Сила трения. Трение скольжения и трение покоя

Это опорный конспект уроков по физике в 7 классе по теме «Сила трения. Трение скольжения и трение покоя. Трение в природе и технике».
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ конспектов.
ФОП ООО 3.8. Сила трения. Трение скольжения и трение покоя. Трение в природе и технике. 3.11. Физические явления в природе: примеры движения с различными скоростями в живой и неживой природе, действие силы трения в природе и технике.
ОГЭ 1.12. Трение покоя и трение скольжения. Формула для вычисления модуля силы трения скольжения.

Что такое сила трения? Причины возникновения

Вы когда-нибудь пытались сдвинуть тяжёлый шкаф? Сначала он стоит «мёртво», сколько ни толкай. Но в какой-то момент он «срывается» и едет. Почему так? Между поверхностью шкафа и пола возникает сила, которая мешает движению. Эта сила направлена против движения (или против попытки движения). Она называется силой трения.

📌 Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух поверхностей и препятствующая их относительному движению.

Если посмотреть на гладкие поверхности через микроскоп, окажется, что они вовсе не гладкие! На них есть бугорки, царапинки, зазубрины.

• Причина №1 (Шероховатость): Эти бугорки цепляются друг за друга, как зацепки на одежде. Чем грубее поверхность, тем сильнее зацепление.
• Причина №2 (Молекулярное притяжение): Если отполировать поверхности до зеркального блеска и прижать их друг к другу в вакууме, они прилипнут! Молекулы разных тел начинают притягиваться на очень близком расстоянии. Это явление называется схватыванием.

Виды сухого трения

В физике различают три вида трения. Они сильно отличаются по величине.

Вид №1: Трение покоя (Самое сильное!). Это сила, которая удерживает шкаф на месте, пока вы его не сдвинули. Она равна силе, с которой вы толкаете, но направлена в обратную сторону. Как только ваша сила превысит максимальную силу трения покоя — шкаф поедет.

Секрет: Сила трения покоя всегда равна приложенной силе, пока тело не начало двигаться. Именно она позволяет нам стоять на месте и не соскальзывать.

Вид №2: Трение скольжения (Чуть слабее покоя). Это когда шкаф уже поехал. Сила трения скольжения обычно меньше, чем сила трения покоя. Поэтому сдвинуть с места тяжелее, чем потом тащить. Формула силы трения скольжения (вам пригодятся в 7-8 классе):

\( F_{тр} = \mu \cdot N \) (коэффициент трения умножить на силу давления на опору).

Вид №3: Трение качения (Самое слабое!). Это когда вы тащите тележку на колёсах. Она катится, а не скользит. В этом случае поверхности почти не цепляются друг за друга — колесо как бы перекатывается через бугорки.

Важнейший вывод: \( F{трения\,\,покоя} > F{трения\,\,скольжения} > F_{трения\,\,качения} \) (по величине). Именно поэтому человечество изобрело колесо!

Сила сопротивления в жидкости или газе

Это особый вид трения. Когда вы плывёте в воде или когда самолет летит в воздухе — среда оказывает сопротивление.

Особенности:

1. Она зависит от скорости (чем быстрее едешь, тем сильнее воздух или вода давит на тебя).
2. Она зависит от формы тела (обтекаемости). Именно поэтому рыбы имеют округлую форму, а самолёты — каплевидную. Это уменьшает сопротивление и позволяет тратить меньше топлива.

Трение в природе

Природа — великий инженер. Она использует трение и в помощь, и во вред живым организмам.

А) Трение и ходьба, лазанье, хватание. Если бы не было трения, мы бы не могли ходить — ноги просто скользили бы по полу, как по льду.

• У человека на подошвах есть складки и протектор.
• У кошек и обезьян на лапках есть шершавые подушечки, чтобы цепляться за ветки.
• Наши пальцы имеют отпечатки (папиллярные линии) — они увеличивают трение, чтобы мы могли удержать ложку или ручку.

Б) Слизь и трение. Рыбы покрыты слизью. Это не просто защита от бактерий, это естественная смазка! Слизь уменьшает трение о воду, позволяя рыбам плавать быстрее. А улитки ползают по собственной слизи, которая уменьшает трение о землю.

В) Строение суставов. Внутри наших суставов (локти, колени) есть синовиальная жидкость. Это биологическая смазка, которая уменьшает трение между костями. Если бы её не было, мы бы скрипели и стирали кости каждым шагом!

Ещё примеры действие силы трения в природе:

1. Присоски и лапки мухи. Мухи могут ходить по стеклу и потолку не из-за клея, а благодаря силам поверхностного притяжения и микроскопическим щетинкам на лапках. Трение позволяет им цепляться за гладкие поверхности.
2. Корни деревьев. Огромные деревья удерживаются в земле за счёт трения корней о почву. Ветер пытается свалить дерево, но сила трения (сцепление корней с грунтом) держит его десятилетиями.
3. Птичьи перья. Перья птиц сцеплены друг с другом микроскопическими крючочками. Если перо «расстегнулось», птица поправляет его клювом — трение между крючками создаёт единую гладкую поверхность, необходимую для полёта.
4. Змеи. Они ползают, отталкиваясь чешуйками от неровностей почвы. Если бы трения не было, змея просто скользила бы на месте.
5. Захват добычи. Хищники (волки, тигры) имеют шершавые подушечки лап, чтобы на бегу резко менять направление и не скользить на поворотах.

Трение в технике

В технике трение делят на «плохое» (когда оно мешает) и «хорошее» (когда оно помогает).

Где мы УВЕЛИЧИВАЕМ трение (сознательно):

• Автомобильные шины: У них есть протектор (глубокий рисунок). На сухой дороге работает трение покоя (шина не скользит по асфальту). На мокрой дороге протектор отводит воду, чтобы шина коснулась асфальта (иначе возникает аквапланирование — машина всплывает на плёнке воды, и трение исчезает).
• Тормозные колодки. В них сила трения — это друг! Когда вы нажимаете на педаль тормоза, колодки прижимаются к диску или барабану. Трение скольжения превращает кинетическую энергию движения в тепло (диски тормозов раскаляются докрасна!), и машина останавливается.
• Наждачная бумага и напильники. Обработка металла и дерева основана на трении абразивных частиц о материал.
• Спички. Чтобы зажечь спичку, нужно чиркнуть головкой о тёрку. Трение создаёт высокую температуру, и воспламеняется химический состав.
• Шипы на обуви для бега по льду.
• Вязание узлов: Когда вы затягиваете узел, сила трения между витками верёвки настолько велика, что узел не развязывается.

Где мы УМЕНЬШАЕМ трение (чтобы экономить энергию и не ломать механизмы):

• Подшипники (шариковые и роликовые). Это главное изобретение. Вместо того чтобы вал тёрся о корпус, он катится на шариках. Качение (как мы помним) требует в 20–30 раз меньшей силы, чем скольжение. Благодаря этому работают заводские станки, колеса поездов и вентиляторы.
• Смазочные материалы (масла, солидолы). Они создают тончайшую масляную плёнку между деталями. Трутся не сами металлы, а слои жидкости друг о друга — это гораздо слабее. Без масла двигатель автомобиля заклинил бы через 5 минут работы.
• Воздушная подушка (поезда и корабли). Самый крутой способ убрать трение — создать прослойку воздуха между телом и поверхностью. Поезд на воздушной подушке (например, магнитоплан или экраноплан) не касается рельсов, а парит над ними. Сопротивление становится минимальным, и поезд развивает скорость до 600 км/ч.
• Аэродинамический обтекатель. Чтобы уменьшить трение о воздух, самолёты и гоночные автомобили делают каплевидными, гладкими. Если сделать машину квадратной, воздух будет её сильно тормозить.
• Гидродинамика (лопасти кораблей). Чтобы уменьшить трение о воду, корпуса кораблей красят специальными «необрастающими» красками, чтобы к ним не прилипали водоросли и ракушки (которые сильно увеличивают шероховатость и трение).

Главный парадокс трения

Если бы трение исчезло вдруг на всей Земле:

1. Мы бы не смогли идти (ноги скользили бы).
2. Машины не могли бы ни разгоняться (колеса пробуксовывают), ни тормозить.
3. Все развязалось бы — шнурки, гайки, узлы.
4. Дома рухнули бы (гвозди держатся только за счёт трения!).
5. Мир превратился бы в абсолютный каток.

Но если бы трение стало слишком большим:

1. Всё бы скрипело и грелось.
2. Мы тратили бы огромное количество энергии, чтобы просто сдвинуть что-либо.
3. Детали машин мгновенно стирались бы в пыль.

Вывод: Трение — это баланс. Мы не можем его убрать, но мы научились им управлять: увеличивать там, где нужно держать (шины, подошвы), и уменьшать там, где нужно двигаться (подшипники, масло, воздушные подушки).

КОРОТКО О ГЛАВНОМ (ИТОГИ)

4. Сила трения возникает из-за неровностей поверхностей и молекулярного притяжения.
5. Сила трения всегда направлена против движения (или попытки движения).
6. Виды: Покой (самая большая) → Скольжение (средняя) → Качение (самая маленькая).
7. В жидкостях/газах трение называется сопротивлением и зависит от скорости и формы тела.
8. Увеличение трения: рифление, шипы, сухие поверхности.
9. Уменьшение трения: смазка, подшипники, воздушная подушка.
10. Без трения жизнь невозможна, но слишком много трения — тоже плохо.

❓ Вопрос на подумать (закрепим): Почему зимой шины машин делают шипованными?

⚡️ Смотрите также 3 видеоурока по теме конспекта. Воспроизведение плеера начнется с:
0:30:53 Движение шайбы по шероховатому асфальту
0:31:36 Различные виды трения
0:32:38 Подшипники

Вы смотрели конспект по физике для 7 класса «Сила трения. Трение скольжения и трение покоя». 

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике