Силы трения

Силы действия среды

Силы действия среды

Спортсмену нередко приходится преодолевать сопротивление воз­духа или воды. Среда, в которой движется человек, оказывает свое действие на его тело. Это действие может быть статическим (выталкивающая сила) и динамическим (лобовое сопротивле­ние, нормальная реакция опоры).

Выталкивающая сила — это мера действия среды на погруженное в нее тело. Она измеряется весом вытесненного объема жидкости и направлена вверх

Если выталкивающая сила Q больше силы тяжести тела G, то тело всплывает. Если же сила тяжести тела больше вытал­кивающей силы, то оно тонет.

Лобовое сопротивление — это сила, с которой среда препятствует движению тела относительно нее. Величина лобового сопротивления (R x) зависит от площади поперечного сечения тела, его обтекаемо­сти, платности и вязкости среды, а также относительной скорости тела

Изменяя площадь поперечного сечения тела, можно изменить и действие среды. Так, у лыжника при спуске с горы в высокой стойке

эта площадь почти в 3 раза больше, чем в низкой стойке. Значит, сопротивление воздуха при спуске можно изменять почти в 3 раза. Принимая в воде позы с лучшей обтекаемостью, нужно уменьшать сопротивление воды. Как известно, с увеличением скорости передви­жения сопротивление воды или воздуха резко увеличивается (примерно пропорционально квадрату скорости).

Нормальная реакция среды — это сила, действующая со стороны среды на тело, расположенное под углом к направлению его движения. Она зависит от тех же факторов, что и лобовое сопротивление:

Нормальная реакция среды при гребке направлена перпендикулярно силе лобового сопротивления.

С нормальной реакцией среды как с подъемной силой приходится считаться (например, пловцу во время продвижения по дистанции, прыгуну на лыжах с трамплина во время полета в воздухе).

Силы трения

Абсолютно гладких поверхностей опоры практически не сущес­твует. Между телом человека и опорой при движении по ней всегда возникает трение.

Сила трения — это мера противодействия движущемуся телу, направленного по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сила трения считается равной произведению нормального давления на коэффициент трения:

Т= N * k; [Т] = ML * (T в -2 степени)

где ктр — коэффициент трения

Как видно из формулы, коэффициент трения — это отношение силы трения к силе нормального давления (прижимающей силе), которая прижимает трущиеся тела друг к другу:

Это справедливо для трения сколь­жения, когда одно тело перемещается относительно другого, не теряя контак­та с ним, скользит по нему. Сила трения в этом случае динамическая. Если же одно тело не может скользить по дру­гому, сдвигающая сила не может сдви­нуть его, значит, сила трения удержи­вает тело в неподвижности. Такая сила трения называется статической (или силой трения скольжения покоя). По третьему закону Ньютона статиче­ская сила трения равна сдвигающей силе.

Предел, до которого может увели­чиваться статическая сила трения, называется предельной силой трения скольжения покоя. Она равна произве­дению нормального давления на стати­ческий коэффициент трения сколь­жения:

T=N*k

Следовательно, ста­тический коэффициент тре­ния скольжения равен отноше­нию статической силы трения скольже­ния (предельной) к силе нормального

давления; можно сказать иначе: это отношение сдвигающей силы к прижимающей.

Механизм трения скольжения объясняют зацеплением неровностей поверхностей скользящих тел друг за друга (механическая теория), а также молекулярным сцеплением, когда гладкие поверхности обес­печивают плотный контакт тел (молекулярная теория). При смазке неровности поверхности «сглаживаются».

Второй вид трения, отличающийся от трения скольжения, прояв­ляется при качении, когда точки соприкосновения тел все время сменяются (точки покрышки велосипеда и места его опоры на до­рожке). Механизм трения качения объясняют деформацией соприкасающихся тел. Колесо как бы вдавливается в опору, образуя ямку, через край которой колесу все время приходится перекатываться. Коэффициент трения качения вычисляют как отношение момента движущей силы к моменту трения (N сила нормального давления, умноженная на ее плечо относительно края ямки — к к). Плечо силы N, затрудняющей «выкатывание» из ямки, и есть коэффициент трения качения (его размерность — L).

Третий вид трения проявляется, когда между трущимися поверх­ностями имеется неподвижная точка. Это трение верче­ния — движение происходит вокруг этой точки. Так, стопа при оттал­кивании от опоры, если на подошве обуви нет шипов, вращается относительно грунта. У метателя молота на подошве обуви имеется один шип, верчение происходит при повороте вокруг шипа.

Силы трения, направленные навстречу движению, тормозят его. Они вызывают отрицательное ускорение, совершают отрицательную работу. Силы трения, направленные одинаково с движением, не создают положительного ускорения, не совершают положительной работы, а только не дают точке контакта движущегося тела «про­скальзывать» назад.

Дата добавления: 2015-05-09