Билет № 12

1)Сила трения. Природа силы трения. Роль силы трения.

Основная задача механики – определить координату и скорость тела в любой момент времени по известным начальным координате и скорости. Основную задачу механики напрямую решает кинематика – раздел механики, изучающий способы описания движения. Но кинематика не отвечает на вопрос о причинах изменения характера движения (изменение направления, скорости тела). На эти вопросы отвечает динамика – раздел механики, изучающий взаимодействие тел.

Взаимодействие тел характеризуется силами. Сила – векторная физическая величина, характеризующая взаимодействие тел. [F] = 1 Н (Ньютон). Сил в природе великое множество, но все они относятся к четырём типам взаимодействия: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому. Два последних – внутриядерные, к первому типу принадлежит только сила тяготения, а все остальные – электромагнитные.

Р ассмотрим рисунок 1. К телу, стоящему на опоре приложена сила F. Тело неподвижно, если эта сила невелика. Следовательно, на тело должна действовать ещё , как минимум одна сила, противоположная данной. Это сила трения. Сила трения возникает из-за неровности поверхностей соприкасающихся тел. При попытке сдвинуть верхнее тело по поверхности нижнего, неровности

р азрушаются. Так как разрушение – есть отрыв одних молекул от других, то сила трения – электромагнитная. Такое трение – сухое. Построим график зависимости силы сухого трения от внешней силы, приложенной к телу (рис.2). При небольшой внешней силе тело неподвижно, и, следовательно, сила трения равна внешней силе. Такая сила трения называется – сила трения покоя. Именно эта сила не даёт сдвинуться с места всем окружающим нас неподвижным телам. Если бы её не было, то, вследствие любого незначительного уклона, тела скользили бы по поверхностям. Именно эта сила даёт возможность нам ходить, машинам ездить, шнуркам не развязываться часто , ткани, сделанной из ниток не рассыпаться и т.д. Если увеличивать внешнюю силу, то рано или поздно наступит момент, когда тело начнёт двигаться. Начиная с этого момента, сила трения перестаёт меняться и принимает фиксированное значение, равное F = µN – сила трения скольжения. µ - коэффициент трения (зависит от рода поверхности и качества обработки поверхности и является табличным данным). Сила сухого трения скольжения зависит от рода поверхности, качества обработки поверхности и веса тела. На рисунке 2 между участками трения покоя и трения скольжения есть небольшой участок, на котором трение больше чем µN. Этот участок соответствует явлению застоя. Дело в том, что когда тело долго неподвижно лежит на поверхности, то контакт между ними становится больше и для того, чтобы сдвинуть тело с места, нужна большая сила, чем для того, чтобы затем двигать его.

Кроме сухого трения скольжения существует ещё вязкое трение (наблюдается в жидкостях и газах) и трение качения (лучше говорить сопротивление качению, так как в этом случае никакого трения нет ).

2) Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q). Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии, который для тепловых процессов читается так: изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой. , где — изменение внутренней энергии, Q — количество теплоты, переданное системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А’. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым законом термодинамики, можно записать так: , т.е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение системой работы и изменение ее внутренней энергии.