Věty o přímém a inverzním kódování. Základní pojmy uvedené výše jsou Shannonova věta o kódování zpráv. Základní teorémy kódování

Síla tření v lidském životě

V pozemských podmínkách tření vždy doprovází jakýkoli pohyb těles. Při všech typech mechanického pohybu se některá tělesa dostávají do kontaktu buď s jinými tělesy, nebo se spojitým kapalným či plynným prostředím, které je obklopuje. Takový kontakt má vždy velký vliv na pohyb. Vzniká třecí síla směřující proti pohybu.
Existuje několik typů tření:

Tření pomáhá začít a ukončit pohyb. Vezměme si lidské tělo: srdce je pokryto speciálním hlenem, mezi klouby je tekutina, plíce jsou ve speciálním filmu.

Osoba provádí podobnou operaci: maže části motoru.

Fluidní tření je odporová síla, ke které dochází, když se těleso pohybuje v kapalině nebo plynu.

Závěr: síla kapalinového tření je menší než síla suchého tření. Zvláštností kapalinového tření je, že síla kapalinového tření v klidu je nulová.

Vlastnosti pohybu těles ve vodě. Jedno tělo má tvar puku a druhé má tvar kapky, tento tvar těla se nazývá proudnicový.

Závěr:

Síla tření kapaliny závisí na tvaru tělesa. Aby bylo tření tekutiny menší, musí mít tělo proudnicový tvar.

Síla kapalinového tření závisí na rychlosti pohybu tělesa: při nízkých rychlostech je třecí síla přímo úměrná rychlosti tělesa, při vysoké rychlosti je přímo úměrná druhé mocnině rychlosti.

Ve všech ostatních případech bychom měli být vděční za tření: dává nám možnost chodit, sedět a pracovat beze strachu, že knihy a kalamář spadnou na podlahu, že stůl bude klouzat, dokud nenarazí na roh, a pero vyklouznout nám z prstů. Tření je tak častý jev, že ho až na vzácné výjimky nemusíme volat o pomoc: přichází k nám samo. Tření podporuje stabilitu. Tesaři vyrovnají podlahu tak, aby stoly a židle zůstaly tam, kde byly umístěny. Podšálky, talíře, sklenice položené na stole zůstávají bez zvláštních obav z naší strany nehybné, pokud se tak nestane na parníku při houpání.
Představme si, že tření lze zcela eliminovat. Pak se žádná těla, ať už o velikosti bloku kamene nebo malá jako zrnka písku, nebudou moci o sebe opřít: vše se bude klouzat a válet, dokud neskončí na stejné úrovni. Kdyby neexistovalo žádné tření, Země by byla koulí bez nepravidelností, jako kapalina.“ K tomu můžeme dodat, že při absenci tření by hřebíky a šrouby vyklouzly ze stěn, v rukou by se nedala držet jediná věc, žádná vichřice by se nikdy nezastavila, žádný zvuk by neustal, ale ozvěna by se donekonečna odrážela nepřetržitě, například ze stěn místnosti. Objektivní lekce, která nás přesvědčí o obrovské důležitosti tření, nám pokaždé dává černý led.

Přistiženi na ulici jsme bezmocní a neustále v nebezpečí pádu. Zde je poučný úryvek z novin (prosinec 1927): „Londýn 21. Kvůli silné náledí je pouliční a tramvajový provoz v Londýně velmi obtížný. Asi 1400 lidí bylo přijato do nemocnic se zlomenýma rukama, nohama atd.

„Při srážce u Hyde Parku byly výbuchem benzínu zničeny tři vozy a dva tramvajové vozy...“ „Paříž, 21. Led v Paříži a jejích předměstích způsobil četné nehody...“ Zanedbatelné tření na led lze s úspěchem technicky využít . Jako příklad toho slouží již obyčejné saně. Ještě lépe to dokládají tzv. ledové cesty, které byly upraveny pro odvoz dřeva z místa kácení do železnice nebo na raftingová místa. Na takové silnici, která má hladké ledové kolejnice, táhnou dva koně saně naložené 70 tunami klád.

Síla tření v pozemských podmínkách doprovází jakýkoli pohyb těles. Nastává, když se dvě tělesa dostanou do kontaktu, pokud se tato tělesa vzájemně pohybují. Třecí síla směřuje vždy po styčné ploše, na rozdíl od pružné síly, která směřuje kolmo (obr. 1, obr. 2).

Rýže. 1. Rozdíl mezi směry třecí síly a pružné síly

Rýže. 2. Povrch působí na blok a blok působí na povrch

Existují suché a nesuché typy tření. Suchý typ tření nastává při kontaktu pevných těles.

Uvažujme kvádr ležící na vodorovné ploše (obr. 3). Působí na něj gravitace a reakční síla země. Působíme na blok malou silou , směrované po povrchu. Pokud se blok nepohybuje, znamená to, že působící síla je vyvážena jinou silou, která se nazývá statická třecí síla.

Rýže. 3. Statická třecí síla

Klidová třecí síla () opačným směrem a stejnou velikostí jako síla, která má tendenci pohybovat tělesem rovnoběžně s povrchem jeho kontaktu s jiným tělesem.

S rostoucí „střižnou“ silou zůstává blok v klidu, a proto se zvyšuje i statická třecí síla. S určitou dostatečně velkou silou se blok začne pohybovat. To znamená, že statická třecí síla nemůže narůstat donekonečna – existuje horní hranice, za kterou nemůže být. Hodnota tohoto limitu je maximální statická třecí síla.

Vyvineme tlak na blok pomocí dynamometru.

Rýže. 4. Měření třecí síly pomocí dynamometru

Pokud na něj dynamometr působí silou, pak můžete vidět, že maximální statická třecí síla se zvětšuje s rostoucí hmotností bloku, to znamená s rostoucí gravitací a reakční silou podpory. Pokud se provedou přesná měření, prokážou, že maximální statická třecí síla je přímo úměrná reakční síle podpory:

kde je modul maximální statické třecí síly; N– reakční síla země (normální tlak); – koeficient statického tření (proporcionalita). Proto je maximální statická třecí síla přímo úměrná normální tlakové síle.

Pokud provedete experiment s dynamometrem a blokem konstantní hmotnosti, zatímco blok otočíte různé strany(změnou plochy kontaktu se stolem) můžete vidět, že se maximální statická třecí síla nemění (obr. 5). V důsledku toho maximální statická třecí síla nezávisí na kontaktní ploše.

Rýže. 5. Maximální hodnota statické třecí síly nezávisí na kontaktní ploše

Přesnější studie ukazují, že statické tření je zcela určeno silou působící na tělo a vzorec.

Síla statického tření ne vždy brání pohybu tělesa. Například statická třecí síla působí na podrážku boty, uděluje zrychlení a umožňuje chůzi po zemi bez uklouznutí (obr. 6).

Rýže. 6. Síla statického tření působící na podrážku boty

Jiný příklad: statická třecí síla působící na kolo automobilu umožňuje rozjet se bez uklouznutí (obr. 7).

Rýže. 7. Síla statického tření působící na kolo automobilu

U řemenových pohonů působí i statická třecí síla (obr. 8).

Rýže. 8. Síla statického tření v řemenových převodech

Pokud se těleso pohybuje, pak třecí síla působící na něj z povrchu nezmizí, tento typ tření se nazývá kluzné tření. Měření ukazuje, že kluzná třecí síla je co do velikosti téměř stejná jako maximální statická třecí síla (obr. 9).

Rýže. 9. Kluzná třecí síla

Kluzná třecí síla je vždy namířena proti rychlosti pohybu tělesa, to znamená, že pohyb brání. V důsledku toho, když se těleso pohybuje pouze pod vlivem tření, uděluje mu negativní zrychlení, to znamená, že rychlost tělesa neustále klesá.

Velikost kluzné třecí síly je také úměrná síle normálového tlaku.

kde je modul kluzné třecí síly; N– reakční síla země (normální tlak); – koeficient kluzného tření (proporcionalita).

Obrázek 10 ukazuje graf třecí síly versus aplikovaná síla. Ukazuje dvě různé oblasti. První úsek, ve kterém třecí síla roste s rostoucí působící silou, odpovídá statickému tření. Druhý úsek, ve kterém třecí síla nezávisí na vnější síle, odpovídá kluznému tření.

Rýže. 10. Graf třecí síly versus aplikovaná síla

Koeficient kluzného tření se přibližně rovná koeficientu statického tření. Koeficient kluzného tření je obvykle menší než jedna. To znamená, že kluzná třecí síla je menší než normální tlaková síla.

Koeficient kluzného tření je charakteristický pro tření dvou těles o sebe, záleží na tom, z jakých materiálů jsou tělesa vyrobena a jak dobře jsou povrchy opracovány (hladké nebo drsné).

Původ statických a kluzných třecích sil je dán tím, že jakýkoli povrch na mikroskopické úrovni není rovný, na jakémkoli povrchu jsou vždy přítomny mikroskopické nehomogenity (obr. 11).

Rýže. 11. Povrchy těles na mikroskopické úrovni

Když se dvě tělesa, která jsou v kontaktu, pokusí o vzájemný pohyb, tyto diskontinuity se zapojí a zabrání tomuto pohybu. Při malém množství vynaložené síly stačí tento záběr k zabránění pohybu těles, takže vzniká statické tření. Když vnější síla překročí maximální statické tření, záběr drsnosti nestačí k udržení těles a začnou se vůči sobě pohybovat, přičemž mezi tělesy působí kluzná třecí síla.

Tenhle typ ke tření dochází při převalování těles přes sebe nebo při převalování jednoho tělesa po povrchu druhého. Valivé tření, stejně jako kluzné tření, uděluje tělu negativní zrychlení.

Vznik valivé třecí síly je způsoben deformací valivého tělesa a nosné plochy. Kolo umístěné na vodorovné ploše ji tedy deformuje. Při pohybu kola se deformace nestihnou zotavit, takže kolo musí neustále stoupat do malého kopce, což způsobuje moment síly, který zpomaluje odvalování.

Rýže. 12. Vznik valivé třecí síly

Velikost valivé třecí síly je zpravidla mnohonásobně menší než kluzná třecí síla, vše ostatní je stejné. Díky tomu je rolování běžným typem pohybu v technice.

Při jízdě pevný v kapalině nebo plynu na něj působí odporová síla z média. Tato síla směřuje proti rychlosti těla a zpomaluje pohyb (obr. 13).

Hlavním rysem odporové síly je, že vzniká pouze za přítomnosti relativního pohybu tělesa a jeho prostředí. To znamená, že statická třecí síla v kapalinách a plynech neexistuje. To vede k tomu, že člověk dokáže po vodě přemístit i těžkou báru.

Rýže. 13. Odporová síla působící na těleso při pohybu v kapalině nebo plynu

Modul odporové síly závisí na:

Z velikosti těla a jeho geometrický tvar(obr. 14);

Podmínky povrchu těla (obr. 15);

Vlastnosti kapaliny nebo plynu (obr. 16);

Relativní rychlost tělesa a jeho prostředí (obr. 17).

Rýže. 14. Závislost modulu síly odporu na geometrickém tvaru

Rýže. 15. Závislost modulu síly odporu na stavu povrchu tělesa

Rýže. 16. Závislost modulu odporové síly na vlastnostech kapaliny nebo plynu

Rýže. 17. Závislost modulu síly odporu na relativní rychlosti tělesa a jeho prostředí

Obrázek 18 ukazuje graf odporové síly v závislosti na rychlosti těla. Při relativní rychlosti rovné nule odporová síla na těleso nepůsobí. Jak se relativní rychlost zvyšuje, odporová síla roste nejprve pomalu a poté se zvyšuje rychlost růstu.

Rýže. 18. Graf odporové síly versus rychlost tělesa

Při nízkých relativních rychlostech je odporová síla přímo úměrná velikosti této rychlosti:

kde je relativní rychlost; – koeficient odporu, který závisí na druhu viskózního média, tvaru a velikosti tělesa.

Pokud je relativní rychlost dostatečná velká důležitost, pak se odporová síla stane úměrnou druhé mocnině této rychlosti.

kde je relativní rychlost; – koeficient odporu.

Výběr vzorce pro každý konkrétní případ je určen empiricky.

Těleso o hmotnosti 600 g se rovnoměrně pohybuje po vodorovné ploše (obr. 19). Zároveň na něj působí síla, jejíž velikost je 1,2 N. Určete hodnotu součinitele tření mezi tělesem a povrchem.

Okres Vědecká konference studenti „Iniciativa mladých“.

Sekce "Přírodní vědy".

Městský vzdělávací ústav

„Střední škola s. Demyas"

"Síla tření v našich životech"

Městský vzdělávací ústav „Střední škola s. Demyas",

Lukaševič Ivan.

Vedoucí: učitel fyziky

Cíl: zjistit, jakou roli hraje síla tření v našem životě, jak člověk získal znalosti o tomto jevu, jaká je jeho povaha.

Cíle: vysledovat historickou zkušenost člověka při využívání a aplikaci tohoto jevu: zjistit podstatu jevu tření, zákonitosti tření; provádět experimenty k potvrzení; vzory a závislosti třecí síly; promyslet a vytvořit demonstrační experimenty, které dokazují závislost třecí síly na síle normálového tlaku, na vlastnostech dotykových ploch, na rychlosti relativního pohybu těles.

Zpráva skupiny výzkumníků veřejného mínění

Účel: ukázat, jakou roli hraje fenomén tření nebo jeho absence v našem životě; odpovědět na otázku: „Co my (obyčejní lidé) víme o tomto fenoménu?

Skupina studovala přísloví, rčení a pohádky, ve kterých se projevuje síla tření, odpočinku, převalování, klouzání, a studovala lidskou zkušenost s používáním tření a způsoby boje proti tření.

Přísloví a rčení:

Nebude sníh, nebude ani stopy. Čím tišeji půjdete, tím dále se dostanete. Na hoře bude klidný vozík. Je těžké plavat proti vodě. Pokud rádi jezdíte, rádi vozíte také sáně. Trpělivost a práce vše rozmělní. Proto začal vozík zpívat, protože už dlouho nejedl dehet. Lže, že šije hedvábím.

"Kolobok" - valivé tření.

(„Kolobok tam ležel, ležel tam, zvedl to a pak se převalil - z okna na lavičku, z lavičky na podlahu, po podlaze ke dveřím, přeskočil práh - a do chodby a kutálel se . ..

"Turnip" - statické tření.

„Rock-hen“ - statické tření

(„Myš běžela, vrtěla ocasem, vejce se kutálelo, spadlo a rozbilo se“)

"Bear slide" - kluzné tření.

Tření je fenomén, který nás provází od dětství doslova na každém kroku, a proto se stal tak známým a nepostřehnutelným.

Vezmeme minci a rozetřeme ji na hrubý povrch. Zřetelně pocítíme odpor – to je síla tření. Pokud se nyní pohneme rychleji, mince se začne zahřívat, což nám připomene, že tření vytváří teplo - skutečnost známá člověku doby kamenné, protože právě tímto způsobem se lidé poprvé naučili rozdělávat oheň.

Tření nám dává možnost chodit, sedět a pracovat beze strachu, že knihy a sešity spadnou ze stolu, že stůl bude klouzat, až narazí na roh, a že nám pero vyklouzne z prstů.

Tření podporuje stabilitu. Tesaři vyrovnají podlahu tak, aby stoly a židle zůstaly tam, kde byly umístěny.

Malé tření na ledu se však dá úspěšně technicky využít. Svědčí o tom tzv. ledové cesty, které byly budovány k dopravě dřeva z místa těžby na železnici nebo na splavy. Na takové silnici, která má hladké ledové kolejnice, táhnou dva koně saně naložené 70 tunami klád.

Tření není pouze brzdou pohybu. To je také hlavní důvod opotřebení technická zařízení, problém, kterému čelil člověk také na samém úsvitu civilizace.

A v naší době boje proti opotřebení technických zařízení je to nejdůležitější strojírenský problém, jehož úspěšné řešení by ušetřilo desítky milionů tun oceli a neželezných kovů a výrazně snížilo výrobu mnoha strojů. a náhradní díly k nim.

Již v dávných dobách měli inženýři k dispozici tak důležité prostředky pro snížení tření v samotných mechanismech jako vyměnitelné kovové kluzné ložisko, mazané tukem nebo olivovým olejem, a dokonce i valivé ložisko.

Za první ložiska na světě jsou považována poutka na opasek, která podpírala nápravy předpotopních sumerských vozíků.

Ložiska s vyměnitelnými kovovými vložkami byla dobře známá ve starověkém Řecku, kde se používala ve studních a mlýnech.
Tření samozřejmě hraje v našem životě také pozitivní roli, ale je pro nás také nebezpečné, zvláště v zimě, období ledu. Zde jsou údaje, které nám nemocnice sdělila; počet osob, které vyhledaly lékařskou pomoc v období prosinec – leden, pouze školáci, ve věku 15-17 let – 6 osob. Většinou diagnózy: zlomeniny, vykloubení, pohmožděniny. Mezi těmi, kdo hledají pomoc, jsou i starší lidé.

Skupina také provedla malý sociologický průzkum skupiny obyvatel, kterým byly položeny následující otázky:

Co víte o jevech tření? Jak vnímáte led, kluzké chodníky a silnice? Jaké jsou vaše návrhy na vedení naší městské části?

Většina respondentů nedokázala na první otázku jednoznačně odpovědět, protože neviděli souvislost mezi třením a jejich každodenní zkušeností.

Na druhou otázku děti a středoškoláci uvedli, že mají rádi led a umí bruslit; a starší lidé již chápou nebezpečí tohoto jevu.

Odpočítávání skupiny teoretiků.

Cíle: studovat povahu třecích sil; prozkoumat faktory, na kterých závisí tření; zvážit typy tření.

Třecí síla

Pokusíme-li se skříň přesunout, okamžitě uvidíme, že to není tak snadné. Jeho pohyb bude omezován souhrou nohou s podlahou, na které stojí. Existují 3 typy tření: statické tření, kluzné tření, valivé tření. Chceme zjistit, jak se tyto druhy od sebe liší a co mají společného?

Statické tření

Chcete-li zjistit podstatu tohoto jevu, můžete provést jednoduchý experiment. Umístěte blok na nakloněnou desku. Pokud úhel desky není příliš nakloněn, blok může zůstat na místě. Co zabrání sklouznutí dolů? Klidové tření.

Přitiskněme ruku k notebooku ležícímu na stole a pohneme s ním. Notebook se bude pohybovat vzhledem ke stolu, ale bude spočívat vzhledem k naší dlani. Co jsme použili, aby se tento notebook posunul? Použití statického tření mezi notebookem a vaší rukou. Statické tření přemisťuje břemena na pohyblivém dopravním pásu, zabraňuje rozvazování tkaniček bot, drží hřebíky zaražené do prkna atd.

Síla statického tření může být různá. Roste se silou a snaží se přesunout tělo z jeho místa. Ale pro jakákoliv dvě kontaktující těla nějaké má maximální hodnota, Dále to nemůže být. Například pro dřevěný blok umístěný na dřevěné desce bude maximální statická třecí síla přibližně 0,6 jeho hmotnosti. Působením síly na těleso, která přesahuje maximální sílu statického tření, těleso rozhýbeme a ono se začne pohybovat. Statické tření bude nahrazeno třením kluzným.

Kluzné tření

Co způsobuje postupné zastavení saní, když se kutálí z hory? Kvůli kluznému tření. Proč se puk klouzající po ledu zpomaluje? V důsledku kluzného tření, vždy směrovaného do strany, opačný směr pohyb těla. Důvody vzniku třecí síly:

Drsnost povrchů dotykových těles. I ty povrchy, které vypadají hladce, mají ve skutečnosti vždy mikroskopické nerovnosti (výčnělky, prohlubně). Když jedno těleso klouže po povrchu druhého, tyto nepravidelnosti se o sebe zachytí a tím naruší pohyb působící v místech dotyku třecích těles. K přitažlivosti dochází mezi molekulami látky na velmi krátké vzdálenosti. Molekulární přitažlivost se projevuje v případech, kdy je povrch kontaktujících těles dobře vyleštěn. Takže například při relativním klouzání dvou kovů s velmi čistými a hladkými povrchy, zpracovanými speciální technologií, je třecí síla mezi bloky dřeva mezi sebou a další klouzání nemožné.

Valivé tření

Pokud těleso po povrchu jiného tělesa neklouže, ale stejně jako kolo nebo válec se odvaluje, pak tření, které vzniká v místě jejich dotyku, se nazývá valivé tření. Odvalující se kolo je poněkud zatlačeno do povrchu vozovky a pak se před ním objeví malý hrbolek, který je třeba překonat. Právě to, že odvalující se kolo musí neustále přejíždět přes nerovnost, která se objeví vpředu, způsobuje valivé tření. Navíc čím tvrdší vozovka, tím menší valivé tření. Při stejném zatížení je valivá třecí síla výrazně menší než kluzná třecí síla (toho bylo zaznamenáno ve starověku). Nohy těžkých předmětů, například postelí, klavírů atd., jsou tedy vybaveny válečky. V technologii jsou valivá ložiska, jinak nazývaná kuličková a válečková ložiska, široce používána ke snížení tření ve strojích.

Tyto typy tření jsou klasifikovány jako suché tření. Víme, proč kniha nespadne přes stůl. Co ale zabrání sklouznutí, když je stůl mírně nakloněn? Naší odpovědí je tření! Pokusíme se vysvětlit podstatu třecí síly.

Na první pohled je velmi jednoduché vysvětlit původ třecí síly. Ostatně povrch stolu i přebal knihy jsou drsné. To je cítit na dotek a pod mikroskopem je vidět, že povrch pevného tělesa nejvíce připomíná hornatou zemi. Nespočet výčnělků k sobě přilne, lehce se zdeformují a zabraňují sklouznutí knihy. Statická třecí síla je tedy způsobena stejnými silami molekulární interakce jako běžná elasticita.

Pokud zvýšíme sklon stolu, kniha začne klouzat.

Je zřejmé, že to začíná „odštípávat“ tuberkuly, lámat molekulární vazby, které nejsou schopny odolat zvýšené zátěži. Třecí síla stále působí, ale bude to kluzná třecí síla. Není těžké odhalit „odštípnutí“ tuberkul. Výsledkem tohoto „odštípnutí“ je opotřebení třecích částí.

Zdálo by se, že čím důkladněji jsou povrchy vyleštěny, tím menší by měla být třecí síla. Do jisté míry je to pravda. Broušení snižuje například třecí sílu mezi dvěma ocelovými tyčemi. Ale ne donekonečna! Třecí síla se náhle začne zvyšovat, jak se hladkost povrchu dále zvyšuje. To je nečekané, ale přesto pochopitelné.

Jak jsou povrchy vyhlazeny, přiléhají stále blíže k sobě.

Dokud však výška nepravidelností přesahuje několik molekulárních poloměrů, neexistuje žádná interakční síla mezi molekulami sousedních povrchů. Přeci jen jde o síly velmi krátkého dosahu. Po dosažení určité dokonalosti leštění se povrchy přiblíží tak blízko, že do hry vstupují adhezní síly molekul. Začnou bránit tomu, aby se tyče vzájemně pohybovaly, což zajišťuje statickou třecí sílu. Když hladké tyče klouzají, molekulární vazby mezi jejich povrchy se přeruší, stejně jako se přeruší vazby uvnitř samotných tuberkul na drsných površích. Rozbití molekulárních vazeb je hlavním rozdílem mezi třecími silami a elastickými silami. Když vzniknou elastické síly, k takovým rupturám nedochází.

Z tohoto důvodu závisí třecí síly na rychlosti.

Populární knihy a sci-fi příběhy často vytvářejí obraz světa bez tření. Tímto způsobem můžete velmi jasně ukázat výhody i poškození tření. Nesmíme ale zapomínat, že tření je založeno na elektrických silách interakce mezi molekulami. Zničení tření by ve skutečnosti znamenalo zničení elektrické síly, tedy nevyhnutelný úplný rozpad látky.

Poznatky o povaze tření k nám ale nepřišly samy od sebe. Tomu předcházel velký výzkum experimentální vědci po několik století. Ne všechny znalosti zakořenily snadno a jednoduše, mnohé vyžadovaly opakování experimentální kontroly, důkazy. Nejbystřejší mozky posledních staletí studovali závislost modulu třecí síly na mnoha faktorech: na ploše kontaktu povrchů, na typu materiálu, na zatížení, na nerovnostech a drsnosti povrchu, na relativní rychlosti pohyb těl. Jména těchto vědců: Leonardo da Vinci, Amonton, Leonard Euler, Charles Coulomb - to jsou nejvíce slavných jmen, ale byli tam i obyčejní pracovníci vědy. Všichni vědci účastnící se těchto studií provedli experimenty, ve kterých se pracovalo na překonání síly tření.

Historický odkaz

Psal se rok 1500. Velký italský umělec, sochař a vědec Leonardo da Vinci prováděl podivné experimenty, které překvapily jeho studenty.

Vlekl po podlaze buď pevně zkroucené lano, nebo stejné lano v plné délce. Zajímala ho odpověď na otázku: závisí síla posuvného tření na ploše těles, která se dotýkají v pohybu? Tehdejší mechanici byli hluboce přesvědčeni, že čím větší je kontaktní plocha, tím větší je třecí síla. Uvažovali asi takto: čím více takových bodů, tím větší síla. Je zcela zřejmé, že na větší ploše bude takových bodů kontaktu více, takže třecí síla by měla záviset na ploše třecích těles.

Leonardo da Vinci pochyboval a začal provádět experimenty. A dostal jsem úžasný závěr: síla kluzného tření nezávisí na ploše kontaktních těles. Cestou Leonardo da Vinci studoval závislost třecí síly na materiálu, ze kterého jsou tělesa vyrobena, na velikosti zatížení těchto těles, na rychlosti skluzu a na míře hladkosti či drsnosti jejich povrchu. Získal následující výsledky:

Nezáleží na oblasti. Nezáleží na materiálu. Záleží na zatížení (v poměru k němu). Nezávisí na rychlosti posuvu. Závisí na drsnosti povrchu.

1699 Francouzský vědec Amonton v důsledku svých experimentů odpověděl na stejných pět otázek. Pro první tři - stejné, pro čtvrté - záleží. Na pátém - na tom nezáleží. Fungovalo to a Amonton to potvrdil nečekaný závěr Leonardo da Vinci o nezávislosti třecí síly na oblasti kontaktů těles. Ale zároveň s ním nesouhlasil, že třecí síla nezávisí na rychlosti posuvu; věřil, že síla kluzného tření závisí na rychlosti, ale nesouhlasil s tím, že síla tření závisí na drsnosti povrchů.

Během osmnáctého a devatenáctého století vzniklo na toto téma až třicet studií. Jejich autoři se shodli na jediném – třecí síla je úměrná síle normálového tlaku působícího na dotyková tělesa. V jiných otázkách ale k dohodě nedošlo. Experimentální fakt nadále zmatkoval i ty nejvýznamnější vědce: síla tření nezávisí na ploše třecích těles.

1948 Řádný člen Ruské akademie věd Leonhard Euler zveřejnil své odpovědi na pět otázek o tření. První tři byly stejné jako ty předchozí, ale ve čtvrtém souhlasil s Amontem a v pátém s Leonardem da Vincim.

1779 V souvislosti se zaváděním strojů a mechanismů do výroby je naléhavá potřeba hlubšího studia zákonů tření. Vynikající francouzský fyzik Coulomb začal řešit problém tření a věnoval se mu dva roky. Prováděl experimenty v továrně na stavbu lodí v jednom z francouzských přístavů.

Přívěsek odpověděl na všechny otázky - ano. Celková třecí síla do jisté míry stále závisí na velikosti ploch třecích těles, je přímo úměrná síle normálového tlaku, závisí na materiálu dotykových těles, závisí na rychlosti posuvu a stupni hladkosti třecích ploch. Následně se vědci začali zajímat o otázku vlivu mazání a byly identifikovány typy tření: tekuté, čisté, suché a hraniční.

Správné odpovědi

Třecí síla nezávisí na ploše dotykových těles, ale závisí na materiálu těles: čím větší je normální tlaková síla, tím větší je třecí síla. Přesná měření ukazují, že modul kluzné třecí síly závisí na modulu relativní rychlosti.

Třecí síla závisí na kvalitě opracování třecích ploch a z toho vyplývajícího zvýšení třecí síly. Pokud pečlivě vyleštíte povrchy dotýkajících se těles, zvýší se počet bodů dotyku se stejnou silou normálního tlaku, a proto se zvýší třecí síla.

Tření je spojeno s překonáním molekulárních vazeb mezi tělesy, která se dotýkají.

Role třecích sil

V technologii a Každodenní život Obrovskou roli hrají třecí síly. V některých případech jsou třecí síly prospěšné, v jiných naopak škodlivé. Třecí síla drží hřebíky, šrouby a matice zaražené; drží nitě v látce, uvázané uzly atd. Bez tření by nebylo možné ušít oblečení, sestavit stroj nebo složit krabici.

Přítomnost statického tření umožňuje člověku pohybovat se po povrchu Země. Při chůzi člověk tlačí Zemi zpět a Země tlačí člověka vpřed stejnou silou. Síla, která člověka posune vpřed, se rovná statické třecí síle mezi chodidlem chodidla a Zemí.

Jak silnější muž tlačí Zemi zpět, tím větší je statická třecí síla působící na nohu a tím rychleji se člověk pohybuje.

Když člověk tlačí na Zemi silou větší, než je maximální statická třecí síla, noha klouže dozadu, což ztěžuje chůzi. Připomeňme si, jak těžké je chodit po kluzkém ledu. Chcete-li usnadnit chůzi, musíte zvýšit statické tření. Za tímto účelem je kluzký povrch posypán pískem. Totéž platí pro pohyb elektrické lokomotivy nebo vozu. Kola připojená k motoru se nazývají hnací kola.

Když hnací kolo silou generovanou motorem tlačí kolejnici zpět, síla rovná statickému tření a působící na osu kola posune elektrickou lokomotivu nebo vůz dopředu. Takže tření mezi hnacím kolem a kolejnicí nebo zemí je výhodné. Pokud je malý, kolo prokluzuje a elektrická lokomotiva nebo vůz stojí. Škodlivé je tření například mezi pohyblivými částmi pracovního stroje.

Tření se také používá k udržení těl v klidu nebo k jejich zastavení, pokud se pohybují.

ZPRÁVA STAVEBNÍ SKUPINY

Cíle: vytvořit demonstrační experimenty; vysvětlit výsledky pozorovaných jevů.

Třecí zkušenost

Po prostudování literatury jsme vybrali několik experimentů, které jsme se rozhodli provést sami. Navrhli jsme experimenty, postavili přístroje a pokusili se vysvětlit výsledky našich experimentů. Jako nástroje a nářadí jsme si vzali: 2 stativy, knihu, blok, 2 tužky, pásku, 2 vejce - jedno vařené, jedno syrové, tkaničky.

Zkušenost č. 1

KOLÍCÍ A POSUVNÉ
Knihu položte šikmo a položte na ni tužku. Bude klouzat nebo ne?
Záleží na tom, jak to dáte. Pokud ji umístíte podél svahu, tužka nebude klouzat ani při velkém sklonu. Co když napříč?
Páni, jaká jízda! Zvláště pokud je kulatá a ne šestihranná.

Dá se říct: velká věc, mám i vědecké zkušenosti! co je na tom zajímavého?
Na tomto experimentu je zajímavé, že když se tužka kutálí, tření je mnohem menší, než když se plazí. Rolování je jednodušší než tažení. Nebo, jak říkají fyzici, valivé tření je menší než kluzné tření.
To je důvod, proč lidé vynalezli kola. V dávných dobách nebyla kola a i v létě vozili náklady na saních. Na stěně starověkého chrámu v Egyptě je vytesaný obraz: po zemi se nese na saních obrovská kamenná socha.

BRZDA VE VEJCI
Zavěste syrové vejce na tenký provázek. Aby krajka nesklouzla ze svislého vajíčka, použijte lepicí náplast a její malé kousky nalepte na místa, kde se krajka nachází.
Poblíž zavěste vajíčko natvrdo. Otočte každou krajku s vajíčkem v jednom směru o stejném počtu otáček. Když jsou tkaničky zakroucené, uvolněte současně vajíčka. Uvidíte, že vařené vejce se chová jinak než vejce syrové: točí se mnohem rychleji. V syrovém vejci se jeho bílek a žloutek snaží udržet stacionární stav (zde se projevuje jejich setrvačnost) a svým třením o skořápku zpomalují jeho rotaci.
Ve vařeném vejci už bílek a žloutek nejsou tekuté látky a spolu se skořápkou tvoří jeden celek, takže nedochází k brzdění a vejce se otáčí rychleji.
Tento experiment lze provést bez věšení vajec: stačí je válet prsty na velkém talíři.

Závěry na základě výsledků projektu

Zjistili jsme, že lidé již dlouho využívají experimentálně získané poznatky o fenoménu tření. Počínaje XY - XYI stoletími se znalosti o tomto jevu staly vědeckými: byly provedeny experimenty s cílem určit závislost třecí síly na mnoha faktorech a byly identifikovány vzory.

Nyní přesně víme, na čem třecí síla závisí a co ji neovlivňuje. Přesněji řečeno, třecí síla závisí na: zatížení nebo tělesné hmotnosti; na typu kontaktních ploch; na rychlosti relativního pohybu těles; na velikosti nerovností nebo drsnosti povrchu. Nezáleží ale na kontaktní ploše.

Nyní můžeme vysvětlit všechny vzorce struktury hmoty pozorované v praxi silou interakce mezi molekulami.

Provedli jsme řadu experimentů, provedli jsme přibližně stejné experimenty jako vědci a získali jsme přibližně stejné výsledky. Ukázalo se, že experimentálně jsme potvrdili všechna tvrzení, která jsme učinili.

Vytvořili jsme řadu experimentů, které pomohou pochopit a vysvětlit některá „obtížná“ pozorování.

Ale pravděpodobně nejdůležitější je, že jsme si uvědomili, jak skvělé je získat znalosti sami a pak je sdílet s ostatními.

Bibliografie

Gromov: učebnice. pro 7. třídu. M, Osvícení, 2000

Co je tření?, 2. vydání, M., 1963;

Lepra mechaniky a technologie. – M.: Vzdělávání, 1993

Interaktivní kurz „Fyzika, ročníky 7-11“ pro studenty a učitele škol, lyceí, gymnázií, vyšších odborných škol a pro samostudium fyzika. "Physicon" 2005.

Peryshkin. 7. třída Učebnice - M.: Drop, 1999

Zábavná fyzika. - M.: Vzdělávání 1987.

Fyzika. Člověk. životní prostředí. - M.: Vzdělávání, 1996.

kočky mají čtyři nohy // Věda a život, 2007, č. 11

Prozkoumávám svět: Dětská encyklopedie: Fyzika./Sestavil M.: AST"

Virtuální škola „Cyril a Metoděj“, 2000. „Výuka fyziky od Cyrila a Metoděje.

Ke všem pohybům těles, která jsou ve vzájemném kontaktu, dochází vždy s třením: osa kola zažívá tření v ložisku a její ráfek zažívá tření o kolejnici; dveře se otevírají s vrzavým zvukem, což naznačuje tření v pantech; koule odvalující se na vodorovném stole se vlivem valivých třecích sil zastaví. Když studujeme pohyb tělesa a vylučujeme tření z úvahy, pak při zjednodušování problému současně do té či oné míry zkreslujeme skutečný stav věcí. Ve všech experimentech, které jsme citovali pro ilustraci zákonů pohybu, jsme předpokládali, že nedochází k žádnému tření. Ve skutečnosti třecí síly vždy ve větší či menší míře ovlivňují charakter pohybu.

Úloha tření není vždy omezena na inhibici pohybu těles. V mnoha případech je pohyb, jako je chůze, možný pouze díky působení třecích sil, zejména statického tření. Při chůzi pokládáme nohy na zem tak, že by musely sklouznout dozadu, pokud by neexistovala statická třecí síla (ve skutečnosti, když se pokoušíme chodit po hladký led, pak nohy sklouznou dozadu). Protože statická třecí síla působí v opačném směru, než ve kterém by mělo dojít ke skluzu, vzniká statická třecí síla směřující dopředu. Uděluje lidskému tělu dopředné zrychlení.

Přibližně stejná situace je u všech vozidel s vlastním pohonem (kolo, auto, elektrická lokomotiva). Motor vozíku způsobuje otáčení hnacích kol. Pokud by neexistovala žádná statická třecí síla, vozík by zůstal na místě a kola by začala prokluzovat, takže by se body kola dotýkaly tento moment na zem nebo na kolejnice, sklouzly by dozadu. Výsledná statická třecí síla působící na kola od země směřuje dopředu a uděluje vozidlu zrychlení nebo vyvážením ostatních sil působících na vozidlo udržuje jeho rovnoměrný pohyb. Pokud je tato třecí síla nedostatečná (například na ledu), pak se posádka nehýbe a kola prokluzují. Naopak, pokud pohybující se vozík, jehož kola se otáčejí, zpomaluje otáčení kol, aniž by zpomalil rychlost samotného vozíku, pak by při absenci třecích sil začala kola klouzat po zemi dopředu; To znamená, že ve skutečnosti existuje třecí síla směřující dozadu. Na tom je založeno působení brzd.

Pokud je k elektrické lokomotivě připojen vlak, tak jakmile se elektrická lokomotiva pohne dopředu, spřáhlo se natáhne a vznikne pružná síla spřáhla, která bude působit na vlak: to je síla tažná. Pokud zvýšíte sílu působící na kola od motoru, zvýší se i statická třecí síla a tím i tažná síla. Největší tažná síla se rovná největší statické třecí síle hnacích kol. S dalším zvýšením sil od motoru začnou kola prokluzovat a trakce se může i snížit.

Neméně důležitá role statické třecí síly hrají také u vozidel bez vlastního pohonu. Podívejme se blíže na pohyb koně tahajícího saně (obr. 72). Kůň položí nohy a napne svaly takovým způsobem, že při absenci klidových třecích sil by nohy klouzaly dozadu. V tomto případě vznikají statické třecí síly směřující dopředu. Na saních, které kůň silou táhne dopředu po kolejích, působí od země zpětně smýšlená posuvná třecí síla. Aby kůň a saně získaly zrychlení, je nutné, aby třecí síla kopyt koně o vozovku byla větší než třecí síla působící na saně. Avšak bez ohledu na to, jak velký je koeficient tření podkov na zemi, statická třecí síla nemůže být víc než to síla, která měla způsobit klouzání kopyt (§ 64), tedy síla svalů koně. Proto i když nohy koně nekloužou, stále někdy nemůže pohnout těžkými saněmi. Při pohybu (když klouzání začíná) třecí síla mírně klesá; proto často stačí jen pomoci koni s pohybem saní, aby je pak mohl nést.

66.1. Vysvětlete roli třecích sil při přenosu pohybu z jedné řemenice na druhou přes hnací řemen.