December 03 2016 02:24:00
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Сухое трение
Физические основы механики

Приложим «небольшую» силу к телу, лежащему на горизонтальной поверхности. «Небольшую» — то есть, недостаточную для начала движения. Тело будет оставаться в покое, потому что кроме приложенной нами силы img145 на тело будет действовать равная и противоположно направленная сила трения. Это и есть «сила трения покоя» (рис. 3.7). Тело будет оставаться в покое при изменении направления приложенной силы img146 и, в известных пределах, её величины. Это означает, что с изменением силы img147 будет меняться величина и направление силы трения покоя.

Увеличивая приложенное усилие img148, мы будем наблюдать рост силы трения покоя. Однако, этот рост не безграничен. Когда сила трения покоя достигнет своего предельного значения img149, начнётся скольжение тела по поверхности. Максимальная сила трения покоя img150 зависит от материала контактирующих поверхностей, качества их обработки и от величины силы, прижимающей тело к поверхности — силы нормального давления N.

Рис. 3.7

Если приложенная сила F превышает F0, тело будет двигаться с ускорением, пропорциональным равнодействующей силы F и силы трения — теперь уже скольжения — Fтр.

Согласно опытному закону Амонтона (1699) максимальное значение силы трения покоя F0 и сила трения скольжения img151 пропорциональны величине силы нормального давления, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу N:

                    img152.                       (3.11)

Здесь m — коэффициент сухого трения. Это табличная величина, связанная как уже отмечалось, с материалом трущихся поверхностей и качеством их обработки.

Сила трения скольжения не зависит от площади поверхности соприкосновения тел.

  1. Вязкое трение

Сила вязкого трения действует на тело, движущееся в вязкой среде (жидкой или газообразной). Она зависит от формы и размеров тела, скорости его движения, а также от физических свойств среды: в частности — от плотности r и вязкости m.

Ньютон экспериментально исследовал силу вязкого трения, возникающую при относительном скольжении двух поверхностей I и II, разделённых слоем жидкости (рис. 8).

img153Рис. 3.

Эта сила оказалась пропорциональной скорости V подвижной пластины I, её площади S и обратно пропорциональной толщине h разделительного слоя жидкости:

                         img154.                       (3.12)

Здесь m — вязкость жидкости, [Па × с].

В 1851 году английский физик Джордж Стокс рассчитал силу вязкого сопротивления, действующую на твёрдый шар радиуса r при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой среде:

                         img155.                  (3.13)

Эта формула известна как закон Стокса.

Покажем, как, используя этот закон, можно экспериментально определить вязкость жидкости m.

На шар радиуса r, падающий в вязкой среде будут действовать три силы (рис. 9): сила тяжести P = rтgV, сила вязкого сопротивления Fв.тр. = 6pmrv и сила гидростатического выталкивания (Архимеда) FАрх. = rжgV. Здесь img156 — объём шара.

                                                        

Рис. 3.9

Под действием этих сил движение шара будет происходить с ускорением:

img157.

Важно подметить, что в числителе этого выражения первые два слагаемых остаются постоянными, а третье в процессе движения увеличивается по мере роста скорости шара v.

При этом ускорение будет уменьшаться и станет равным нулю, когда равнодействующая сил (числитель) обратится в ноль:

                    rтgV – rжgV – 6pmrv0 =0                 (3.14)

Далее движение будет происходить с неизменной скоростью v0.

Решим последнее уравнение относительно коэффициента вязкости m:

                         img158                   (3.15)

Для вычисления вязкости жидкости m нужно измерить rт и rж — плотность вещества шара и жидкости; r и v0 — радиус шара и скорость его равномерного падения в среде. Конечно, придётся вычислить и объём шара V =img159. Эта простая методика измерения вязкости и сегодня широко используется в «вискозиметрах Стокса».

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.07 секунд 4,189,936 уникальных посетителей