Как можно изменить коэффициент трения

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

The force that acts between two bodies which are sliding or trying to slide against each other is known as friction. For example, when we push a box along a rough floor, friction is responsible for making the task difficult.

Friction is also known as an opposing force since it always acts in the opposite direction of a body that is moving or trying to move. A moving body is slowed down due to the virtue of friction. At times, friction is useful since it stops car tires from skidding on the road and also helps us to walk on the pavement without slipping. While walking, the friction caused between the tread on shoes and the ground prevents us from slipping.

Sometimes, too much friction is unnecessary, and we want to reduce friction. For example, friction between machine parts reduces the efficiency of the machine and in order to reduce this friction, we oil the machine parts. Oil helps to separate the surfaces and this helps to reduce the friction between them.

Factors affecting Friction

There are many factors that affect the frictional conditions at the interface between two surfaces in relative motion. These factors are as follows:

• Surface Finish- The frictional coefficient is drastically affected by the roughness, number, and even the directional contact points of the asperities on the surfaces.
• Temperature- The overall level of cold or heat or cold in an environment can affect friction. For example, temperature determines whether an anti-wear or extreme pressure additive will be effective in certain applications.
• Operational Load- Friction varies directly with the load. A load that exceeds the designed capacity will drastically increase the frictional coefficient of friction.
• Relative Speed- Increasing the speed beyond the specified safety level will dramatically increase friction.
• Nature of the Relative Motion between the Surfaces- The frictional coefficient is also affected by the sliding motion versus the rolling motion.

Methods of Increasing Friction

Method 1: Create an uneven or rugged or adhesive point of contact. When two or more bodies either slide or rub against each other, there are three things that may happen: small irregularities, nooks, and crannies on the surfaces can catch on each other; one or both the surfaces can deform due to motion; and lastly, the atoms within each surface can interact with each other. Practically, all three of these effects do the same thing: generate friction. An adhesive interaction with other surfaces (like tacky glue, etc.) is an easy way to increase friction.

Method 2: Pressing the two surfaces together harder. A fundamental principle of basic physics is that the friction experienced by a body is directly proportional to its normal force. This implies that we can increase the friction between two surfaces can be increased if we press the surfaces into each other with a greater force.

Method 3: Stopping any relative motion. That is, if one body is in motion with respect to another body, stop it. Until now, we have focused on sliding friction, which is also known as kinetic friction-the friction that occurs between two bodies as they slide against one another. In fact, this friction is different from static friction, which occurs when a body just starts to move against one another. The friction between two bodies is the highest right when they start moving against one another.  This friction decreases, once they are gradually in motion. This is one of the most important reasons why it’s harder to start pushing a heavy body than it is to keep it moving.

Method 4: Remove lubrication between the two surfaces.  Oil, grease, petroleum jelly, etc. are lubricants that can greatly reduce the friction between two objects or surfaces. This is due to the fact that friction between two solids is much higher than the friction between those solids and the liquid between them. To increase friction, we need to remove any lubricants from the scenario, using only dry and un-lubricated parts to generate friction.

Method 5: Increase the fluid viscosity. Besides solid objects, fluids (liquids) and gases (like air) can also generate friction. The amount of friction generated by a fluid as it passes against a solid depends on several factors. One of the easiest of these to control is the fluid viscosity since the greater the viscosity of the liquid, the greater is the friction between the fluid and the solid. The highly viscous fluids (ones that are “thick”, “gooey”, etc.) generate more friction than fluids that are less viscous (ones that are “smooth” and “liquid”).

Method 6: Increase the area exposed to air. As noted in the previous point, fluids like water and air can generate friction as they move against solid objects. The frictional force that an object experiences as it moves through a fluid is called drag. One of the most important properties of drag is that objects with bigger surface area, to the fluid as they move through it — have a greater drag.

Method 7: Use a shape that has a greater drag coefficient. A variety of shapes interact with fluids in a variety of ways as they pass through them — this implies that some shapes can have greater drag than other shapes that are made out of the same amount of material. The drag coefficient is the quantity that measures the relative amount of drag a shape makes hence shapes with high drags are said to have high drag coefficients.

Method 8: Use a less permeable material. Some materials are permeable to fluids. In Layman’s terms, they have holes in them that allow the fluid to pass through them. This readily reduces the area of the object that the fluid is able to push against and this lowers the force of drag. This property holds even if they are microscopic holes — as long as the holes are large enough to let some of the fluid pass through the object, the drag will be reduced. This is why parachutes which are designed to produce lots of drag to slow the speed of the user’s fall, are made out of strong, light silk or nylon and not cheesecloth or coffee filters.

Method 9: Increase the speed of the object. It does not matter what the shape of an object it is or how less/more permeable the material it’s made from is, the drag which it creates will always increase as it goes faster. The faster a body moves, the more fluid it has to move through, and, thus, the greater drag it experiences. Bodies moving at very high speeds will experience very high friction due to drag, so these objects must be streamlined or else they will fall apart under the force of the drag.

Methods of Reducing Friction

Method 1: Objects that move in fluids such as boats, planes, cars, etc, the shape of their body must be streamlined in order to reduce the friction between the bodies of the objects as the fluid.

Method 2: Friction can be reduced by polishing the surface of a body as polishing makes the surface smooth and even.

Method 3: Lubricants such as oil or grease must be applied to machine parts regularly to reduce the friction between them.

Method 4: Suppose an object is rolled over a surface, the friction between the rolled object and surface can be reduced by using ball bearings.

Method 5: Friction between two surfaces can also be reduced by reducing the contact between the surfaces.

Method 6: Ball bearings are used in manufacturing vehicles, bicycles, and vehicles to reduce friction.

Sample Questions on Friction

Question 1: What happens when you decrease the amount of friction?

Answer: 

Less friction means it is harder to stop. The low friction scenario occurs to cars when it rains. That’s why there are often so many accidents. Even though the friction of the brakes is still present, the brakes may be wet, and the wheels are not in as much contact with the ground surface.

Question 2: What are 3 ways friction can be reduced?

Answer: 

Polishing the rough surface. Adding bearings or wheels between the moving parts of a machine or vehicles reduce friction and allow smooth movement as rolling friction is less than sliding friction.

Question 3: Can we reduce friction to zero?

Answer: 

Friction can be reduced to a great extent by polishing surfaces or by using a large amount of lubricants such as oil, water, or grease but we cannot reduce friction to zero. We cannot completely eliminate friction as it is necessary for any motion without it we cannot imagine any motion as there is no motion on a smooth surface.

Question 4: On what factors friction depends?

Answer: 

Friction mainly depends on two factors: 1) the material that is in contact with the body 2) the force which is pushing the two bodies together

Question 5: Does friction depend on mass?

Answer: 

Friction DOES NOT depend on the mass of the body. It only depends on the normal force and the roughness of the surface in contact as it is generated during actual contact only.

Question 6: What do we call the substance that is used to reduce friction?

Answer: 

A lubricant is generally an organic substance, introduced to reduce friction between surfaces in mutual contact, which ultimately reduces the heat generated when the surfaces move. Therefore it helps to reduce friction and make the motion easier.

The force that acts between two bodies which are sliding or trying to slide against each other is known as friction. For example, when we push a box along a rough floor, friction is responsible for making the task difficult.

Friction is also known as an opposing force since it always acts in the opposite direction of a body that is moving or trying to move. A moving body is slowed down due to the virtue of friction. At times, friction is useful since it stops car tires from skidding on the road and also helps us to walk on the pavement without slipping. While walking, the friction caused between the tread on shoes and the ground prevents us from slipping.

Sometimes, too much friction is unnecessary, and we want to reduce friction. For example, friction between machine parts reduces the efficiency of the machine and in order to reduce this friction, we oil the machine parts. Oil helps to separate the surfaces and this helps to reduce the friction between them.

Factors affecting Friction

There are many factors that affect the frictional conditions at the interface between two surfaces in relative motion. These factors are as follows:

• Surface Finish- The frictional coefficient is drastically affected by the roughness, number, and even the directional contact points of the asperities on the surfaces.
• Temperature- The overall level of cold or heat or cold in an environment can affect friction. For example, temperature determines whether an anti-wear or extreme pressure additive will be effective in certain applications.
• Operational Load- Friction varies directly with the load. A load that exceeds the designed capacity will drastically increase the frictional coefficient of friction.
• Relative Speed- Increasing the speed beyond the specified safety level will dramatically increase friction.
• Nature of the Relative Motion between the Surfaces- The frictional coefficient is also affected by the sliding motion versus the rolling motion.

Methods of Increasing Friction

Method 1: Create an uneven or rugged or adhesive point of contact. When two or more bodies either slide or rub against each other, there are three things that may happen: small irregularities, nooks, and crannies on the surfaces can catch on each other; one or both the surfaces can deform due to motion; and lastly, the atoms within each surface can interact with each other. Practically, all three of these effects do the same thing: generate friction. An adhesive interaction with other surfaces (like tacky glue, etc.) is an easy way to increase friction.

Method 2: Pressing the two surfaces together harder. A fundamental principle of basic physics is that the friction experienced by a body is directly proportional to its normal force. This implies that we can increase the friction between two surfaces can be increased if we press the surfaces into each other with a greater force.

Method 3: Stopping any relative motion. That is, if one body is in motion with respect to another body, stop it. Until now, we have focused on sliding friction, which is also known as kinetic friction-the friction that occurs between two bodies as they slide against one another. In fact, this friction is different from static friction, which occurs when a body just starts to move against one another. The friction between two bodies is the highest right when they start moving against one another.  This friction decreases, once they are gradually in motion. This is one of the most important reasons why it’s harder to start pushing a heavy body than it is to keep it moving.

Method 4: Remove lubrication between the two surfaces.  Oil, grease, petroleum jelly, etc. are lubricants that can greatly reduce the friction between two objects or surfaces. This is due to the fact that friction between two solids is much higher than the friction between those solids and the liquid between them. To increase friction, we need to remove any lubricants from the scenario, using only dry and un-lubricated parts to generate friction.

Method 5: Increase the fluid viscosity. Besides solid objects, fluids (liquids) and gases (like air) can also generate friction. The amount of friction generated by a fluid as it passes against a solid depends on several factors. One of the easiest of these to control is the fluid viscosity since the greater the viscosity of the liquid, the greater is the friction between the fluid and the solid. The highly viscous fluids (ones that are “thick”, “gooey”, etc.) generate more friction than fluids that are less viscous (ones that are “smooth” and “liquid”).

Method 6: Increase the area exposed to air. As noted in the previous point, fluids like water and air can generate friction as they move against solid objects. The frictional force that an object experiences as it moves through a fluid is called drag. One of the most important properties of drag is that objects with bigger surface area, to the fluid as they move through it — have a greater drag.

Method 7: Use a shape that has a greater drag coefficient. A variety of shapes interact with fluids in a variety of ways as they pass through them — this implies that some shapes can have greater drag than other shapes that are made out of the same amount of material. The drag coefficient is the quantity that measures the relative amount of drag a shape makes hence shapes with high drags are said to have high drag coefficients.

Method 8: Use a less permeable material. Some materials are permeable to fluids. In Layman’s terms, they have holes in them that allow the fluid to pass through them. This readily reduces the area of the object that the fluid is able to push against and this lowers the force of drag. This property holds even if they are microscopic holes — as long as the holes are large enough to let some of the fluid pass through the object, the drag will be reduced. This is why parachutes which are designed to produce lots of drag to slow the speed of the user’s fall, are made out of strong, light silk or nylon and not cheesecloth or coffee filters.

Method 9: Increase the speed of the object. It does not matter what the shape of an object it is or how less/more permeable the material it’s made from is, the drag which it creates will always increase as it goes faster. The faster a body moves, the more fluid it has to move through, and, thus, the greater drag it experiences. Bodies moving at very high speeds will experience very high friction due to drag, so these objects must be streamlined or else they will fall apart under the force of the drag.

Methods of Reducing Friction

Method 1: Objects that move in fluids such as boats, planes, cars, etc, the shape of their body must be streamlined in order to reduce the friction between the bodies of the objects as the fluid.

Method 2: Friction can be reduced by polishing the surface of a body as polishing makes the surface smooth and even.

Method 3: Lubricants such as oil or grease must be applied to machine parts regularly to reduce the friction between them.

Method 4: Suppose an object is rolled over a surface, the friction between the rolled object and surface can be reduced by using ball bearings.

Method 5: Friction between two surfaces can also be reduced by reducing the contact between the surfaces.

Method 6: Ball bearings are used in manufacturing vehicles, bicycles, and vehicles to reduce friction.

Sample Questions on Friction

Question 1: What happens when you decrease the amount of friction?

Answer: 

Less friction means it is harder to stop. The low friction scenario occurs to cars when it rains. That’s why there are often so many accidents. Even though the friction of the brakes is still present, the brakes may be wet, and the wheels are not in as much contact with the ground surface.

Question 2: What are 3 ways friction can be reduced?

Answer: 

Polishing the rough surface. Adding bearings or wheels between the moving parts of a machine or vehicles reduce friction and allow smooth movement as rolling friction is less than sliding friction.

Question 3: Can we reduce friction to zero?

Answer: 

Friction can be reduced to a great extent by polishing surfaces or by using a large amount of lubricants such as oil, water, or grease but we cannot reduce friction to zero. We cannot completely eliminate friction as it is necessary for any motion without it we cannot imagine any motion as there is no motion on a smooth surface.

Question 4: On what factors friction depends?

Answer: 

Friction mainly depends on two factors: 1) the material that is in contact with the body 2) the force which is pushing the two bodies together

Question 5: Does friction depend on mass?

Answer: 

Friction DOES NOT depend on the mass of the body. It only depends on the normal force and the roughness of the surface in contact as it is generated during actual contact only.

Question 6: What do we call the substance that is used to reduce friction?

Answer: 

A lubricant is generally an organic substance, introduced to reduce friction between surfaces in mutual contact, which ultimately reduces the heat generated when the surfaces move. Therefore it helps to reduce friction and make the motion easier.

Сила трения: величина, направление

С силой трения вы сталкиваетесь буквально каждую секунду. Каждый раз, когда вы взаимодействуете с любой поверхностью — идете по асфальту, сидите на стуле, пьете чай из чашки — на вас действует сила трения.

Измеряется сила трения, как и любая сила — в Ньютонах.

Возникает сила трения по двум причинам:

• Различные шероховатости, царапины и прочие «несовершенства» поверхностей. Эти дефекты задевают друг друга при соприкосновении и создается сила, тормозящая движение.
• Когда контактирующие поверхности практически гладкие (до идеала довести невозможно, но стремиться к нему — значит устремлять силу трения к нулю), то расстояние между ними становится минимальным. В этом случае возникает взаимное притяжение молекул вещества этих поверхностей. Притяжение обусловлено взаимодействием между электрическими зарядами атомов. В связи с этим можно часто услышать формулировку «Сила трения — сила электромагнитной природы»

Направлена сила трения всегда против скорости тела. В этом плане все просто, но всегда есть вопрос:

В задачах часто пишут что-то вроде: «Поверхность считать идеально гладкой». Это значит, что сила трения в данной задаче отсутствует. Да, в реальной жизни это невозможно, но во имя красивой математической модели трением часто пренебрегают.

Не переживайте из-за этой несправедливости, а просто решайте задачи без трения, если увидели словосочетание «гладкая поверхность».

Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту

Сухое и вязкое трение

Есть очень большая разница между вашим соприкосновением с водой в бассейне во время плавания и соприкосновением между асфальтом и колесами вашего велосипеда.

В случае с плаванием мы имеем дело с вязким трением — явлением сопротивления при движении твердого тела в жидкости или воздухе. Самолет тоже подвергается вязкому трению и вон тот наглый голубь из вашего двора.

А вот сухое трение — это явление сопротивления при соприкосновении двух твердых тел. Например, если школьник ерзает на стуле или злодей из фильма потирает ладоши — это будет сухое трение.

Вязкое трение в школьном курсе физики не рассматривается подробно, а вот сухое — разбирают вдоль и поперек. У сухого трения также есть разновидности, давайте о них поговорим.

Трение покоя

Если вы решите сдвинуть с места грузовик, вряд ли у вас это получится. Не то, чтобы мы в вас не верим — просто это невозможно сделать из-за того, что масса человека во много раз меньше массы грузовика, да еще и сила трения мешает это сделать. Мир жесток, что тут поделать.

В случае, когда сила трения есть, но тело не двигается с места, мы имеем дело с силой трения покоя.

Сила трения покоя равна силе тяги. Например, если вы пытаетесь сдвинуть с места санки, действуя на них с силой тяги 10 Н, то сила трения будет равна 10 Н.

Немного потренируемся!

Задача

Найти силу трения покоя для тела, на которое действуют сила тяги в 4 Н.

Решение:

Тело покоится, значит

F_тр = Fтяги = 4 Н

Ответ: сила трения равна 4 Н.

Трение скольжения

А теперь давайте скользить на коньках по льду. Каток достаточно гладкий, но, как мы уже выяснили, сила трения все равно будет присутствовать и вычисляться будет по формуле:

Сила трения, которую мы получим по этой формуле будет максимально возможной — то есть больше уже некуда.

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она численно равна силе нормального давления и противоположна по направлению.

Подробнее про вес тела читайте в нашей статье😇

Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.

Коэффициент трения — это характеристика поверхности. Он определяется экспериментально, не имеет размерности и показывает, насколько поверхность гладкая — чем больше коэффициент, тем более шероховатая поверхность. Коэффициент трения положителен и чаще всего меньше единицы.

Задача 1

Масса котика, лежащего на столе, составляет 5 кг. Коэффициент трения µ = 0,2. К коту прилагают внешнюю силу, равную 2,5 Н. Какая сила трения при этом возникает?

Решение:

По условию данной задачи невозможно понять, двигается наш котик или нет. Решение о том, приравниваем ли мы к силе тяги силу трения, принять сразу нельзя. В таких случаях нужно все-таки рассчитать по формуле:

F = μN

Так как котик лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

F = μmg = 0,2 · 5 · 10 = 10Н

Мы получили максимально возможную силу трения. Внешняя сила по условию задачи меньше максимальной. Это значит, что котик находится в покое. Сила трения уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется 2,5 Н.

Ответ: возникает сила трения величиной 2,5 Н

Задача 2

Барсук скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость — 20 Н.

Решение:

В данной задаче нам известно, что барсучок скользит. Значит нужно воспользоваться формулой:

F_тр = μN

Так как барсук находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе давления на плоскость: N = F_д.

F_тр = μF_д

Выражаем коэффициент трения:

μ = F_тр / F_д = 5 / 20 = 0,25

Ответ: коэффициент трения равен 0,25

Задача 3

Пудель вашей бабушки массой 5 кг скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если пудель сильно похудеет, и его масса уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Решение:

В данной задаче нам известно, что пудель скользит. Значит, нужно воспользоваться формулой:

F_тр = μN

Так как пудель находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

F_тр = μmg

Выразим коэффициент трения:

μ = F_тр / mg = 20 / 5 · 10 = 0,4

Теперь рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза:

Ответ: сила трения будет равна 10 Н.

Задача 4

Ученик провел эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра.

Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.

Какие утверждения соответствуют результатам проведенных экспериментальных измерений? Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных.

1. Коэффициенты трения скольжения во втором и третьем опытах равны.

2. Коэффициент трения скольжения между бруском и деревянной рейкой больше коэффициента трения скольжения между бруском и пластиковой рейкой.

3. Сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения бруска и поверхности.

4. Сила трения скольжения зависит от рода соприкасающейся поверхности.

Решение:

Подробно рассмотрим каждое утверждение.

1. В данном случае сила реакции опоры равна силе тяжести. Значит F_тр = μN = μmg.

   Выразим коэффициент трения скольжения:
   μ = F_тр / mg

   Коэффициент трения скольжения во втором опыте равен 0,4 / (0,2 · 10) = 0,2.

   В третьем опыте — 0,4 / (0,1 · 10) = 0,4.

   Следовательно, утверждение «Коэффициенты трения скольжения во втором и третьем опытах равны» неверно.

2. Как и в первом утверждении, коэффициент трения будет вычисляться по формуле:
   μ = F_тр / mg

   Для деревянной рейки μ = F_тр / mg = 0,8 / 0,2 · 10 = 0,4

   Для пластиковой рейки μ = F_тр / mg = 4,8 / 0,2 · 10 = 0,2

   Следовательно утверждение «Коэффициент трения скольжения между бруском и деревянной рейкой больше коэффициента трения скольжения между бруском и пластиковой рейкой» верно.

3. Согласно формуле F_тр = μN, сила трения не зависит от площади поверхности соприкосновения. Значит утверждение «Сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения бруска и поверхности» неверно.

4. Если проанализировать первый и второй эксперимент, можно увидеть, что при прочих равных данных сила меняется. Это значит, что утверждение «Сила трения скольжения зависит от рода соприкасающейся поверхности» верно.

Ответ: 25

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Трение качения

Про колесо совершенно точно нельзя сказать, что оно скользит или покоится. При этом сила трения явно возникает, так как существует соприкосновение двух поверхностей.

В этом случае мы говорим о трении качения — сопротивлению движения, если одно тело катится по поверхности другого. При равных силах нормального давления сила трения скольжения больше силы трения качения. Это явление часто используют, например, ставя колесики на чемодан. Да и вообще, ставя колесики куда угодно.

Задачи на трение качения встречаются только в задачах высокого уровня сложности (например, в олимпиадах). Однако на формулу посмотреть полезно, даже если вы не планируете покорять самую высокую вершину.

Если приглядеться, она очень похожа на формулу трения скольжения, только в знаменателе появляется радиус. Если мы будем увеличивать знаменатель, то сила трения будет уменьшаться. То есть, чем больше радиус колеса, тем меньше трение.

Ладно, давайте все-таки решим задачу на силу трения качения — только никому об этом не рассказывайте 😉

Задача

Какого радиуса понадобится установить колесо, чтобы уменьшить силу трения, равную 17 Н — на 5 Н. При коэффициенте трения 0,6 мм и силе нормального давления тела равной 10 кН.

Решение:

Берем формулу силы трения качения:

F_тр = (λN)/R

Выражаем из нее радиус:

R = (λN)/F_тр

Коэффициент трения качения и сила нормального давления нам даны, а чтобы найти силу трения, нам нужно вычесть из начальной силы трения ее изменение:

F_{тр 2} = F_{тр 1} − ΔF_тр = 17 − 5 = 12Н

Подставляем числа в формулу, предварительно переведя их в СИ:

R = (λN)/F_тр = 0,0006 · 10 000 / 12 = 0,5 м

Ответ: необходимо поставить колесо радиусом 0,5 м.

Избавиться от трения: возможно ли это

Итак, идеально гладких поверхностей в реальной жизни не бывает. Это значит, что стараясь делать поверхность идеально гладкой — например, натирая ее миллион часов супер-мелкой наждачной бумагой — мы минимизируем трение, но не избавляемся от него.

Но это не значит, что способов избавиться от трения не существует. Например, вполне себе реальны поезда на магнитных подушках. Благодаря магнитному полю, которое создается между рельсом и вагоном, поезд как будто бы парит. Так он ликвидирует соприкосновение различных поверхностей, из-за которого и создается трение.

Об этой статье

Была ли эта статья полезной?