Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Соотношение (18.3) между массой и весом тела дает способ сравнения масс тел путем взвешивания — отношение весов тел, определенных в одинаковых условиях (обычно при W = O) в одной и той же точке земной поверхности, равно отношению масс этих тел:
Gj • ^2 • • • • • TTi^ • tit% ¦ m3 • ¦ • •
64
Как будет показано в § 47, ускорение свободного падения g и сила тяжести P зависят от широты местности. Кроме того, Pag зависят также от высоты над уровнем моря — с удалением от центра Земли они уменьшаются.
§ 19. Силы трения
Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) носит название внутреннего трения.
Силу трения, возникающую при движении твердого тела относительно жидкой или газообразной среды, следует отнести к категории сил внутреннего трения, поскольку в этом случае слои среды, непосредственно соприкасающиеся с телом, вовлекаются им в движение с той же скоростью, какую имеет тело, и на движение чела оказывает влияние трение между этими и внешними но отношению к ним слоями среды.
Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой, а также между слоями такой среды называется вязким (или жидким).
Применительно к сухому трению различают трение скол ь-ж е н її я и трение качения.
Силы трения направлены по касательной к трущимся поверхностям (или слоям), причем так, что они противодействуют относительному смещению этих поверхностей (слоев). Если, например, два слоя жидкости скользят друг по другу; двигаясь с различной скоростью, то сила, приложенная к более быстро движущемуся слою, направлена в сторону, противоположную движению, а сила, действующая на слой, движущийся медленнее, направлена в сторону движения слоя.
Сухое трение. В случае сухого трения сила трения возникает не только при скольжении одной поверхности но другой, но также и при попытках вызвать такое
5 И. В. Савельев, т. 1
65
fn
frp
Рис. 45.
скольжение. В последнем случае она называется силой трения покоя. Рассмотрим два соприкасающихся тела 1 и 2, из которых последнее закреплено неподвижно (рис. 45). Тело 1 прижимается к телу 2 силой f„, направленной по нормали к поверхности соприкосновения тел. Она называется силой нормального давления и может быть обусловлена весом тела или другими причинами. Попытаемся переместить тело 1, подействовав на него внешней силой f. При этом обнаружится, что для каждой конкретной пары тел и каждого значения силы нормального давления имеется определенное минимальное значение /о силы f, при котором тело 1 удается сдвинуть с места. При значениях внешней силы, заключенных в пределах 0 < / < /о, тело остается в покое. По второму закону Ньютона это возможно f
в том случае, если сила f уравновешивается равной ей по величине и противоположно направленной силой, которая и есть сила трения покоя fTp (см. рис. 45). Она автоматически ') принимает значение, равное величине внешней СИЛЫ f (при условии, ЧТО 0J. последняя не превосходит W-Легко видеть, что /о представляет собой наибольшее значение силы трения покоя.
Отметим, что в соответствии с третьим законом Ныотона на тело 2 также действует сила трения покоя Kp (на рис. 45 показана пунктиром),^равная по величине силе fTp, но имеющая противоположное ей направление.
а)
Г + f0
*0
Рис. 46.
‘) Это происходит подобно тому, как пружина под действием растягивающей силы «автоматически» приобретает такое удлинение, при котором упругая сила точно уравновешивает внешнюю силу.
66
Если внешняя сила f превзойдет по величине fa, тело начинает скользить, причем его ускорение определяется результирующей двух сил: внешней f и силы трения скольжения fTp, величина которой в той или иной мере зависит от скорости скольжения. Характер этой зависимости определяется природой и состоянием трущихся поверхностей. Чаще всего встречающийся вид зависим мости силы трения от скорости показан на рис. 46 (по осям отложены проекции силы трения и скорости на направление, вдоль которого происходит скольжение; обе эти проекции имеют, очевидно, противоположные знаки). График охватывает как случай покоя, так и случай скольжения. Сила трения покоя, как уже отмечалось, может иметь значения в пределах от нуля до /о, что отражено на графике вертикальным отрезком. Сила трения скольжения с увеличением скорости вначале несколько убывает, причем так, что при стремлении v к нуліо ее величина стремится к f0. При дальнейшем увеличении скорости она начинает возрастать.
В случаях, когда состояние и природа поверхностей не изменяются 1J, сила трения скольжения оказывается практически не зависящей от скорости и равной максимальному значению силы трения покоя /0 (рис. 46,6).
Законы сухого трения сводятся к следующему: максимальная сила трения покоя, а также сила трения скольжения не зависят от величины поверхности соприкосновения трущихся тел и оказываются приблизительно пропорциональными величине силы нормального давления f„, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу:
