1. Frecarea uscată (externă).
Această frecare apare atunci când cele două corpuri în contact sunt relativ deplasate.
1) Forțele de frecare ale odihnei și alunecării.
Forța de fricțiune a repausului este egală în mărime și opusă forței exterioare
Valoarea maximă a forței de fricțiune de repaus este egală cu forța de frecare alunecătoare și este proporțională cu forța reacției normale care acționează asupra corpului
Coeficientul se numește coeficientul de frecare. Depinde de substanța și calitatea suprafețelor corpurilor. Forțele de fricțiune de repaus și alunecare se datorează interacțiunii moleculelor în apropierea suprafeței de contact dintre corpuri. O astfel de interacțiune are loc în zonele mici de contact. Zonele de interacțiune sau "pete" sunt de aproximativ 10 -3 din suprafața totală de contact. Suprafața lor totală este proporțională cu forța de presiune sau cu reacția normală. Prin urmare, forța de frecare alunecătoare este proporțională și nu depinde de zona de contact a corpurilor.
Forțele de fricțiune de odihnă și de alunecare conduc la o serie întreagă de fenomene practic importante.
Un astfel de fenomen apare dacă o forță elastică care acționează asupra corpului este proporțională cu deplasarea. Cu condiția ca organismul să poată lua orice poziție. Se va opri aproape niciodată la poziția medie determinată de condiție. Fenomenul de stagnare poate duce la indicații incorecte ale dispozitivelor de măsurare care conțin arcuri de reținere.
Lăsați un corp să se odihnească pe un plan înclinat cu un unghi de înclinare. În acest caz. Dacă forțați corpul să alunece pe un plan înclinat, acesta va începe să alunece în jos, deoarece în acest caz forța de frecare a odihnă va dispărea, iar forța de frecare alunecătoare la momentul inițial va fi îndreptată împotriva vitezei. Dispariția forței de fricțiune de odihnă într-o direcție perpendiculară pe viteză se numește fenomenul de derivație. Se manifestă când autovehiculul este puternic deprimat, când forța de frecare din direcția transversală dispare și mașina "aduce".
2) Frecarea de rulare
Dacă corpul unei forme cilindrice sau sferice alunecă fără a se rula pe o suprafață solidă, apare un alt tip de forță de frecare, frecarea de rulare. Motivul producerii acesteia este legat de deformarea plastică a suprafeței și de panta corespunzătoare a forței
. care actioneaza pe corp. Acesta poate fi descompus într-o componentă orizontală și o componentă verticală (Figura 1). Datele experimentale respectă legea
unde este coeficientul de frecare la rulare, este raza corpului. Pentru aceleași materiale. care este.
Această proprietate este folosită la rulmenți pentru a reduce frecarea în piesele rotative ale mașinii.
2. Frecarea vâscoasă (internă).
Acest tip de frecare se datorează interacțiunii moleculelor de lichid sau de gaz atunci când corpul se mișcă în ele. La viteze reduse, legea rezultă din experiență
Coeficientul de frecare vâscoasă depinde de proprietățile corpului și de mediul în care se mișcă. La viteze mari, dependența de viteză devine patratică
Ceea ce este înțeles în aceste legi la viteze mici și înalte, vom discuta mai târziu atunci când analizăm fenomenele de hidrodinamică.
Ca exemplu de mișcare a corpului în prezența fricțiunii vâscoase, luăm în considerare problema mișcării unui corp într-un mediu vâscos sub acțiunea unei forțe constante. A doua lege a lui Newton în proiecția asupra direcției acțiunii forței are forma:
Evident, forta poate accelera corpul doar la viteza maxima. Separând variabilele și integrând, dobândim dependența vitezei corpului de timp
unde este viteza inițială a corpului, este timpul caracteristic pentru atingerea vitezei.
Armonice oscilante. Pendulul fizic.
Mișcarea periodică - la intervale regulate (perioadă), mișcarea se repetă.
Variația armonică a unui punct material - coordonatele unui punct variază în funcție de legea armonică
Aici - amplitudinea oscilației, - frecvența circulară (ciclică). . - frecvență. faza de oscilație. - faza inițială.
Viteza unui punct material care efectuează o oscilație armonică:
Din această expresie, putem spune că, cu o oscilație armonică, viteza este înaintea coordonatelor.
Accelerarea mișcării oscilatorii:
Astfel ajungem la ecuația oscilatorului
care formează baza teoriei oscilațiilor (derivatul este notat cu puncte).
Fluctuațiile proprii apar în detrimentul propriilor forțe existente în sistemul însuși. Frecvența acestor oscilații se numește frecvența naturală.
Un exemplu. Pendulul de primăvară.
. . Prin urmare, frecvența naturală. .
Energia totală a unui punct material cu oscilații armonice:
Valorile medii ale energiei cinetice și potențiale pe o perioadă sunt:
Astfel, cu oscilații armonice
(un caz special al teoremei viiale generale).
Pendulul matematic este un corp suspendat pe un fir fără greutate, inextensibil, a cărui dimensiune este mult mai mică decât lungimea firului.
Pendulul fizic este un corp fixat pe o axă situată deasupra centrului de masă.
Legea fundamentală a mișcării de rotație pentru un astfel de corp
(). Îl transformăm în forma (1)
Apoi. - perioada de oscilații a pendulului fizic.
Dacă dimensiunile corpului sunt mici în comparație cu distanța (punctul material), ajungem la formula binecunoscută pentru perioada pendulului matematic
Lungimea redusă a unui pendul fizic este lungimea unui pendul matematic cu aceeași perioadă de oscilație ca și pendulul fizic. Ecuând expresiile pentru perioade, obținem
Indicăm printr-un punct situat pe extensia segmentului și distanțat de punctul de suspendare la distanță. Punctul este numit centrul de leagăne ale unui pendul fizic. Se poate demonstra că pendulul fizic are următoarea proprietate importantă: dacă pendulul fizic este suspendat în spatele centrului de oscilații, perioada oscilațiilor sale nu se va schimba.
Oscilații oscilante și forțate. Rezonanță.
În orice sistem oscilator, în timp, amortizarea are loc datorită pierderii de energie sub influența forțelor non-conservatoare. Să considerăm atenuarea oscilațiilor unui punct material sub acțiunea unei forțe de frecare vâscoasă (Lectura 10)
În acest caz, legea lui Newton pentru un punct material sub acțiunea forței de refacere și a forței de frecare în proiecție pe axă poate fi reprezentată sub forma
Coeficientul nu trebuie să aibă neapărat semnificația unui coeficient de rigiditate. El poate descrie puterea de întoarcere de orice natură.
Se poate arăta că, sub condiție, soluția ecuației (1) are forma
unde - amplitudinea inițială a oscilațiilor, - coeficientul de atenuare, - frecvența oscilațiilor amortizate, - frecvența naturală.
Funcția este amplitudinea oscilațiilor amortizate (Figura 1). Pentru a caracteriza rata de amortizare a oscilațiilor, este introdus un decrement logaritmic de amortizare
Există oscilații amortizate atunci când condiția este îndeplinită. Când are loc un proces aperiodic. moment în care punctul revine la poziția de echilibru fără a avea o singură oscilație.