Teoremas de codificación directa e inversa. Los conceptos básicos mencionados anteriormente son el teorema de Shannon sobre codificación de mensajes. Teoremas básicos de codificación

La fuerza de fricción en la vida humana.

En condiciones terrestres, la fricción siempre acompaña cualquier movimiento de los cuerpos. En todos los tipos de movimiento mecánico, algunos cuerpos entran en contacto con otros cuerpos o con el medio líquido o gaseoso continuo que los rodea. Este contacto siempre tiene una gran influencia en el movimiento. Surge una fuerza de fricción en dirección opuesta al movimiento.
Existen varios tipos de fricción:

La fricción ayuda a iniciar y finalizar el movimiento. Considere el cuerpo humano: el corazón está cubierto de una mucosidad especial, hay líquido entre las articulaciones y los pulmones están cubiertos por una película especial.

Una persona realiza una operación similar: lubrica las piezas del motor.

La fricción de un fluido es una fuerza de resistencia que se produce cuando un cuerpo se mueve en un líquido o gas.

Conclusión: la fuerza de fricción líquida es menor que la fuerza de fricción seca. La peculiaridad de la fricción de líquidos es que la fuerza de fricción del líquido en reposo es cero.

Características del movimiento de cuerpos en el agua. Un cuerpo tiene forma de disco y el otro tiene forma de gota; esta forma del cuerpo se llama aerodinámica.

Conclusión:

La fuerza de fricción del líquido depende de la forma del cuerpo. Para que la fricción del fluido sea menor, el cuerpo debe tener una forma aerodinámica.

La fuerza de fricción del líquido depende de la velocidad de movimiento del cuerpo: a bajas velocidades, la fuerza de fricción es directamente proporcional a la velocidad del cuerpo, a altas velocidades es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad.

En todos los demás casos, debemos agradecer la fricción: nos da la oportunidad de caminar, sentarnos y trabajar sin miedo a que los libros y el tintero caigan al suelo, que la mesa se deslice hasta tocar una esquina y el bolígrafo se nos escapará de los dedos. La fricción es un fenómeno tan común que, salvo raras excepciones, no tenemos que pedirle ayuda: llega a nosotros por sí sola. La fricción promueve la estabilidad. Los carpinteros nivelan el piso para que las mesas y sillas permanezcan donde fueron colocadas. Platillos, platos, vasos colocados sobre la mesa permanecen inmóviles sin ninguna preocupación especial por nuestra parte, a menos que suceda en un barco de vapor durante el balanceo.
Imaginemos que la fricción se puede eliminar por completo. Entonces ningún cuerpo, ya sea del tamaño de un bloque de piedra o pequeño como un grano de arena, podrá jamás descansar uno sobre otro: todo se deslizará y rodará hasta quedar al mismo nivel. Si no hubiera fricción, la Tierra sería una esfera sin irregularidades, como un líquido”. A esto podemos añadir que, sin fricción, los clavos y los tornillos se deslizarían de las paredes, no se podría sostener nada en las manos, ningún torbellino se detendría jamás, ningún sonido cesaría, sino que resonaría sin cesar, reverberando. incesantemente, por ejemplo, de las paredes de la habitación. El hielo negro nos da cada vez una lección objetiva que nos convence de la enorme importancia de la fricción.

Atrapados por ella en la calle, nos encontramos indefensos y siempre en riesgo de caer. He aquí un instructivo extracto del periódico (diciembre de 1927): “Londres 21. Debido al intenso hielo, el tráfico en las calles y tranvías en Londres es muy difícil. Alrededor de 1.400 personas fueron ingresadas en hospitales con brazos, piernas, etc. rotos.

“En una colisión cerca de Hyde Park, tres coches y dos tranvías resultaron destruidos debido a la explosión de gasolina...” “París, 21 años. El hielo en París y sus alrededores provocó numerosos accidentes...” Sin embargo, la fricción insignificante sobre el hielo se puede utilizar técnicamente con éxito. Un ejemplo de ello son los trineos corrientes. Esto se evidencia aún mejor en los llamados caminos de hielo, que se construyeron para transportar la madera desde el lugar de la tala hasta ferrocarril o a puntos de rafting. En una de estas carreteras, con carriles de hielo lisos, dos caballos tiran de un trineo cargado con 70 toneladas de troncos.

La fuerza de fricción en condiciones terrestres acompaña cualquier movimiento de los cuerpos. Ocurre cuando dos cuerpos entran en contacto si estos cuerpos se mueven entre sí. La fuerza de fricción siempre se dirige a lo largo de la superficie de contacto, a diferencia de la fuerza elástica, que se dirige perpendicularmente (Fig. 1, Fig. 2).

Arroz. 1. Diferencia entre las direcciones de la fuerza de fricción y la fuerza elástica.

Arroz. 2. La superficie actúa sobre el bloque y el bloque actúa sobre la superficie.

Hay tipos de fricción seca y no seca. El tipo de fricción seca ocurre cuando los cuerpos sólidos entran en contacto.

Consideremos un bloque que se encuentra sobre una superficie horizontal (Fig. 3). Sobre él actúa la gravedad y la fuerza de reacción del suelo. Actuemos sobre el bloque con una pequeña fuerza. , dirigido a lo largo de la superficie. Si el bloque no se mueve, significa que la fuerza aplicada está equilibrada por otra fuerza, que se llama fuerza de fricción estática.

Arroz. 3. Fuerza de fricción estática

Fuerza de fricción en reposo () de dirección opuesta e igual en magnitud a la fuerza que tiende a mover un cuerpo paralelo a la superficie de su contacto con otro cuerpo.

A medida que aumenta la fuerza de “corte”, el bloque permanece en reposo, por lo tanto, la fuerza de fricción estática también aumenta. Con una fuerza suficientemente grande, el bloque comenzará a moverse. Esto significa que la fuerza de fricción estática no puede aumentar indefinidamente; existe un límite superior más allá del cual no puede aumentar. El valor de este límite es la fuerza de fricción estática máxima.

Apliquemos presión al bloque usando un dinamómetro.

Arroz. 4. Medición de la fuerza de fricción con un dinamómetro

Si el dinamómetro actúa sobre él con una fuerza, entonces se puede ver que la fuerza de fricción estática máxima aumenta al aumentar la masa del bloque, es decir, al aumentar la gravedad y la fuerza de reacción del soporte. Si se toman medidas precisas, mostrarán que la fuerza de fricción estática máxima es directamente proporcional a la fuerza de reacción del soporte:

¿Dónde está el módulo de la fuerza de fricción estática máxima? norte– fuerza de reacción del suelo (presión normal); – coeficiente de fricción estática (proporcionalidad). Por tanto, la fuerza de fricción estática máxima es directamente proporcional a la fuerza de presión normal.

Si realizas un experimento con un dinamómetro y un bloque de masa constante, mientras le das la vuelta al bloque lados diferentes(al cambiar el área de contacto con la mesa), se puede ver que la fuerza de fricción estática máxima no cambia (Fig. 5). En consecuencia, la fuerza de fricción estática máxima no depende del área de contacto.

Arroz. 5. El valor máximo de la fuerza de fricción estática no depende del área de contacto.

Estudios más precisos muestran que la fricción estática está completamente determinada por la fuerza aplicada al cuerpo y la fórmula.

La fuerza de fricción estática no siempre impide el movimiento de un cuerpo. Por ejemplo, la fuerza de fricción estática actúa sobre la suela de un zapato, impartiendo aceleración y permitiendo caminar sobre el suelo sin resbalar (Fig. 6).

Arroz. 6. La fuerza de fricción estática que actúa sobre la suela de un zapato.

Otro ejemplo: la fuerza de fricción estática que actúa sobre la rueda de un automóvil le permite comenzar a moverse sin resbalar (Fig. 7).

Arroz. 7. La fuerza de fricción estática que actúa sobre la rueda de un automóvil.

En las transmisiones por correa también actúa la fuerza de fricción estática (fig. 8).

Arroz. 8. La fuerza de fricción estática en las transmisiones por correa.

Si un cuerpo se mueve, entonces la fuerza de fricción que actúa sobre él desde la superficie no desaparece; este tipo de fricción se llama; fricción deslizante. Las mediciones muestran que la fuerza de fricción por deslizamiento es casi igual en magnitud a la fuerza de fricción estática máxima (Fig. 9).

Arroz. 9. Fuerza de fricción deslizante

La fuerza de fricción por deslizamiento siempre está dirigida contra la velocidad de movimiento del cuerpo, es decir, impide el movimiento. En consecuencia, cuando un cuerpo se mueve sólo bajo la influencia de la fricción, le imparte una aceleración negativa, es decir, la velocidad del cuerpo disminuye constantemente.

La magnitud de la fuerza de fricción por deslizamiento también es proporcional a la fuerza de presión normal.

¿Dónde está el módulo de la fuerza de fricción por deslizamiento? norte– fuerza de reacción del suelo (presión normal); – coeficiente de fricción por deslizamiento (proporcionalidad).

La Figura 10 muestra una gráfica de la fuerza de fricción versus la fuerza aplicada. muestra dos diferentes áreas. La primera sección, en la que la fuerza de fricción aumenta al aumentar la fuerza aplicada, corresponde a la fricción estática. La segunda sección, en la que la fuerza de fricción no depende de la fuerza externa, corresponde a la fricción por deslizamiento.

Arroz. 10. Gráfica de fuerza de fricción versus fuerza aplicada

El coeficiente de fricción por deslizamiento es aproximadamente igual al coeficiente de fricción estática. Normalmente, el coeficiente de fricción por deslizamiento es menor que uno. Esto significa que la fuerza de fricción por deslizamiento es menor que la fuerza de presión normal.

El coeficiente de fricción por deslizamiento es una característica de dos cuerpos que se frotan entre sí; depende de los materiales de los que están hechos y de qué tan bien estén procesadas las superficies (lisas o rugosas).

El origen de las fuerzas de fricción estáticas y deslizantes está determinado por el hecho de que cualquier superficie a nivel microscópico no es plana; siempre hay irregularidades microscópicas en cualquier superficie (Fig. 11).

Arroz. 11. Superficies de los cuerpos a nivel microscópico.

Cuando dos cuerpos en contacto intentan moverse entre sí, estas discontinuidades se enganchan e impiden este movimiento. Con una pequeña cantidad de fuerza aplicada, este acoplamiento es suficiente para evitar que los cuerpos se muevan, por lo que surge la fricción estática. Cuando la fuerza externa excede la fricción estática máxima, el acoplamiento de las rugosidades no es suficiente para sujetar los cuerpos y comienzan a moverse entre sí, mientras que la fuerza de fricción por deslizamiento actúa entre los cuerpos.

este tipo La fricción ocurre cuando los cuerpos ruedan uno sobre otro o cuando un cuerpo rueda sobre la superficie de otro. La fricción por rodadura, al igual que la fricción por deslizamiento, imparte una aceleración negativa a un cuerpo.

La aparición de fuerza de fricción por rodadura se debe a la deformación del cuerpo rodante y la superficie de soporte. Así, una rueda situada sobre una superficie horizontal deforma esta última. Cuando la rueda se mueve, las deformaciones no tienen tiempo de recuperarse, por lo que la rueda tiene que subir constantemente una pequeña colina, lo que provoca un momento de fuerza que ralentiza el rodamiento.

Arroz. 12. La aparición de la fuerza de fricción por rodadura.

La magnitud de la fuerza de fricción por rodadura es, por regla general, muchas veces menor que la fuerza de fricción por deslizamiento, en igualdad de condiciones. Debido a esto, rodar es un tipo de movimiento común en la tecnología.

Al conducir sólido en un líquido o gas, se ve afectado por una fuerza de resistencia del medio. Esta fuerza se dirige contra la velocidad del cuerpo y ralentiza el movimiento (Fig. 13).

La característica principal de la fuerza de arrastre es que surge sólo en presencia de movimiento relativo del cuerpo y su entorno. Es decir, la fuerza de fricción estática no existe en líquidos y gases. Esto lleva al hecho de que una persona puede mover incluso una barcaza pesada sobre el agua.

Arroz. 13. Fuerza de resistencia que actúa sobre un cuerpo cuando se mueve en un líquido o gas.

El módulo de la fuerza de resistencia depende de:

Desde el tamaño del cuerpo y su forma geométrica(Figura 14);

Condiciones de la superficie corporal (Fig. 15);

Propiedades del líquido o gas (Fig. 16);

Velocidad relativa del cuerpo y su entorno (Fig. 17).

Arroz. 14. Dependencia del módulo de fuerza de resistencia de la forma geométrica.

Arroz. 15. Dependencia del módulo de fuerza de resistencia del estado de la superficie del cuerpo.

Arroz. 16. Dependencia del módulo de fuerza de resistencia de las propiedades del líquido o gas.

Arroz. 17. Dependencia del módulo de fuerza de resistencia de la velocidad relativa del cuerpo y su entorno.

La Figura 18 muestra una gráfica de la fuerza de resistencia versus la velocidad del cuerpo. A una velocidad relativa igual a cero, la fuerza de arrastre no actúa sobre el cuerpo. A medida que aumenta la velocidad relativa, la fuerza de arrastre crece lentamente al principio y luego aumenta la tasa de crecimiento.

Arroz. 18. Gráfica de fuerza de resistencia versus velocidad corporal.

A velocidades relativas bajas, la fuerza de arrastre es directamente proporcional a la magnitud de esta velocidad:

¿Dónde está la velocidad relativa? – coeficiente de resistencia, que depende del tipo de medio viscoso, la forma y el tamaño del cuerpo.

Si la velocidad relativa tiene suficiente gran valor, entonces la fuerza de arrastre se vuelve proporcional al cuadrado de esta velocidad.

¿Dónde está la velocidad relativa? – coeficiente de resistencia.

La elección de la fórmula para cada caso concreto se determina empíricamente.

Un cuerpo que pesa 600 g se mueve uniformemente a lo largo de una superficie horizontal (Fig. 19). Al mismo tiempo, se le aplica una fuerza cuya magnitud es 1,2 N. Determine el valor del coeficiente de fricción entre el cuerpo y la superficie.

Distrito conferencia científica estudiantes "Iniciativa Joven".

Sección "Ciencias Naturales".

Institución Educativa Municipal

“Escuela secundaria con. Demias"

"La fuerza de fricción en nuestras vidas"

Institución educativa municipal "Escuela secundaria con. Demias",

Iván Lukashévich.

Responsable: profesor de física

Objetivo: descubrir qué papel juega la fuerza de fricción en nuestra vida, cómo una persona adquirió conocimientos sobre este fenómeno, cuál es su naturaleza.

Objetivos: rastrear la experiencia histórica del hombre en el uso y aplicación de este fenómeno: conocer la naturaleza del fenómeno de la fricción, los patrones de fricción; realizar experimentos para confirmar; patrones y dependencias de la fuerza de fricción; pensar y crear experimentos de demostración que demuestren la dependencia de la fuerza de fricción de la fuerza de presión normal, de las propiedades de las superficies en contacto, de la velocidad del movimiento relativo de los cuerpos.

Informe de un grupo de investigadores de la opinión pública

Finalidad: mostrar qué papel juega en nuestras vidas el fenómeno de la fricción o su ausencia; Responda la pregunta: "¿Qué sabemos nosotros (la gente común) sobre este fenómeno?"

El grupo estudió refranes, refranes y cuentos de hadas en los que se manifiesta la fuerza de la fricción, el descanso, el rodar y el deslizamiento, y estudió la experiencia humana en el uso de la fricción y las formas de combatirla.

Proverbios y refranes:

No habrá nieve, no quedará rastro. Si conduces más silenciosamente, continuarás. Habrá un carro silencioso en la montaña. Es difícil nadar contra el agua. Si te encanta montar, también te encanta llevar trineos. La paciencia y el trabajo lo acabarán todo. Por eso el carro empezó a cantar porque hacía mucho tiempo que no comía alquitrán. Miente que cose con seda.

"Kolobok" - fricción por rodadura.

(“Kolobok yacía allí, se quedó allí, lo recogió y luego rodó, desde la ventana hasta el banco, desde el banco hasta el suelo, por el suelo hasta la puerta, saltó el umbral, y hacia el pasillo y rodó. ..

"Nabo" - fricción estática.

"Rock-hen" - fricción estática

(“El ratón corrió, meneó la cola, el huevo rodó, cayó y se rompió”)

"Deslizamiento de oso": fricción por deslizamiento.

La fricción es un fenómeno que nos ha acompañado desde la infancia, literalmente a cada paso, y por eso se ha vuelto tan familiar e imperceptible.

Tomemos una moneda y la frotemos sobre una superficie rugosa. Sentiremos claramente la resistencia: esta es la fuerza de fricción. Si ahora nos movemos más rápido, la moneda comenzará a calentarse, recordándonos que la fricción genera calor, un hecho conocido por el hombre de la Edad de Piedra, porque fue de esta manera como la gente aprendió a hacer fuego por primera vez.

La fricción nos da la oportunidad de caminar, sentarnos y trabajar sin miedo a que los libros y cuadernos se caigan de la mesa, que la mesa se deslice hasta tocar una esquina y que el bolígrafo se nos escape de los dedos.

La fricción promueve la estabilidad. Los carpinteros nivelan el piso para que las mesas y sillas permanezcan donde fueron colocadas.

Sin embargo, técnicamente se pueden aprovechar con éxito pequeñas fricciones sobre el hielo. Prueba de ello son las llamadas carreteras de hielo, que se construyeron para transportar madera desde el sitio de tala hasta el ferrocarril o hasta los puntos de rafting. En una de estas carreteras, con carriles de hielo lisos, dos caballos tiran de un trineo cargado con 70 toneladas de troncos.

La fricción no es sólo un freno al movimiento. esto también es razón principal desgaste dispositivos tecnicos, un problema al que también se enfrentó el hombre en los albores de la civilización.

Y en nuestra era de lucha contra el desgaste de los dispositivos técnicos, este es el problema de ingeniería más importante, cuya solución exitosa permitiría ahorrar decenas de millones de toneladas de acero y metales no ferrosos y reduciría drásticamente la producción de muchas máquinas. y repuestos para ellos.

Ya en la antigüedad, los ingenieros tenían a su disposición medios tan importantes para reducir la fricción en los propios mecanismos, como un cojinete metálico reemplazable, lubricado con grasa o aceite de oliva, e incluso un rodamiento.

Se considera que los primeros cojinetes del mundo fueron presillas para cinturón que sostenían los ejes de los carros antediluvianos sumerios.

Los rodamientos con revestimiento metálico reemplazable eran bien conocidos en la antigua Grecia, donde se utilizaban en compuertas de pozos y molinos.
Por supuesto, la fricción también juega un papel positivo en nuestras vidas, pero también es peligrosa para nosotros, especialmente en invierno, la época del hielo. Aquí están los datos que nos dijo el hospital; El número de personas que buscaron ayuda médica en diciembre – enero, sólo los escolares de 15 a 17 años – 6 personas. Principalmente diagnósticos: fracturas, dislocaciones, hematomas. También hay personas mayores entre quienes buscan ayuda.

El grupo también realizó una pequeña encuesta sociológica a un grupo de residentes a quienes se les hicieron las siguientes preguntas:

¿Qué sabes sobre los fenómenos de fricción? ¿Qué opinas del hielo, las aceras y las carreteras resbaladizas? ¿Cuáles son sus sugerencias para la administración de nuestro distrito?

La mayoría de los encuestados no pudieron responder definitivamente a la primera pregunta porque no veían la conexión entre la fricción y su experiencia cotidiana.

A la segunda pregunta, los niños y estudiantes de secundaria dijeron que les gustaba el hielo y sabían patinar; y las personas mayores ya comprenden el peligro de este fenómeno.

Cuenta atrás de un grupo de teóricos.

Objetivos: estudiar la naturaleza de las fuerzas de fricción; explorar los factores de los que depende la fricción; Considere los tipos de fricción.

Fuerza de fricción

Si intentamos mover el mueble, enseguida veremos que no es tan fácil de hacer. Su movimiento se verá obstaculizado por la interacción de sus piernas con el suelo sobre el que se encuentra. Hay 3 tipos de fricción: fricción estática, fricción por deslizamiento y fricción por rodadura. Queremos saber en qué se diferencian estas especies entre sí y qué tienen en común.

Fricción estática

Para descubrir la esencia de este fenómeno, se puede realizar un experimento sencillo. Coloque el bloque sobre una tabla inclinada. Si el ángulo del tablero no está demasiado inclinado, el bloque puede permanecer en su lugar. ¿Qué evitará que se deslice hacia abajo? Fricción en reposo.

Presionemos nuestra mano sobre el cuaderno que está sobre la mesa y movámoslo. El cuaderno se moverá con respecto a la mesa, pero descansará con respecto a nuestra palma. ¿Qué utilizamos para que este cuaderno se moviera? Usar fricción estática entre el cuaderno y la mano. La fricción estática mueve cargas en una cinta transportadora en movimiento, evita que los cordones de los zapatos se desaten, retiene los clavos clavados en una tabla, etc.

La fuerza de fricción estática puede ser diferente. Crece con la fuerza, esforzándose por mover el cuerpo de su lugar. Pero para dos cuerpos en contacto cualesquiera tiene alguna valor máximo, además no puede ser. Por ejemplo, para un bloque de madera colocado sobre una tabla de madera, la fuerza de fricción estática máxima será aproximadamente 0,6 de su peso. Aplicando una fuerza al cuerpo que supere la fuerza máxima de fricción estática, moveremos el cuerpo y este empezará a moverse. La fricción estática será reemplazada por fricción deslizante.

Fricción deslizante

¿Qué causa que un trineo se detenga gradualmente a medida que baja la montaña? Debido a la fricción por deslizamiento. ¿Por qué un disco que se desliza sobre hielo disminuye la velocidad? Debido al rozamiento por deslizamiento, siempre dirigido hacia un lado, dirección opuesta movimiento corporal. Razones de la aparición de la fuerza de fricción:

Rugosidad de las superficies de los cuerpos en contacto. Incluso aquellas superficies que parecen lisas, en realidad siempre tienen irregularidades microscópicas (protuberancias, depresiones). Cuando un cuerpo se desliza sobre la superficie de otro, estas irregularidades se entrelazan e interfieren así con el movimiento intermolecular que actúa en los puntos de contacto de los cuerpos que se frotan. La atracción se produce entre moléculas de una sustancia a distancias muy cortas. La atracción molecular se manifiesta en los casos en que la superficie de los cuerpos en contacto está bien pulida. Así, por ejemplo, con el deslizamiento relativo de dos metales con superficies muy limpias y lisas, procesados ​​con una tecnología especial, la fuerza de fricción entre los bloques de madera entre sí y el deslizamiento posterior se vuelven imposibles.

Fricción rodante

Si un cuerpo no se desliza sobre la superficie de otro cuerpo, sino que, como una rueda o un cilindro, rueda, entonces la fricción que surge en el punto de contacto se llama fricción por rodadura. La rueda que rueda se presiona un poco contra la superficie de la carretera y luego aparece un pequeño bache delante de ella, que hay que superar. Precisamente el hecho de que la rueda que rueda tiene que pasar constantemente sobre el bache que aparece delante provoca la fricción de rodadura. Además, cuanto más dura sea la carretera, menor será la fricción de rodadura. Con las mismas cargas, la fuerza de fricción por rodadura es significativamente menor que la fuerza de fricción por deslizamiento (esto se observó en la antigüedad). Así, las patas de objetos pesados, por ejemplo camas, pianos, etc., están equipadas con ruedas. En tecnología, los rodamientos, también llamados rodamientos de bolas y de rodillos, se utilizan ampliamente para reducir la fricción en las máquinas.

Estos tipos de fricción se denominan fricción seca. Sabemos por qué el libro no cae de la mesa. Pero, ¿qué impide que se resbale si la mesa está ligeramente inclinada? ¡Nuestra respuesta es la fricción! Intentaremos explicar la naturaleza de la fuerza de fricción.

A primera vista, es muy sencillo explicar el origen de la fuerza de fricción. Después de todo, la superficie de la mesa y la portada del libro son rugosas. Esto se puede sentir al tacto y al microscopio se puede ver que la superficie de un cuerpo sólido se parece mucho a un país montañoso. Innumerables protuberancias se pegan entre sí, se deforman ligeramente y evitan que el libro se deslice. Por tanto, la fuerza de fricción estática es causada por las mismas fuerzas de interacción molecular que la elasticidad ordinaria.

Si aumentamos la inclinación de la mesa, el libro empezará a deslizarse.

Obviamente, esto comienza a "desprender" los tubérculos, rompiendo los enlaces moleculares que no pueden soportar el aumento de carga. La fuerza de fricción todavía actúa, pero será la fuerza de fricción por deslizamiento. No es difícil detectar el "astillado" de los tubérculos. El resultado de este “astillado” es el desgaste de las piezas en fricción.

Parecería que cuanto más se pulen las superficies, menor debería ser la fuerza de fricción. Hasta cierto punto esto es cierto. El rectificado reduce, por ejemplo, la fuerza de fricción entre dos barras de acero. ¡Pero no infinitamente! La fuerza de fricción comienza repentinamente a aumentar a medida que aumenta aún más la suavidad de la superficie. Esto es inesperado, pero aún así comprensible.

A medida que las superficies se alisan, se acercan cada vez más entre sí.

Sin embargo, mientras la altura de las irregularidades supere varios radios moleculares, no existe fuerza de interacción entre las moléculas de las superficies vecinas. Después de todo, se trata de fuerzas de muy corto alcance. Cuando se alcanza una cierta perfección de pulido, las superficies se acercan tanto que entran en juego las fuerzas adhesivas de las moléculas. Comenzarán a evitar que las barras se muevan entre sí, lo que proporciona la fuerza de fricción estática. Cuando las barras lisas se deslizan, los enlaces moleculares entre sus superficies se rompen, del mismo modo que los enlaces dentro de los propios tubérculos se rompen en las superficies rugosas. La ruptura de enlaces moleculares es la principal diferencia entre fuerzas de fricción y fuerzas elásticas. Cuando surgen fuerzas elásticas, tales rupturas no ocurren.

Por esta razón, las fuerzas de fricción dependen de la velocidad.

A menudo, los libros populares y las historias de ciencia ficción pintan la imagen de un mundo sin fricciones. De esta manera podrá mostrar muy claramente tanto los beneficios como los daños de la fricción. Pero no debemos olvidar que la fricción se basa en las fuerzas eléctricas de interacción entre moléculas. La destrucción de la fricción significaría en realidad la destrucción fuerzas electricas, por tanto, la inevitable desintegración completa de la sustancia.

Pero el conocimiento sobre la naturaleza de la fricción no nos llegó por sí solo. Esto fue precedido por una gran trabajo de investigacion científicos experimentales durante varios siglos. No todos los conocimientos se arraigaron fácil y simplemente; muchos requirieron repetición; controles experimentales, evidencia. Las mentes más brillantes de los últimos siglos han estudiado la dependencia del módulo de fuerza de fricción de muchos factores: del área de contacto de las superficies, del tipo de material, de la carga, de las irregularidades y rugosidades de la superficie, de la velocidad relativa de movimiento de los cuerpos. Los nombres de estos científicos: Leonardo da Vinci, Amonton, Leonard Euler, Charles Coulomb son los más nombres famosos, pero también había trabajadores comunes de la ciencia. Todos los científicos que participaron en estos estudios realizaron experimentos en los que se trabajó para superar la fuerza de fricción.

Antecedentes históricos

Era el año 1500. El gran artista, escultor y científico italiano Leonardo da Vinci realizó extraños experimentos que sorprendieron a sus alumnos.

Arrastró por el suelo una cuerda muy retorcida o la misma cuerda en toda su longitud. Le interesaba la respuesta a la pregunta: ¿la fuerza de fricción por deslizamiento depende del área de los cuerpos que se tocan en movimiento? Los mecánicos de esa época estaban profundamente convencidos de que cuanto mayor era el área de contacto, mayor era la fuerza de fricción. Razonaron más o menos así: cuantos más puntos, mayor será el poder. Es bastante obvio que en una superficie más grande habrá más puntos de contacto, por lo que la fuerza de fricción debería depender del área de los cuerpos que se frotan.

Leonardo da Vinci dudó y comenzó a realizar experimentos. Y llegué a una conclusión sorprendente: la fuerza de fricción por deslizamiento no depende del área de los cuerpos en contacto. En el camino, Leonardo da Vinci estudió la dependencia de la fuerza de fricción del material del que están hechos los cuerpos, de la magnitud de la carga sobre estos cuerpos, de la velocidad de deslizamiento y del grado de suavidad o rugosidad de su superficie. Obtuvo los siguientes resultados:

No depende de la zona. No depende del material. Depende de la carga (en proporción a ella). No depende de la velocidad de deslizamiento. Depende de la rugosidad de la superficie.

1699 El científico francés Amonton, como resultado de sus experimentos, respondió las mismas cinco preguntas. Para los tres primeros, lo mismo, para el cuarto, depende. Del quinto, no depende. Funcionó y Amonton lo confirmó. conclusión inesperada Leonardo da Vinci sobre la independencia de la fuerza de fricción del área de los cuerpos en contacto. Pero al mismo tiempo no estaba de acuerdo con él en que la fuerza de fricción no depende de la velocidad de deslizamiento; Creía que la fuerza de fricción por deslizamiento depende de la velocidad, pero no estaba de acuerdo en que la fuerza de fricción dependa de la rugosidad de las superficies.

Durante los siglos XVIII y XIX se produjeron hasta una treintena de estudios sobre este tema. Sus autores coincidieron en una sola cosa: la fuerza de fricción es proporcional a la fuerza de presión normal que actúa sobre los cuerpos en contacto. Pero no hubo acuerdo sobre otros temas. El hecho experimental siguió desconcertando incluso a los científicos más destacados: la fuerza de fricción no depende del área de los cuerpos que se frotan.

1948 Leonhard Euler, miembro de pleno derecho de la Academia de Ciencias de Rusia, publicó sus respuestas a cinco preguntas sobre la fricción. Los tres primeros fueron iguales a los anteriores, pero en el cuarto coincidió con Amont, y en el quinto, con Leonardo da Vinci.

1779 En relación con la introducción de máquinas y mecanismos en la producción, existe una necesidad urgente de un estudio más profundo de las leyes de la fricción. El destacado físico francés Coulomb se dedicó a resolver el problema de la fricción y le dedicó dos años. Realizó experimentos en un astillero en uno de los puertos de Francia.

Colgante respondió todas las preguntas: sí. La fuerza de fricción total, en cierta medida, todavía depende del tamaño de las superficies de los cuerpos que se frotan, es directamente proporcional a la fuerza de presión normal, depende del material de los cuerpos en contacto, depende de la velocidad de deslizamiento y del grado. de suavidad de las superficies de fricción. Posteriormente, los científicos se interesaron por la cuestión de la influencia de la lubricación y se identificaron los tipos de fricción: líquida, pura, seca y límite.

Respuestas correctas

La fuerza de fricción no depende del área de los cuerpos en contacto, sino del material de los cuerpos: cuanto mayor es la fuerza de presión normal, mayor es la fuerza de fricción. Medidas precisas Demuestre que el módulo de la fuerza de fricción por deslizamiento depende del módulo de la velocidad relativa.

La fuerza de fricción depende de la calidad del procesamiento de las superficies de fricción y del consiguiente aumento de la fuerza de fricción. Si pule cuidadosamente las superficies de los cuerpos en contacto, aumenta el número de puntos de contacto con la misma fuerza de presión normal y, por lo tanto, aumenta la fuerza de fricción.

La fricción está asociada con la superación de los enlaces moleculares entre cuerpos en contacto.

El papel de las fuerzas de fricción.

En tecnología y la vida cotidiana Las fuerzas de fricción juegan un papel muy importante. En algunos casos, las fuerzas de fricción son beneficiosas, en otros son perjudiciales. La fuerza de fricción mantiene clavados clavos, tornillos y tuercas; sujeta hilos en la tela, hace nudos, etc. Sin fricción, sería imposible coser ropa, montar una máquina o armar una caja.

La presencia de fricción estática permite que una persona se mueva sobre la superficie de la Tierra. Mientras camina, una persona empuja la Tierra hacia atrás y la Tierra empuja a la persona hacia adelante con la misma fuerza. La fuerza que mueve a una persona hacia adelante es igual a la fuerza de fricción estática entre la planta del pie y la Tierra.

Cómo hombre más fuerte Cuanto más empuja la Tierra hacia atrás, mayor es la fuerza de fricción estática aplicada a la pierna y más rápido se mueve la persona.

Cuando una persona empuja la Tierra con una fuerza mayor que la fuerza de fricción estática máxima, la pierna se desliza hacia atrás, dificultando el caminar. Recordemos lo difícil que es caminar sobre hielo resbaladizo. Para facilitar la marcha, es necesario aumentar la fricción estática. Para ello, la superficie resbaladiza se rocía con arena. Lo mismo se aplica al movimiento de una locomotora o un coche eléctrico. Las ruedas conectadas al motor se llaman ruedas motrices.

Cuando la rueda motriz, con la fuerza generada por el motor, empuja el carril hacia atrás, una fuerza igual a la fricción estática y aplicada al eje de la rueda mueve la locomotora o vagón eléctrico hacia adelante. Por tanto, la fricción entre la rueda motriz y el carril o la Tierra es beneficiosa. Si es pequeño, la rueda patina y la locomotora eléctrica o el vagón se detiene. La fricción, por ejemplo, entre las partes móviles de una máquina en funcionamiento es perjudicial.

La fricción también se utiliza para mantener los cuerpos en reposo o detenerlos si están en movimiento.

INFORME DEL GRUPO CONSTRUCTOR

Metas: crear experimentos de demostración; explicar los resultados de los fenómenos observados.

experiencia de fricción

Después de estudiar la literatura, seleccionamos varios experimentos que decidimos realizar nosotros mismos. Diseñamos experimentos, construimos instrumentos y tratamos de explicar los resultados de nuestros experimentos. Como instrumentos y herramientas llevamos: 2 trípodes, un libro, un bloque, 2 lápices, cinta adhesiva, 2 huevos, uno cocido y otro crudo, cordones.

Experiencia número 1

RODABLE Y DESLIZANTE
Coloque el libro en ángulo y coloque un lápiz sobre él. ¿Se deslizará o no?
Depende de cómo lo pongas. Si lo coloca a lo largo de una pendiente, el lápiz no se deslizará incluso en una pendiente grande. ¿Y si al otro lado?
¡Vaya, qué paseo! Especialmente si es redondo y no hexagonal.

Puedes decir: ¡gran cosa, yo también tengo experiencia científica! ¿Qué tiene de interesante?
Lo interesante de este experimento es que cuando el lápiz rueda, la fricción es mucho menor que cuando se arrastra. Rodar es más fácil que arrastrar. O, como dicen los físicos, la fricción por rodadura es menor que la fricción por deslizamiento.
Por eso la gente inventó las ruedas. En la antigüedad no existían ruedas e incluso en verano transportaban cargas en trineos. Hay una imagen tallada en la pared de un antiguo templo en Egipto: una enorme estatua de piedra es transportada por el suelo en un trineo.

FRENO EN EL HUEVO
Cuelga un huevo crudo de un hilo fino. Para evitar que el cordón se deslice del huevo vertical, utilice una tirita adhesiva, pegando pequeños trozos en los lugares donde se encuentra el cordón.
Cuelga un huevo duro cerca. Gire cada cordón con un huevo en una dirección la misma cantidad de vueltas. Cuando los cordones estén retorcidos, suelta los huevos al mismo tiempo. Verás que un huevo cocido se comporta diferente que uno crudo: gira mucho más rápido. En un huevo crudo, su clara y yema intentan mantener un estado estacionario (aquí es donde se manifiesta su inercia) y por su fricción contra la cáscara ralentizan su rotación.
En un huevo cocido, la clara y la yema ya no son sustancias líquidas y, junto con la cáscara, parecen un todo, por lo que no se produce frenado y el huevo gira más rápido.
Este experimento se puede realizar sin colgar los huevos: basta con enrollarlos con los dedos en un plato grande.

Conclusiones basadas en los resultados del proyecto.

Descubrimos que la gente utiliza desde hace mucho tiempo los conocimientos adquiridos experimentalmente sobre el fenómeno de la fricción. A partir de los siglos XY - XYI, el conocimiento sobre este fenómeno se ha vuelto científico: se han realizado experimentos para determinar la dependencia de la fuerza de fricción de muchos factores y se han identificado patrones.

Ahora sabemos exactamente de qué depende la fuerza de fricción y qué no la afecta. Más concretamente, la fuerza de fricción depende de: la carga o peso corporal; del tipo de superficies de contacto; sobre la velocidad del movimiento relativo de los cuerpos; del tamaño de las irregularidades o rugosidades de la superficie. Pero no depende de la zona de contacto.

Ahora podemos explicar todos los patrones de la estructura de la materia observados en la práctica por la fuerza de interacción entre moléculas.

Realizamos una serie de experimentos, realizamos aproximadamente los mismos experimentos que los científicos y obtuvimos aproximadamente los mismos resultados. Resultó que experimentalmente confirmamos todas las afirmaciones que hicimos.

Hemos creado una serie de experimentos para ayudar a comprender y explicar algunas observaciones "difíciles".

Pero, probablemente, lo más importante es que nos dimos cuenta de lo maravilloso que es adquirir conocimientos nosotros mismos y luego compartirlos con los demás.

Referencias

Gromov: libro de texto. para 7mo grado M, Ilustración, 2000

¿Qué es la fricción?, 2ª ed., M., 1963;

Lepra de la mecánica y la tecnología. – M.: Educación, 1993

Curso interactivo “Física, grados 7-11” para estudiantes y profesores de escuelas, liceos, gimnasios, colegios y para autoestudio física. "Physicon" 2005.

Perishkin. 7mo grado Libro de texto - M.: Avutarda, 1999

Física entretenida. - M.: Educación 1987.

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los gatos tienen cuatro patas // Ciencia y Vida, 2007, No. 11

Exploro el mundo: Enciclopedia infantil: Física./Compilado por M.: AST"

Escuela virtual “Cirilo y Metodio”, 2000. “Lecciones de física de Cirilo y Metodio.

Todos los movimientos de los cuerpos en contacto entre sí siempre ocurren con fricción: el eje de la rueda experimenta fricción en el cojinete y su llanta experimenta fricción en el riel; la puerta se abre con un chirrido, lo que indica fricción en las bisagras; Una bola que rueda sobre una mesa horizontal se detiene bajo la influencia de las fuerzas de fricción de la rodadura. Cuando estudiamos el movimiento de un cuerpo y excluimos la fricción de nuestra consideración, al mismo tiempo que simplificamos el problema, al mismo tiempo distorsionamos en un grado u otro el estado real de las cosas. En todos los experimentos que citamos para ilustrar las leyes del movimiento, asumimos que no había fricción. En realidad, las fuerzas de fricción siempre influyen en mayor o menor medida en la naturaleza del movimiento.

El papel de la fricción no siempre se limita a inhibir los movimientos de los cuerpos. En muchos casos, el movimiento, como por ejemplo caminar, sólo es posible gracias a la acción de fuerzas de fricción, en particular la fricción estática. Cuando caminamos, colocamos los pies en el suelo de tal forma que tendrían que deslizarse hacia atrás si no existiera la fuerza de fricción estática (de hecho, cuando intentamos caminar sobre hielo suave, luego las piernas se deslizan hacia atrás). Dado que la fuerza de fricción estática actúa en dirección opuesta a aquella en la que debería producirse el deslizamiento, se produce una fuerza de fricción estática dirigida hacia adelante. Imparte aceleración hacia adelante al cuerpo humano.

La situación es aproximadamente la misma en todos los vehículos autopropulsados ​​(bicicleta, automóvil, locomotora eléctrica). El motor del carro hace girar las ruedas motrices. Si no hubiera fuerza de fricción estática, entonces el carro permanecería en su lugar y las ruedas comenzarían a deslizarse, de modo que los puntos de la rueda que se tocan en en este momento al suelo o a los rieles, se deslizarían hacia atrás. La fuerza de fricción estática resultante que actúa sobre las ruedas desde el suelo se dirige hacia adelante e imparte aceleración al vehículo o, al equilibrar otras fuerzas que actúan sobre el vehículo, mantiene su movimiento uniforme. Si esta fuerza de fricción es insuficiente (por ejemplo, sobre hielo), la tripulación no se mueve y las ruedas patinan. Por el contrario, si un carro en movimiento cuyas ruedas están girando desacelera la rotación de las ruedas sin disminuir la velocidad del carro mismo, entonces, en ausencia de fuerzas de fricción, las ruedas comenzarían a deslizarse hacia adelante a lo largo del suelo; Esto significa que en realidad existe una fuerza de fricción dirigida hacia atrás. En esto se basa la acción de los frenos.

Si un tren está conectado a una locomotora eléctrica, tan pronto como la locomotora eléctrica avance, el acoplamiento se estirará y surgirá una fuerza elástica del acoplamiento que actuará sobre el tren: esta es la fuerza de tracción. Si aumenta la fuerza que actúa sobre las ruedas desde el motor, también aumentará la fuerza de fricción estática y, por tanto, la fuerza de tracción. La mayor fuerza de tracción es igual a la mayor fuerza de fricción estática de las ruedas motrices. Con un aumento adicional de la fuerza del motor, las ruedas comenzarán a patinar y la tracción puede incluso disminuir.

Nada menos papel importante Las fuerzas de fricción estáticas también actúan en vehículos no autopropulsados. Echemos un vistazo más de cerca al movimiento de un caballo tirando de un trineo (Fig. 72). El caballo coloca las patas y tensa los músculos de tal forma que, en ausencia de fuerzas de fricción en reposo, las patas se deslizarían hacia atrás. En este caso, surgen fuerzas de fricción estáticas dirigidas hacia adelante. En un trineo, que el caballo tira con fuerza hacia adelante a través de las vías, actúa desde el suelo una fuerza de fricción deslizante dirigida hacia atrás. Para que el caballo y el trineo ganen aceleración, es necesario que la fuerza de fricción de los cascos del caballo sobre la superficie de la carretera sea mayor que la fuerza de fricción que actúa sobre el trineo. Sin embargo, no importa cuán grande sea el coeficiente de fricción de las herraduras sobre el suelo, la fuerza de fricción estática no puede ser más que eso la fuerza que se suponía debía hacer que los cascos se deslizaran (§ 64), es decir, la fuerza de los músculos del caballo. Por lo tanto, incluso cuando las patas del caballo no se deslizan, a veces todavía no puede mover el pesado trineo. Al moverse (cuando comienza el deslizamiento), la fuerza de fricción disminuye ligeramente; por lo tanto, a menudo basta con ayudar al caballo a mover el trineo para que luego pueda transportarlo.

66.1. Explique el papel de las fuerzas de fricción en la transmisión del movimiento de una polea a otra a través de una correa de transmisión.