Opory ruchu i tarcie
Fizyka
Zestaw wyjaśnia, czym są opory ruchu i tarcie oraz od czego zależy ich działanie w ujęciu licealnym. Znajdziesz tu najważniejsze pojęcia, przykłady z życia codziennego i zadania sprawdzające rozumienie roli tarcia w mechanice.
1.opory ruchu
Siły przeciwdziałające ruchowi ciała lub próbie wprawienia go w ruch. Należą do nich przede wszystkim tarcie oraz opór ośrodka, np. powietrza lub wody. Zwykle są skierowane przeciwnie do ruchu albo do kierunku, w którym ciało chciałoby się poruszać.
2.tarcie
Zjawisko powstawania siły na styku dwóch powierzchni, która utrudnia wzajemne przesuwanie się tych powierzchni. Tarcie może działać zarówno wtedy, gdy ciało się porusza, jak i wtedy, gdy dopiero próbuje ruszyć.
3.siła tarcia
Siła działająca równolegle do stykających się powierzchni. Ma zwrot przeciwny do ruchu względnego albo do tendencji do takiego ruchu. Jest jedną z sił wpływających na wartość siły wypadkowej działającej na ciało.
4.tarcie statyczne
Tarcie działające wtedy, gdy ciało jeszcze nie ślizga się po podłożu, ale istnieje tendencja do ruchu. Dzięki niemu można chodzić, ruszać samochodem i utrzymywać przedmioty w spoczynku na powierzchni.
5.tarcie kinetyczne
Tarcie występujące podczas ślizgania się jednej powierzchni po drugiej. Działa przeciwnie do kierunku ruchu względnego i zwykle powoduje zmniejszanie prędkości ciała, jeśli nie działa dodatkowa siła napędzająca.
6.opór ośrodka
Siła oporu pochodząca od gazu lub cieczy, w których porusza się ciało. Zależy m.in. od prędkości ruchu, kształtu ciała i właściwości ośrodka. Przykładami są opór powietrza działający na rowerzystę i opór wody działający na pływaka.
7.siła wypadkowa
Jedna siła zastępująca wspólne działanie wszystkich sił działających na ciało. Jeśli opory ruchu rosną, siła wypadkowa może maleć, a nawet stać się równa zero, co oznacza brak przyspieszenia.
8.ruch jednostajny
Ruch, w którym wartość prędkości nie zmienia się w czasie. Aby ciało poruszało się jednostajnie mimo tarcia lub oporu ośrodka, siła napędzająca musi równoważyć siły oporu, tak by siła wypadkowa była równa zero.
9.energia wewnętrzna a tarcie
Podczas tarcia część energii mechanicznej zamienia się na energię wewnętrzną ciał i otoczenia. Dlatego pocierane powierzchnie często się nagrzewają, a ruch ciała bez napędu stopniowo zanika.
10.rola tarcia
Tarcie może być zarówno korzystne, jak i niekorzystne. Umożliwia chodzenie, hamowanie i pisanie, ale jednocześnie powoduje zużywanie się części maszyn, straty energii i nagrzewanie elementów.
Notatka
Czym są opory ruchu
Opory ruchu to siły, które utrudniają poruszanie się ciał albo przeciwdziałają próbie wprawienia ich w ruch. W mechanice szkolnej zaliczamy do nich przede wszystkim tarcie oraz opór ośrodka, czyli opór powietrza lub wody. Ich wspólną cechą jest to, że działają tak, by zmniejszać skutki ruchu względnego między ciałem a otoczeniem.
W praktyce oznacza to, że ciało poruszające się bez dodatkowego napędu zwykle stopniowo zwalnia. Gdy na ciało działa siła napędzająca, to właśnie opory ruchu decydują o tym, jaka będzie siła wypadkowa i czy ciało będzie przyspieszać, poruszać się jednostajnie czy hamować.
Ważne
Opory ruchu nie są „oddzielnym rodzajem materii”, tylko skutkiem oddziaływań między ciałem a podłożem lub ośrodkiem.
Tarcie i jego kierunek
Tarcie występuje na styku dwóch powierzchni. Gdy jedno ciało przesuwa się po drugim albo próbuje się przesunąć, pojawia się siła tarcia, która działa równolegle do powierzchni styku. Jej zwrot jest przeciwny do ruchu względnego albo do kierunku, w którym taki ruch miałby zaraz nastąpić.
W szkole średniej warto rozróżniać dwa podstawowe przypadki. Tarcie statyczne działa wtedy, gdy poślizgu jeszcze nie ma, ale istnieje tendencja do ruchu. Tarcie kinetyczne działa podczas ślizgania się jednej powierzchni po drugiej. To rozróżnienie pomaga poprawnie opisywać wiele zjawisk codziennych, na przykład chodzenie, ruszanie samochodu czy przesuwanie mebla po podłodze.
Zapamiętaj
Dzięki tarciu statycznemu można chodzić i ruszać pojazdem; bez niego stopa lub koło ślizgałyby się zamiast „odpychać” od podłoża.
Opór ośrodka: powietrze i woda
Opór ośrodka działa na ciało poruszające się w gazie lub cieczy. Przykładem jest opór powietrza działający na rowerzystę, biegacza albo spadochroniarza oraz opór wody działający na pływaka czy łódź. Jest to również siła przeciwdziałająca ruchowi, ale nie wynika ze styku dwóch ciał stałych, tylko z oddziaływania z otaczającym ośrodkiem.
Jakościowo wiadomo, że opór ośrodka rośnie, gdy ciało porusza się szybciej. Znaczenie mają też kształt ciała i właściwości ośrodka. Dlatego pojazdy i samoloty projektuje się jako opływowe, aby zmniejszyć opór powietrza i ograniczyć straty energii.
Przykład
Szeroko rozłożony spadochron zwiększa opór powietrza, dzięki czemu skoczek opada wolniej.
Rola tarcia w ruchu ciał
Tarcie bywa zarówno korzystne, jak i niekorzystne. Do jego korzystnych skutków należą: możliwość chodzenia bez poślizgu, ruszanie i hamowanie samochodu, trzymanie przedmiotów w dłoni czy pisanie ołówkiem po kartce. We wszystkich tych sytuacjach brak tarcia bardzo utrudniałby wykonanie czynności albo całkowicie by je uniemożliwiał.
Z drugiej strony tarcie powoduje zużywanie się powierzchni, nagrzewanie elementów i straty energii mechanicznej. Z tego powodu w maszynach często stosuje się smary, łożyska i odpowiednie materiały, by zmniejszyć niepożądane skutki tarcia. W niektórych miejscach tarcie chce się więc zwiększać, a w innych celowo ograniczać.
Rola tarcia zależy od sytuacji. W oponach samochodowych czy podeszwach butów dąży się do dobrej przyczepności. W elementach obracających się wewnątrz urządzeń często przeciwnie — zależy nam na możliwie małych oporach.
Tarcie a zasady dynamiki i energia
Z punktu widzenia zasad dynamiki opory ruchu są jednymi z sił działających na ciało, więc wpływają na siłę wypadkową. Jeśli siła napędzająca jest większa od oporów, ciało może zwiększać prędkość. Jeśli siły się równoważą, ruch może być jednostajny. Gdy opory przeważają, ciało zwalnia.
Tarcie ma też ważne skutki energetyczne. Część energii mechanicznej zamienia się podczas tarcia na energię wewnętrzną ciał i otoczenia, co objawia się wzrostem temperatury. Dlatego dłonie ogrzewają się podczas pocierania, a hamulce samochodu po intensywnej pracy stają się gorące.
W zadaniach jakościowych trzeba pamiętać, że zanik ruchu nie oznacza „znikania energii”. Energia zmienia tylko swoją postać — najczęściej z mechanicznej na wewnętrzną.
Quizy w tym zestawie
17 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu