Работа силы трения
В данном проектном задании предлагается рассчитать работу силы трения при равномерном движении тела по горизонтальной поверхности.
Если толкнуть тяжёлый предмет (шкаф, стол, ящик), стоящий на полу, мы почувствуем сопротивление и не сможем его сразу сдвинуть. Сопротивление возникает благодаря тому, что между поверхностями тела и пола действует сила трения покоя, которая, пока тело не движется, равна силе, с которой мы его толкаем. Чем больше становится приложенная нами сила, тем больше увеличивается трение покоя. Так будет происходить до тех пор, пока приложенную силу не увеличим настолько, что тело сдвинется с места. Как только тело начало двигаться, сила трения покоя сменится силой трения скольжения.
На рисунке показано, какие силы действуют на тело при его движении:
Сила трения покоя может изменяться от нуля до своего максимального значения Fmax. Это максимальное значение оказывается даже большим, чем сила трения скольжения. С места столкнуть тело сложнее, чем подталкивать его, когда оно уже скользит по поверхности. А сила трения качения будет незначительно отличаться от нуля. Катить всегда легче, тем тащить.
Когда тело перемещается под действием некоторой силы, то говорят, что сила совершает работу: $$A=FScos\alpha$$
В данном проектном задании предлагается измерить работу силы трения при равномерном движении бруска по горизонтальной плоскости (см. рисунок). Запишем второй закон Ньютона для бруска: $$\vec{F}_{тр}+\vec{F}_{упр}+\vec{F}_{тяж}+\vec{N}=m\vec{a}$$
Выберем систему отсчёта так, как показано на рисунке, и запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось ОХ. Учтём, что в данной работе рассматривается равномерное движение, поэтому ускорение бруска равно нулю. Также учтём, что направление действия силы упругости совпадает с направлением оси ОХ, а направление действия силы трения противоположно. $$F_{упр}-F_{тр}=0$$ $$F_{упр}=F_{тр}$$ Таким образом, при равномерном движении модуль силы трения равен модулю силы упругости.
Сила трения направлена против движения. Поэтому угол между направлением действия силы и вектором перемещения α = 180°, а его косинус cos α = -1. То есть работа силы трения отрицательна.
Таким образом, для определения работы силы трения при равномерном движении можно воспользоваться формулой: $$A_{тр}=-F_{упр}S$$
