Сила трения покоя

Слайд 1. Сила трения покоя

Физика, 11 класс. Подготовка к ЕГЭ: теория и практика

Слайд 2. Что такое сила трения покоя?

Сила трения покоя — это сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами, когда они неподвижны относительно друг друга, но на одно из них действует внешняя сила, стремящаяся вызвать движение. Она всегда равна по модулю внешней силе и направлена в противоположную сторону: $F_{\text{тр}.\text{пок}}=F_{\text{внеш}}$.

Слайд 3. Природа и направление силы

Причины возникновения:

Микроскопические неровности поверхностей (зацепление).

Межмолекулярное притяжение в точках контакта.

Направление:

Всегда вдоль поверхности соприкосновения.

Противоположно направлению возможного движения.

Слайд 4. Максимальная сила трения покоя

С ростом внешней силы $F$ сила трения покоя растет до определенного предела. Как только внешняя сила превышает значение $F_{\text{тр}.max}$, начинается скольжение.

Формула для максимума: $F_{\text{тр}.max}=\mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения, $N$ — сила нормальной реакции опоры.

Слайд 5. Трение покоя vs Трение скольжения

Действует, когда тело неподвижно. Переменная величина: $0\le F_{\text{тр}.\text{пок}}\le \mu N$. Зависит от приложенной силы.

Действует во время движения. Постоянная величина (в рамках школьной программы): $F_{\text{тр}.\text{ск}}=\mu N$. Не зависит от скорости тела.

Слайд 6. Тело на наклонной плоскости

Если тело покоится на плоскости с углом $\alpha$:

1. Сила тяжести $m\vec{g}$ направлена вниз.

2. Сила реакции опоры $N=mg\cos \alpha$.

3. Сила трения покоя уравновешивает скатывающую силу: $F_{\text{тр}.\text{пок}}=mg\sin \alpha$.

Слайд 7. Разбор типовых заданий ЕГЭ

Слайд 8. Задание 1: Горизонтальная сила

Условие: Брусок массой $2$ кг лежит на столе. Коэффициент трения $\mu =0,3$. К нему прикладывают горизонтальную силу $F=4$ Н. Чему равна сила трения?

Решение:

1. Найдем $F_{\text{тр}.max}=\mu mg=0,3\cdot 2\cdot 10=6$ Н.

2. Сравним: $F<F_{\text{тр}.max}$ ($4<6$).

3. Вывод: тело не движется, значит $F_{\text{тр}}=F=4$ Н.

Слайд 9. Задание 2: Изменение угла наклона

Условие: Угол наклона плоскости постепенно увеличивают. Как меняется сила трения покоя до момента начала скольжения?

Решение:

Пока тело покоится, $F_{\text{тр}}=mg\sin \alpha$. При увеличении угла $\alpha$ значение $\sin \alpha$ растет, следовательно, сила трения покоя увеличивается до достижения значения $\mu mg\cos \alpha$.

Слайд 10. Главное о силе трения покоя

Сила трения покоя всегда равна внешней силе, пытающейся сдвинуть тело.

Она не может превышать значения $\mu N$.

Направлена против возможного движения.

В задачах ЕГЭ всегда сначала проверяйте, превышает ли внешняя сила порог $\mu N$.

Если тело покоится, не используйте формулу $\mu N$ — используйте условие равновесия $\sum \vec{F}=0$.