Práce vykonávaná třením zahrnuje pohyb pohybujícího se tělesa proti směru třecí síly.
Síla působící na těleso způsobí posunutí v jeho směru. Třetí Newtonův pohybový zákon využívá jako reakční sílu třecí sílu proti pohybu tělesa. Tedy posunutí tělesa opačné k třecí síle je nazýván práce vykonaná třením.
Třecí síla je protilehlá kontaktní síla vyvíjená povrchem, aby se postavila proti pohybu, když po sobě dvě tělesa kloužou. Je to a nekonzervativní síla že nabídky práce vykonaná silou na základě dráhy, po které síla působí. V závislosti na zvolené dráze můžeme najít různou práci vykonanou třením.
Předpokládejme, že zatlačíte stůl přes místnost, abyste změnili jeho polohu. Spodní povrch nejprve odolává stolu třecí silou, protože přesně působí proti naší aplikované tlačné síle. Když použijeme větší tlačnou sílu, která překoná třecí sílu, stůl se začne pohybovat. Maximální síla, při které se tělo začne pohybovat a poté se zastaví, je určena – the statické a kinetické koeficienty tření těla, resp.
Když jsou dvě tělesa v klidu, pak se tření mezi jejich povrchy nazývá „statické tření'. Zatímco když se dvě tělesa relativně pohybují, tření mezi jejich povrchy je „kinetické tření", také zvaný "kluzné tření'. Podle definice je posunutí v důsledku statického tření nulové. Proto, práce se provádí pouze kluzným třením.
(kredit: Shutterstock)
Přečtěte si více o Klouzavé tření.
Vykonaná práce závisí na typu přeměny energie těles při působení síly. To znamená, že když působíme silou na tělo v klidu, dochází k přeměně potenciální na kinetickou energii – což urychluje pohyb tělesa ve směru působící síly. Stejně tak, když povrch působí kluzným třením na pohybující se těleso, jeho kinetická energie se opět přemění na potenciální energii, která zpomaluje svůj pohyb.
Tření přeměňuje svou práci na tepelnou energii, když cítíme nějaké teplo na povrchu, když tělesa klouzají. Když se pohybující se těleso zastaví na vodorovném povrchu, jeho kinetická energie se stane nulovou. To znamená tření na tělese rozptýlí jeho kinetickou energii, která se odhaduje jako množství práce vykonané třením.
Přečtěte si více o Hotová práce a její jednotky.
Jak vypočítat práci vykonanou třením?
Pomocí podrobné analýzy třecí síly můžeme určit práci vykonanou třením.
Abychom vypočítali vykonanou práci, musíme nejprve určit nekonzervativní sílu z povrchu, celkovou délku dráhy na povrchu nebo posunutí, a co je důležitější, úhel mezi třecí silou a posunutím.
Je zásadní identifikovat sílu, ať už je konzervativní nebo nekonzervativní. Tak pochopíme, že síla změní tělo celková mechanická energie (kinetický + potenciál), když to dělá nějakou práci. Protože třecí síla působí opačně než pohybující se těleso, jedná se o nekonzervativní sílu, která mění celkovou mechanickou energii, zahrnuje kinetickou na potenciální energii konverze k odporu proti pohybu.
Když na těleso působí síťová síla, mění kinetickou energii.
Věta práce-energie říká, že práce vykonaná na tělese čistou silou se rovná rozdílu mezi jejich kinetickou energií.
Pokud tělo získalo energii, jeho práce je hotová pozitivní. Pokud tělo ztrácí energii, jeho práce je hotová negativní.
Třecí síla je jediná čistá síla působící na vodorovnou plochu rovná kinetický koeficient tření μk a normálová síla N.
Vzhledem k tomu, že normálová síla kolmá k vodorovné ploše je mgcosθ.
Proto je třecí síla,
Fpeníze = μkmg …………………. (*)
Práce provedená třecím vzorcem
Práce vykonaná vzorcem tření se získá pomocí čistých sil a také věty práce-energie.
Normálová a gravitační síla, které působí kolmo, se navzájem ruší, protože jsou opačné. Proto horizontální třecí síla Fpeníze je jedinou čistou silou působící na tělo, aby vykonalo práci.
Vypočítejme čistou práci vykonanou třecí silou na pohybující se krabici o a posunutí d podél horizontály cesta.
Wpeníze =Fzdarma dcosθ
Dosazením rovnice třecí síly (*) dostaneme
Wpeníze = μkmg.dcosθ
Protože existuje kluzné tření, úhel mezi posunutím a kluzným třením je 180°; což dává cosθ = cos180° = -1.
Wpeníze = – μkmg.d
Výše uvedené je rovnice práce konaná třením.
Přečtěte si více o Zrychlení povrchu bez tření.
Je práce vykonaná třením vždy negativní?
Práce vykonaná třením je obvykle negativní, protože 180° úhel mezi třením a posunutím.
Když aplikujeme sílu podél drsného povrchu, tření se použije v opačném směru než působící síla. Úhel mezi třením a posunutím se tedy stává 180°, což snižuje kinetickou energii; a dává negativní práce vykonaná třecí silou.
Přečtěte si více o Potenciál ke konverzi kinetické energie.
Práce odvedená třením při čistém válcování
Práce vykonaná třením bez skluzu je při čistém válcování nulová.
Když se těleso čistě valí s jiným tělesem, působí statická síla kolmo k vodorovnému povrchu. Valivé těleso neprochází přeměnou energie, protože statická síla nemůže provést jeho posunutí. Statické tření při čistém válcování tedy nevykonává žádnou práci.
Třecí síla je samonastavitelná. Udržuje svůj směr podle směru působící síly, aby odolal pohybu. Při čistém odvalování se spodní část těla dostává na krátkou dobu do kontaktu se zemí a zvedá tělo kolmo ke směru třecí síly. tj. statické tření.
Čistý válec znamená méně překladů a více rolování. Statické tření vykonává negativní práci vykonanou při translačním pohybu – což translaci zpomaluje, a stejně pozitivní práci provedenou při rotačním pohybu – což znamená zrychlení rotace. To je důvod, proč je čistá práce vykonaná statickým třením nulová při čistém odvalování. Proto, aby bylo možné vykonávat jakoukoli práci, musí se tělo odvalovat klouzání.
Přečtěte si více o Valivé tření.
Je práce vykonaná třením pozitivní nebo negativní?
Práce vykonaná třením je pouze pozitivní, negativní v závislosti na výběru referenčního rámce.
Protože aplikovaná síla a pohyb tělesa jsou ve stejném směru; zvyšuje to jeho energie. Takže odvedená práce je pozitivní. Ale kinetické tření a posun tělesa jsou v opačném směru; snižuje jeho energii. Takže odvedená práce je negativní.
Jestliže těleso klouže, třecí síla působící na těleso by byla kluzným třením a úhel mezi kinetickým třením a posunutím je 180°, což vede k negativní vykonané práci.
Práce vykonaná třením se může jevit jako pozitivní, pokud změníme vztažnou soustavu, protože kinetické tření se může objevit ve směru pohybu tělesa. Řekněme, že se těžká krabice položí na koberec a náhle se vybere. Dokonce i krabice se zasouvá, ale pohybuje se relativně vpřed s referenčním rámcem. V takovém případě je práce vykonaná třením pozitivní.
Přečtěte si více o Relativní pohyb.
Jak najít práci vykonanou třením bez koeficientu?
Práce vykonaná třením bez koeficientu se získá provedením experimentu na nakloněné rovině.
Nejprve postavíme šikmou rampu a upravíme její úhel sklonu. Čím větší je úhel sklonu, tím větší síla tlačí objekt na rampě dolů. Když zvýšíme aplikovanou sílu než třecí sílu, můžeme najít maximální třecí sílu a změřit posunutí objektu a práci vykonanou třením, aniž bychom znali jeho koeficient.
(kredit: Shutterstock)
Šikmou rampu můžeme vyrobit pomocí série knih a dřevěné vrstvy. Potom nastavíme jeho nakloněný úhel naskládáním série knih, aby se změnila na maximální výšku. Postavme autíčko šikmo na šikmou rampu a mírně zatlačte. Proti naší tlačné síle třecí síla z povrchu rampy brání autu sklouznout po rampě.
Ale pokud zvýšíme tlak, auto se podaří třecí silou sklouznout z rampy. Práci vykonanou třením bez koeficientu můžeme vypočítat měřením čistých sil na krabici a jejího posunutí.
Přečtěte si více o an Nakloněná rovina.
Také čtení:
- Jak točivý moment funguje
- Jak funguje reflexe
- Jak fungují 3D brýle, aby poskytly hloubkové vnímání ve filmech
- Jak fungují mikrofony
- Jak funguje elektromagnetismus
- Jak funguje kladka jednoduchý stroj
- Jak fungují složené mikroskopy
- Jak pevná kladka usnadňuje práci
- Jak funguje příklepová vrtačka
- Práce prováděná třením na svahu
Dobrý den, jsem Manish Naik absolvoval magisterský titul z fyziky se specializací Solid-State Electronics. Mám tři roky zkušeností s psaním článků na téma fyzika. Psaní, jehož cílem bylo poskytnout přesné informace všem čtenářům, od začátečníků i odborníků.
Ve svém volném čase rád trávím čas v přírodě nebo navštěvuji historická místa.
Těšíme se na spojení přes LinkedIn –