Силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого. она всегда направлена противоположно направлению движения. сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления на трущиеся поверхности и зависит от свойств этих поверхностей. законы трения связаны с электромагнитным взаимодействием, которое существует между телами. различают трение внешнее и внутреннее. внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения или трение покоя). внутреннее трение наблюдается при относительном перемещении частей одного и того же сплошного тела (например, жидкость или газ). различают сухое и жидкое (или вязкое) трение. сухое трение возникает между поверхностями твердых тел в отсутствие смазки. жидким (вязким) называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями. сухое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения. рассмотрим законы сухого трения (рис. 4.5). рис. 4.5 рис. 4.6 подействуем на тело, лежащее на неподвижной плоскости, внешней силой , постепенно увеличивая ее модуль. вначале брусок будет оставаться неподвижным, значит, внешняя сила уравновешивается некоторой силой , направленной по касательной к трущейся поверхности, противоположной силе . в этом случае и есть сила трения покоя. установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления n:μ0 – коэффициент трения покоя, зависящий от природы и состояния трущихся поверхностей. когда модуль внешней силы, а следовательно, и модуль силы трения покоя превысит значение f0, тело начнет скользить по опоре – трение покоя fтр.пок сменится трением скольжения fск (рис. 4.6):fтр = μ n, (4.4.1) где μ – коэффициент трения скольжения. трение качения возникает между шарообразным телом и поверхностью, по которой оно катится. сила трения качения подчиняется тем же законам, что и сила трения скольжения, но коэффициент трения μ ; здесь значительно меньше. подробнее рассмотрим силу трения скольжения на наклонной плоскости (рис. 4.7). на тело, находящееся на наклонной плоскости с сухим трением, действуют три силы: сила тяжести , нормальная сила реакции опоры и сила сухого трения . сила есть равнодействующая сил и ; она направлена вниз, вдоль наклонной плоскости. из рис. 4.7 видно, что f = mg sin α, n = mg cos α. рис. 4.7 если – тело остается неподвижным на наклонной плоскости. максимальный угол наклона α определяется из условия (fтр)max = f или μ mg cosα = mg sinα, следовательно, tg αmax = μ, где μ – коэффициент сухого трения. fтр = μn = mg cosα, f = mg sinα. при α > αmax тело будет скатываться с ускорением a = g ( sinα - μ cosα ), fск = ma = f - fтр. если дополнительная сила fвн, направленная вдоль наклонной плоскости, приложена к телу, то критический угол αmax и ускорение тела будут зависеть от величины и направления этой внешней силы.
Электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов 500В, попал в однородное магнитное поле с индукцией 0,001Тл. Найдите радиус кривизны (в мм) траектории электрона. Заряд электрона 1,6*10^-19Кл, его масса 9*10^-31кг
Дано: U = 500В B=0,001Тл |e| = 1,6*10^(-19)Кл m = 9*10^(-31)кг Найти R Решение: На заряд, движущийся со скоростью V в магнитном поле с индукцией B , действует сила Лоренца F =q|V x B| или F =|e|*V*B*sin(a). Вектор силы Лоренца перпендикулярен вектору скорости и, следовательно, сообщает электрону нормальное ускорение. Учитывая это, можно записать: |e|*V*B*sin(a) = m*(V^2)/R (1) Из формулы (1) выразим радиус кривизны траектории, принимая во внимание, что a = 90 град по условию: R = m*V/(|e|*B) (2) Входящую в выражение (2) скорость электрона выразим через кинетическую энергию электрона: Е = m*V^2/2 (3) Кинетическая энергия электрона ускоряющую разность потенциалов U, определяется равенством: Eк=|e|*U. Подставим это выражение в формулу (3) и выразим скорость электрона: V = корень(2|e|*U/m) Подставим в формулу (2) выражение для скорости R =( m/(|e|*B))*корень(2|e|*U/m) = (1/B)*корень(2m*U/|e|)
Произведем вычисления: R = (1/0,001)*корень(2*9*10^(-31)*500/1,6*10^(-19)) =0,075 м =7,5 см
Проверим единицы измерения: R = (1/[B])*корень([m]*[U]/[e])= =(1/Тл)*корень(кг*В/Кл) =(А*м/Н)*корень(кг*В/(А*с))= м*корень(A*кг*В/((H^2)*с))= = м*корень(Дж*кг/((H^2)*(с^2)) = м*корень(Дж*кг*м^2/((Дж^2)*(с^2))) = м
Дано: U = 500В
B=0,001Тл
|e| = 1,6*10^(-19)Кл
m = 9*10^(-31)кг
Найти R
Решение: На заряд, движущийся со скоростью V в магнитном поле с индукцией B , действует сила Лоренца
F =q|V x B| или F =|e|*V*B*sin(a).
Вектор силы Лоренца перпендикулярен вектору скорости и, следовательно, сообщает электрону нормальное ускорение. Учитывая это, можно записать:
|e|*V*B*sin(a) = m*(V^2)/R (1)
Из формулы (1) выразим радиус кривизны траектории, принимая во внимание, что a = 90 град по условию:
R = m*V/(|e|*B) (2)
Входящую в выражение (2) скорость электрона выразим через кинетическую энергию электрона:
Е = m*V^2/2 (3)
Кинетическая энергия электрона ускоряющую разность потенциалов U, определяется равенством: Eк=|e|*U. Подставим это выражение в формулу (3) и выразим скорость электрона:
V = корень(2|e|*U/m)
Подставим в формулу (2) выражение для скорости
R =( m/(|e|*B))*корень(2|e|*U/m) = (1/B)*корень(2m*U/|e|)
Произведем вычисления:
R = (1/0,001)*корень(2*9*10^(-31)*500/1,6*10^(-19)) =0,075 м =7,5 см
Проверим единицы измерения:
R = (1/[B])*корень([m]*[U]/[e])=
=(1/Тл)*корень(кг*В/Кл) =(А*м/Н)*корень(кг*В/(А*с))= м*корень(A*кг*В/((H^2)*с))=
= м*корень(Дж*кг/((H^2)*(с^2)) = м*корень(Дж*кг*м^2/((Дж^2)*(с^2))) = м