La friction est un phénomène que nous rencontrons tout le temps dans la vie de tous les jours. Il est impossible de déterminer si le frottement est nocif ou bénéfique. Faire ne serait-ce qu'un pas sur de la glace glissante semble être une tâche difficile; marcher sur une surface d'asph alte rugueuse est un plaisir. Les pièces de voiture sans lubrification s'usent beaucoup plus rapidement.
L'étude du frottement, la connaissance de ses propriétés de base permet à une personne de l'utiliser.
La force de frottement en physique
La force résultant du mouvement ou de la tentative de mouvement d'un corps sur la surface d'un autre, dirigée contre la direction du mouvement, appliquée aux corps en mouvement, est appelée force de frottement. Le module de la force de frottement, dont la formule dépend de nombreux paramètres, varie selon le type de résistance.
On distingue les types de frottement suivants:
• repos;
• feuillet;
• rouler.
Toute tentative de déplacer un objet lourd (armoire, pierre) de sa place entraîne une tension de la force d'une personne. En même temps, il n'est pas toujours possible de mettre l'objet en mouvement. La friction du repos interfère avec cela.
Etat de repos
Formule de calcul de la force de frottement statiquene permet pas de le déterminer avec suffisamment de précision. En vertu de la troisième loi de Newton, l'amplitude de la force de résistance statique dépend de la force appliquée.
Plus la force augmente, plus la force de frottement augmente.
0 < Fproblème de repos < Fmax
La friction de repos empêche les clous enfoncés dans le bois de tomber; les boutons cousus avec du fil sont bien maintenus en place. Fait intéressant, c'est la résistance du repos qui permet à une personne de marcher. De plus, il est dirigé dans le sens du mouvement humain, ce qui contredit l'état général des choses.
Phénomène de glissement
Lorsque la force externe qui déplace le corps augmente jusqu'à la valeur de la plus grande force de frottement statique, il commence à bouger. La force de frottement par glissement est prise en compte dans le processus de glissement d'un corps sur la surface d'un autre. Sa valeur dépend des propriétés des surfaces en interaction et de la force de l'action verticale sur la surface.
Formule de calcul de la force de frottement par glissement: F=ΜP, où Μ est le coefficient de proportionnalité (frottement par glissement), P est la force de pression verticale (normale).
L'une des forces motrices est la force de frottement de glissement dont la formule s'écrit à partir de la force de réaction du support. En raison de l'accomplissement de la troisième loi de Newton, les forces de pression normale et la réaction du support sont de même amplitude et de sens opposé: Р=N.
Avant de trouver la force de frottement, dont la formule prend une forme différente (F=M N), déterminez la force de réaction.
Le coefficient de résistance au glissement est introduit expérimentalement pour deux surfaces frottantes, dépend de la qualité de leur traitement et de leur matériau.
Table. La valeur du coefficient de résistance pour différentes surfaces
| pp | Surfaces en interaction | Valeur du coefficient de frottement par glissement |
| 1 | Acier+glace | 0, 027 |
| 2 | Chêne+chêne | 0, 54 |
| 3 | Cuir+fonte | 0, 28 |
| 4 | Bronze+fer | 0, 19 |
| 5 | Bronze+fonte | 0, 16 |
| 6 | Acier+acier | 0, 15 |
La plus grande force de frottement statique, dont la formule a été écrite ci-dessus, peut être déterminée de la même manière que la force de frottement de glissement.
Cela devient important lors de la résolution de problèmes pour déterminer la force de la résistance à la conduite. Par exemple, un livre, qui est déplacé par une main pressée par le haut, glisse sous l'action de la force de résistance au repos qui apparaît entre la main et le livre. La quantité de résistance dépend de la valeur de la force de pression verticale sur le livre.
Phénomène de roulis
La transition de nos ancêtres des drags aux chars est considérée comme révolutionnaire. L'invention de la roue est la plus grande invention de l'humanité. Le frottement de roulement qui se produit lorsqu'une roue se déplace sur une surface est nettement inférieur en amplitude à la résistance au glissement.
L'émergence des forces de frottement de roulement est associée aux forces de pression normale des roues sur la surface, a une nature qui la distingue du glissement. En raison d'une légère déformation de la roue, différentes forces de pression apparaissent au centre de la zone formée et le long de ses bords. Cette différence de forces détermine l'occurrence de la résistance au roulement.
La formule de calcul de la force de frottement de roulement est généralement prise de la même manière que le processus de glissement. La différence ne se voit que dans les valeurs du coefficient de traînée.
La nature de la résistance
Lorsque la rugosité des surfaces de frottement change, la valeur de la force de frottement change également. À fort grossissement, deux surfaces en contact ressemblent à des bosses avec des pics pointus. Lorsqu'elles sont superposées, ce sont les parties saillantes du corps qui sont en contact les unes avec les autres. La surface totale de contact est insignifiante. Lors du déplacement ou de la tentative de déplacement des corps, les "pics" créent une résistance. L'amplitude de la force de frottement ne dépend pas de la surface des surfaces de contact.
Il semble que deux surfaces parfaitement lisses ne devraient rencontrer absolument aucune résistance. En pratique, la force de frottement dans ce cas est maximale. Cet écart s'explique par la nature de l'origine des forces. Ce sont des forces électromagnétiques agissant entre les atomes de corps en interaction.
Les processus mécaniques qui ne s'accompagnent pas de friction dans la nature sont impossibles, car la capacité de "s'éteindre"il n'y a pas d'interaction électrique entre les corps chargés. L'indépendance des forces de résistance par rapport à la position mutuelle des corps nous permet de les appeler non-potentiels.
Il est intéressant de noter que la force de frottement, dont la formule change en fonction de la vitesse des corps en interaction, est proportionnelle au carré de la vitesse correspondante. Cette force inclut la force de résistance visqueuse dans un fluide.
Mouvement dans les liquides et les gaz
Le mouvement d'un corps solide dans un liquide ou un gaz, liquide près d'une surface solide s'accompagne d'une résistance visqueuse. Son apparition est associée à l'interaction de couches de fluide entraînées par un corps solide en cours de mouvement. Différentes vitesses de couche sont une source de frottement visqueux. La particularité de ce phénomène est l'absence de frottement statique fluide. Quelle que soit l'ampleur de l'influence externe, le corps commence à bouger lorsqu'il est dans le liquide.
Selon la vitesse du mouvement, la force de résistance est déterminée par la vitesse du mouvement, la forme du corps en mouvement et la viscosité du fluide. Le mouvement dans l'eau et l'huile d'un même corps s'accompagne d'une résistance de grandeur différente.
Pour les faibles vitesses: F=kv, où k est le facteur de proportionnalité dépendant des dimensions linéaires du corps et des propriétés du milieu, v est la vitesse du corps.
La température du fluide affecte également la friction dans celui-ci. Par temps de gel, la voiture est réchauffée afin que l'huile se réchauffe (sa viscosité diminue) et contribue à réduire la destruction des pièces du moteur en contact.
Accélérer le déplacement
Une augmentation significative de la vitesse du corps peut provoquer l'apparition d'écoulements turbulents, tandis que la résistance augmente considérablement. Les valeurs sont: le carré de la vitesse de déplacement, la densité du milieu et la surface du corps. La formule de la force de friction prend une forme différente:
F=kv2, où k est le facteur de proportionnalité dépendant de la forme du corps et des propriétés du milieu, v est la vitesse du corps.
Si le corps est profilé, les turbulences peuvent être réduites. La forme du corps des dauphins et des baleines est un exemple parfait des lois de la nature qui affectent la vitesse des animaux.
Approche énergétique
Faire le travail de mouvement du corps est entravé par la résistance de l'environnement. Lorsqu'ils utilisent la loi de conservation de l'énergie, ils disent que la variation de l'énergie mécanique est égale au travail des forces de frottement.
Le travail de la force est calculé par la formule: A=Fscosα, où F est la force sous laquelle le corps se déplace d'une distance s, α est l'angle entre les directions de la force et du déplacement.
De toute évidence, la force de résistance est opposée au mouvement du corps, d'où cosα=-1. Le travail de la force de frottement, dont la formule est Atr=- Fs, la valeur est négative. Dans ce cas, l'énergie mécanique est convertie en énergie interne (déformation, échauffement).
