리는 동안(테이블과의 접촉 영역 변경) 최대 정지 마찰력은 변하지 않는 것을 볼 수 있습니다(그림 5). 결과적으로 최대 정지 마찰력은 접촉 면적에 의존하지 않습니다.

쌀. 5. 정지마찰력의 최대값은 접촉면적에 의존하지 않습니다.

보다 정확한 연구에 따르면 정지 마찰은 신체에 가해지는 힘과 공식에 의해 완전히 결정됩니다.

정지 마찰력이 항상 신체의 움직임을 방해하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 정지 마찰력은 신발 밑창에 작용하여 가속도를 부여하고 미끄러지지 않고 땅을 걸을 수 있게 해줍니다(그림 6).

쌀. 6. 신발 밑창에 작용하는 정지마찰력

또 다른 예: 자동차 바퀴에 작용하는 정지 마찰력을 통해 미끄러짐 없이 움직일 수 있습니다(그림 7).

쌀. 7. 자동차 바퀴에 작용하는 정지 마찰력

벨트 구동에서는 정지 마찰력도 작용합니다(그림 8).

쌀. 8. 벨트 드라이브의 정지 마찰력

물체가 움직이면 표면에서 작용하는 마찰력이 사라지지 않습니다. 슬라이딩 마찰. 측정 결과에 따르면 미끄럼 마찰력은 최대 정지 마찰력과 크기가 거의 동일합니다(그림 9).

쌀. 9. 미끄럼 마찰력

슬라이딩 마찰력은 항상 신체의 이동 속도에 반대됩니다. 즉, 움직임을 방지합니다. 결과적으로 신체가 마찰의 영향을 받아 움직일 때 신체에 음의 가속도를 부여합니다. 즉 신체 속도가 지속적으로 감소합니다.

미끄럼 마찰력의 크기는 수직 압력의 힘에도 비례합니다.

슬라이딩 마찰력의 계수는 어디에 있습니까? N– 지면 반력(정상 압력) - 미끄럼 마찰 계수(비례성).

그림 10은 마찰력 대 적용된 힘의 그래프를 보여줍니다. 두 가지 다른 영역을 보여줍니다. 적용된 힘이 증가함에 따라 마찰력도 증가하는 첫 번째 섹션은 정지 마찰에 해당합니다. 마찰력이 외력에 의존하지 않는 두 번째 구간은 미끄럼 마찰에 해당합니다.

쌀. 10. 마찰력 대 가해진 힘의 그래프

미끄럼 마찰 계수는 정지 마찰 계수와 거의 같습니다. 일반적으로 슬라이딩 마찰 계수는 1보다 작습니다. 이는 슬라이딩 마찰력이 정상적인 압력력보다 작음을 의미합니다.

미끄럼 마찰 계수는 두 몸체가 서로 마찰하는 특성입니다. 이는 몸체의 재질과 표면이 얼마나 잘 처리되었는지(매끄러운지 또는 거친지)에 따라 달라집니다.

정적 마찰력과 미끄럼 마찰력의 기원은 미세한 수준의 모든 표면이 평평하지 않다는 사실에 의해 결정됩니다. 미세한 불균일성은 모든 표면에 항상 존재합니다(그림 11).

쌀. 11. 미세한 수준의 신체 표면

접촉한 두 물체가 서로 상대적으로 움직이려고 할 때 이러한 불연속성이 맞물려 이러한 움직임을 방지합니다. 약간의 힘이 가해지면 이러한 맞물림은 몸체가 움직이는 것을 방지하기에 충분하므로 정지 마찰이 발생합니다. 외력이 최대 정지 마찰을 초과하면 거칠기의 맞물림이 몸체를 고정하기에 충분하지 않고 몸체 사이에 슬라이딩 마찰력이 작용하는 동안 서로에 대해 움직이기 시작합니다.

이러한 유형의 마찰은 몸체가 서로 굴러가거나 한 몸체가 다른 몸체의 표면 위로 굴러갈 때 발생합니다. 미끄러짐 마찰과 마찬가지로 롤링 마찰도 신체에 음의 가속도를 전달합니다.

구름 마찰력의 발생은 구름체와 지지면의 변형으로 인해 발생합니다. 따라서 수평 표면에 위치한 바퀴는 후자를 변형시킵니다. 바퀴가 움직일 때 변형이 회복될 시간이 없기 때문에 바퀴는 끊임없이 작은 언덕을 올라야 하고, 이로 인해 구르는 속도가 느려지는 힘의 순간이 발생합니다.

쌀. 12. 구름 마찰력의 출현

롤링 마찰력의 크기는 일반적으로 슬라이딩 마찰력보다 몇 배 더 작으며 다른 모든 사항은 동일합니다. 이로 인해 롤링은 기술 분야에서 일반적인 유형의 움직임입니다.

고체가 액체나 기체 속에서 움직일 때, 매체로부터 저항력이 작용합니다. 이 힘은 신체의 속도에 반대되는 방향으로 작용하여 움직임을 느리게 합니다(그림 13).

항력의 주요 특징은 신체와 주변 환경의 상대적인 움직임이 있을 때만 발생한다는 것입니다. 즉, 액체와 기체에는 정지 마찰력이 존재하지 않습니다. 이것은 사람이 물 위에서 무거운 바지선조차도 움직일 수 있다는 사실로 이어집니다.

쌀. 13. 액체나 기체 속에서 움직일 때 물체에 작용하는 저항력

저항력 모듈은 다음에 따라 달라집니다.

몸체의 크기와 기하학적 모양(그림 14);

신체 표면의 상태(그림 15);

액체 또는 기체의 특성(그림 16)

신체와 환경의 상대 속도(그림 17).

쌀. 14. 기하학적 형태에 대한 저항력 계수의 의존성

쌀. 15. 신체 표면 상태에 대한 저항력 계수의 의존성

쌀. 16. 액체 또는 기체의 특성에 대한 저항력 계수의 의존성

쌀. 17. 신체의 상대 속도와 환경에 대한 저항력 계수의 의존성

그림 18은 저항력 대 신체 속도의 그래프를 보여줍니다. 상대 속도가 0이면 항력이 몸체에 작용하지 않습니다. 상대 속도가 증가함에 따라 항력은 처음에는 천천히 증가하다가 성장 속도가 증가합니다.

쌀. 18. 저항력 대 신체 속도 그래프

낮은 상대 속도에서 항력은 이 속도의 크기에 정비례합니다.

상대 속도는 어디에 있습니까? – 점성 매체의 유형, 신체의 모양 및 크기에 따라 달라지는 저항 계수.

상대속도가 충분하다면 훌륭한 가치, 그러면 항력은 이 속도의 제곱에 비례하게 됩니다.

상대 속도는 어디에 있습니까? – 저항 계수.

각 특정 사례에 대한 공식 선택은 경험적으로 결정됩니다.

무게 600g의 물체가 수평면을 따라 균일하게 움직인다(그림 19). 동시에 크기가 1.2N인 힘이 가해집니다. 몸체와 표면 사이의 마찰 계수 값을 결정합니다.

지상 조건에서의 마찰력은 신체의 움직임을 수반합니다. 두 몸체가 서로 상대적으로 움직이는 경우 두 몸체가 접촉할 때 발생합니다. 마찰력은 수직으로 향하는 탄성력과 달리 항상 접촉면을 따라 향합니다(그림 1, 그림 2).

쌀. 1. 마찰력과 탄성력 방향의 차이

쌀. 2. 표면은 블록에 작용하고, 블록은 표면에 작용합니다.

마찰에는 건식 및 비건식 유형이 있습니다. 건식 마찰은 고체가 접촉할 때 발생합니다.

수평 표면에 놓여 있는 블록을 생각해 봅시다(그림 3). 중력과 지면 반력의 영향을 받습니다. 작은 힘으로 블록에 작용하자 , 표면을 따라 지시됩니다. 블록이 움직이지 않으면 적용된 힘이 정지 마찰력이라고 하는 다른 힘과 균형을 이룬다는 의미입니다.

쌀. 3. 정지마찰력

정지마찰력() 방향이 반대이고 크기가 다른 물체와의 접촉 표면에 평행하게 물체를 이동시키려는 힘과 같습니다.

"전단력"이 증가함에 따라 블록은 정지 상태를 유지하므로 정지 마찰력도 증가합니다. 충분히 큰 힘을 가하면 블록이 움직이기 시작합니다. 이는 정지 마찰력이 무한정 증가할 수 없다는 것을 의미합니다. 이를 초과할 수 없는 상한이 있습니다. 이 한계 값은 최대 정지 마찰력입니다.

동력계를 사용하여 블록에 압력을 가해 봅시다.

쌀. 4. 동력계를 이용한 마찰력 측정

동력계가 힘으로 작용하면 블록의 질량이 증가함에 따라, 즉 중력과 지지 반력이 증가함에 따라 최대 정지 마찰력이 더 커지는 것을 볼 수 있습니다. 정확한 측정을 수행하면 최대 정지 마찰력이 지지 반력에 직접적으로 비례한다는 것을 알 수 있습니다.

최대 정지 마찰력의 계수는 어디에 있습니까? N– 지면 반력(정상 압력) – 정지 마찰 계수(비례성). 따라서 최대 정지 마찰력은 수직 압력에 정비례합니다.

동력계와 일정한 질량의 블록을 사용하여 블록을 다른 방향으로 회전시키면서(테이블과의 접촉 면적을 변경) 실험을 수행하면 최대 정지 마찰력이 변하지 않음을 알 수 있습니다(그림 1). 5). 결과적으로 최대 정지 마찰력은 접촉 면적에 의존하지 않습니다.

쌀. 5. 정지마찰력의 최대값은 접촉면적에 의존하지 않습니다.

보다 정확한 연구에 따르면 정지 마찰은 신체에 가해지는 힘과 공식에 의해 완전히 결정됩니다.

정지 마찰력이 항상 신체의 움직임을 방해하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 정지 마찰력은 신발 밑창에 작용하여 가속도를 부여하고 미끄러지지 않고 땅을 걸을 수 있게 해줍니다(그림 6).

쌀. 6. 신발 밑창에 작용하는 정지마찰력

또 다른 예: 자동차 바퀴에 작용하는 정지 마찰력을 통해 미끄러짐 없이 움직일 수 있습니다(그림 7).

쌀. 7. 자동차 바퀴에 작용하는 정지 마찰력

벨트 구동에서는 정지 마찰력도 작용합니다(그림 8).

쌀. 8. 벨트 드라이브의 정지 마찰력

물체가 움직이면 표면에서 작용하는 마찰력이 사라지지 않습니다. 슬라이딩 마찰. 측정 결과에 따르면 미끄럼 마찰력은 최대 정지 마찰력과 크기가 거의 동일합니다(그림 9).

쌀. 9. 미끄럼 마찰력

슬라이딩 마찰력은 항상 신체의 이동 속도에 반대됩니다. 즉, 움직임을 방지합니다. 결과적으로 신체가 마찰의 영향을 받아 움직일 때 신체에 음의 가속도를 부여합니다. 즉 신체 속도가 지속적으로 감소합니다.

미끄럼 마찰력의 크기는 수직 압력의 힘에도 비례합니다.

슬라이딩 마찰력의 계수는 어디에 있습니까? N– 지면 반력(정상 압력) - 미끄럼 마찰 계수(비례성).

그림 10은 마찰력 대 적용된 힘의 그래프를 보여줍니다. 두 가지 다른 영역을 보여줍니다. 적용된 힘이 증가함에 따라 마찰력도 증가하는 첫 번째 섹션은 정지 마찰에 해당합니다. 마찰력이 외력에 의존하지 않는 두 번째 구간은 미끄럼 마찰에 해당합니다.

쌀. 10. 마찰력 대 가해진 힘의 그래프

미끄럼 마찰 계수는 정지 마찰 계수와 거의 같습니다. 일반적으로 슬라이딩 마찰 계수는 1보다 작습니다. 이는 슬라이딩 마찰력이 정상적인 압력력보다 작음을 의미합니다.

미끄럼 마찰 계수는 두 몸체가 서로 마찰하는 특성입니다. 이는 몸체의 재질과 표면이 얼마나 잘 처리되었는지(매끄러운지 또는 거친지)에 따라 달라집니다.

정적 마찰력과 미끄럼 마찰력의 기원은 미세한 수준의 모든 표면이 평평하지 않다는 사실에 의해 결정됩니다. 미세한 불균일성은 모든 표면에 항상 존재합니다(그림 11).

쌀. 11. 미세한 수준의 신체 표면

접촉한 두 물체가 서로 상대적으로 움직이려고 할 때 이러한 불연속성이 맞물려 이러한 움직임을 방지합니다. 약간의 힘이 가해지면 이러한 맞물림은 몸체가 움직이는 것을 방지하기에 충분하므로 정지 마찰이 발생합니다. 외력이 최대 정지 마찰을 초과하면 거칠기의 맞물림이 몸체를 고정하기에 충분하지 않고 몸체 사이에 슬라이딩 마찰력이 작용하는 동안 서로에 대해 움직이기 시작합니다.

이러한 유형의 마찰은 몸체가 서로 굴러가거나 한 몸체가 다른 몸체의 표면 위로 굴러갈 때 발생합니다. 미끄러짐 마찰과 마찬가지로 롤링 마찰도 신체에 음의 가속도를 전달합니다.

구름 마찰력의 발생은 구름체와 지지면의 변형으로 인해 발생합니다. 따라서 수평 표면에 위치한 바퀴는 후자를 변형시킵니다. 바퀴가 움직일 때 변형이 회복될 시간이 없기 때문에 바퀴는 끊임없이 작은 언덕을 올라야 하고, 이로 인해 구르는 속도가 느려지는 힘의 순간이 발생합니다.

쌀. 12. 구름 마찰력의 출현

롤링 마찰력의 크기는 일반적으로 슬라이딩 마찰력보다 몇 배 더 작으며 다른 모든 사항은 동일합니다. 이로 인해 롤링은 기술 분야에서 일반적인 유형의 움직임입니다.

고체가 액체나 기체 속에서 움직일 때, 매체로부터 저항력이 작용합니다. 이 힘은 신체의 속도에 반대되는 방향으로 작용하여 움직임을 느리게 합니다(그림 13).

항력의 주요 특징은 신체와 주변 환경의 상대적인 움직임이 있을 때만 발생한다는 것입니다. 즉, 액체와 기체에는 정지 마찰력이 존재하지 않습니다. 이것은 사람이 물 위에서 무거운 바지선조차도 움직일 수 있다는 사실로 이어집니다.

쌀. 13. 액체나 기체 속에서 움직일 때 물체에 작용하는 저항력

저항력 모듈은 다음에 따라 달라집니다.

몸체의 크기와 기하학적 모양(그림 14);

신체 표면의 상태(그림 15);

액체 또는 기체의 특성(그림 16)

신체와 환경의 상대 속도(그림 17).

쌀. 14. 기하학적 형태에 대한 저항력 계수의 의존성

쌀. 15. 신체 표면 상태에 대한 저항력 계수의 의존성

쌀. 16. 액체 또는 기체의 특성에 대한 저항력 계수의 의존성

쌀. 17. 신체의 상대 속도와 환경에 대한 저항력 계수의 의존성

그림 18은 저항력 대 신체 속도의 그래프를 보여줍니다. 상대 속도가 0이면 항력이 몸체에 작용하지 않습니다. 상대 속도가 증가함에 따라 항력은 처음에는 천천히 증가하다가 성장 속도가 증가합니다.

쌀. 18. 저항력 대 신체 속도 그래프

낮은 상대 속도에서 항력은 이 속도의 크기에 정비례합니다.

상대 속도는 어디에 있습니까? – 점성 매체의 유형, 신체의 모양 및 크기에 따라 달라지는 저항 계수.

상대 속도가 충분히 크면 항력은 이 속도의 제곱에 비례하게 됩니다.

상대 속도는 어디에 있습니까? – 저항 계수.

각 특정 사례에 대한 공식 선택은 경험적으로 결정됩니다.

무게 600g의 물체가 수평면을 따라 균일하게 움직인다(그림 19). 동시에 크기가 1.2N인 힘이 가해집니다. 몸체와 표면 사이의 마찰 계수 값을 결정합니다.

통합 상태 시험 코드화의 주제: 역학의 힘, 마찰력, 슬라이딩 마찰 계수.

마찰력 - 이것은 접촉하는 몸체 사이의 상호 작용의 힘으로, 한 몸체가 다른 몸체에 상대적으로 움직이는 것을 방지합니다. 마찰력은 항상 접촉체의 표면을 따라 전달됩니다.

안에 학교 물리학두 가지 유형의 마찰이 고려됩니다.

1.건식 마찰. 이는 고체 표면 사이에 액체 또는 기체 층이 없는 고체 표면의 접촉 영역에서 발생합니다.
2.점성 마찰.이는 고체가 액체 또는 기체 매질에서 이동할 때 또는 매질의 한 층이 다른 층에 대해 상대적으로 이동할 때 발생합니다.

건조 마찰과 점성 마찰은 성질이 다르며 특성도 다릅니다. 이러한 유형의 마찰을 별도로 고려해 봅시다.

건조한 마찰.

건식 마찰은 신체의 상대적인 움직임이 없는 경우에도 발생할 수 있습니다. 따라서 무거운 소파는 제자리에서 약하게 옮기려는 시도에도 움직이지 않습니다. 소파에 가해지는 힘은 소파와 바닥 사이에서 발생하는 마찰력으로 보상됩니다. 정지해 있는 물체의 표면 사이에 작용하여 운동의 발생을 방해하는 마찰력을 정지 마찰력이라고 합니다.

왜 정지 마찰력이 전혀 나타나는가? 소파와 바닥의 접촉 표면은 거칠고 다양한 모양과 크기의 미세한 결절이 점재되어 있습니다. 이 돌기들은 서로 달라붙어 소파가 움직이지 못하게 합니다. 따라서 정지 마찰력은 결절이 변형되는 동안 발생하는 분자의 전자기 반발력에 의해 발생합니다.

점진적인 힘의 증가에도 불구하고 소파는 여전히 포기하지 않고 가만히 서 있습니다. 외부 영향의 증가와 함께 정지 마찰력이 증가하고 적용된 힘과 동일한 크기를 유지합니다. 이것은 이해할 수 있습니다. 결절의 변형이 증가하고 분자의 반발력이 증가합니다.

마침내, 어느 정도의 외력으로 인해 소파가 제자리에서 움직입니다. 정지 마찰력이 가능한 최대 값에 도달합니다. 결절의 변형이 너무 커서 결절이 견딜 수 없어 붕괴되기 시작합니다. 미끄러짐이 발생합니다.

미끄럼 표면 사이에 작용하는 마찰력을 미끄럼 마찰력이라고 합니다. 미끄러지는 과정에서 맞물린 표면 결절의 분자 사이의 결합이 끊어집니다. 정지 마찰에는 그러한 불연속성이 없습니다.

결절의 측면에서 건조마찰에 대한 설명은 최대한 간단하고 명확합니다. 마찰의 실제 메커니즘은 훨씬 더 복잡하며 이에 대한 고려는 초등 물리학의 범위를 벗어납니다.

거친 표면 측면에서 몸체에 가해지는 미끄럼 마찰력은 이 표면에 대한 몸체의 이동 속도와 반대 방향으로 향합니다. 속도의 방향이 바뀌면 마찰력의 방향도 바뀐다. 속도에 대한 마찰력의 의존성은 마찰력과 탄성 및 중력의 힘 사이의 주요 차이점입니다(그 크기는 다음에만 의존함). 상대 위치신체, 즉 좌표로부터).

가장 간단한 건식마찰 모델에서는 다음 법칙을 만족합니다. 이는 실험적 사실을 일반화한 것이며 본질적으로 대략적입니다.

1. 정지 마찰력의 최대값은 미끄럼 마찰력과 같습니다.
2. 미끄럼 마찰력의 절대값은 지지 반력에 정비례합니다.

비례계수를 마찰계수라고 합니다.

3. 마찰 계수는 거친 표면에서 신체의 이동 속도에 의존하지 않습니다.
4. 마찰계수는 접촉면의 면적에 의존하지 않습니다.

이러한 법칙은 문제를 해결하기에 충분합니다.

일.질량 kg의 블록이 수평의 거친 표면에 놓여 있습니다. 마찰계수. 블록에 수평력이 가해집니다. 1) at 2) at 의 두 가지 경우의 마찰력을 구합니다.

해결책: 그림을 그리고 힘을 배열해 봅시다. 마찰력을 나타냅니다(그림 1).

쌀. 1. 과제에

뉴턴의 제2법칙을 적어보자.

(1)

블록은 축을 따라 움직이지 않습니다. 평등 (1)을 축에 투영하면 다음을 얻습니다. , wherece .

정지 마찰력(미끄럼 마찰력이라고도 함)의 최대값은 다음과 같습니다.

1) 힘이 최대 정지 마찰력보다 작습니다. 블록은 제자리에 유지되며 마찰력은 정지 마찰력이 됩니다.
2) 힘이 최대 정지마찰력보다 크다. 블록이 미끄러지기 시작하고 마찰력은 미끄러짐 마찰력이 됩니다.

점성 마찰.

점성 매질(액체 또는 기체)에서 신체가 움직일 때 발생하는 저항력은 완전히 다른 특성을 갖습니다.

첫째, 정지 마찰력이 없습니다. 예를 들어, 사람은 밧줄을 당기는 것만으로 떠다니는 수톤의 배를 움직일 수 있습니다.

둘째, 저항력은 움직이는 물체의 모양에 따라 달라집니다. 잠수함, 항공기, 로켓의 선체는 항력을 줄이기 위해 유선형의 시가 모양을 하고 있습니다. 반대로, 반구체의 오목한 면이 앞으로 이동하면 항력이 매우 커집니다(예: 낙하산).

셋째, 항력의 절대값은 속도에 따라 크게 달라집니다. 저속에서 저항력은 속도에 정비례합니다.

고속에서 항력은 속도의 제곱에 정비례합니다.

예를 들어, 공중에 떨어질 때 속도의 제곱에 대한 저항력의 의존성은 이미 초당 약 수 미터의 속도에서 발생합니다. 계수는 신체의 모양과 크기에 따라 다릅니다. 물리적 특성신체 표면과 점성 매체.

따라서 멀리뛰기 동안 낙하산 병사는 무한정 속도를 얻지 못하지만 특정 순간부터 저항력이 중력과 같아지는 일정한 속도로 떨어지기 시작합니다.

따라서 일정한 속도는 다음과 같습니다.

(2)

일.크기는 같고 질량은 다른 두 개의 금속구가 떨어지지만 초기 속도같은 높은 고도에서. 가벼운 공과 무거운 공 중 어느 공이 더 빨리 땅에 떨어지나요?
해결책.공식 (2)에 따르면 무거운 공은 정상 상태 낙하 속도가 더 높습니다. 이는 속도를 얻는 데 더 오랜 시간이 걸리고 따라서 지면에 더 빨리 도달한다는 것을 의미합니다.