Увеличивается ли сила кинетического трения с относительной скоростью движущихся объектов?
Я слышал и читал, что нет. Это противоречит здравому смыслу и во многом объясняет, почему вопрос «Самолет на беговой дорожке» так интересен.
Какие явления связаны с кинетическим трением и почему оно не увеличивается с относительной скоростью?
На простом уровне приближения, когда вы говорите о кинетическом трении, оно не зависит от скорости. Однако это не очень хорошее приближение (коэффициенты кинетического трения, которые вы находите для материалов, как правило, имеют огромные неопределенности).
Причина, по которой мы используем аппроксимацию (кроме того, что она позволяет решать хорошие вводные задачи механики), заключается в том, что микроскопическая физика довольно сложна. В очень маленьком масштабе все объекты несколько шероховатые (в атомном масштабе, если не раньше), а трение является результатом попытки волочить одну гофрированную поверхность по другой. Более крупные выступы поверхностей будут зацепляться друг за друга, и для их смещения потребуется некоторое усилие, а сумма всех этих микроскопических заеданий и сопротивлений и есть сила, которую мы воспринимаем как трение. Поскольку невозможно подробно отслеживать все эти взаимодействия для любого объекта разумного размера, мы аппроксимируем общую силу, используя модель кинетического трения.
Однако кинетическое трение не имеет ничего общего с проблемой самолета на беговой дорожке. Кинетическое трение предполагает скольжение двух поверхностей друг относительно друга. Однако в ситуации с качением скольжение отсутствует. В точке, где колеса самолета соприкасаются с поверхностью земли (или беговой дорожки), поверхность колеса не движется относительно земли. Относительная скорость части колеса, касающейся земли, и части земли, которой оно касается, всегда равна нулю, независимо от того, насколько быстро колесо движется относительно поверхности.
Милый способ убедиться в этом — положить линейку на пару банок из-под газировки (или другие удобные круглые предметы) и прокатить ее на некотором расстоянии по поверхности стола рядом с другой линейкой. Вы обнаружите, что расстояние, пройденное линейкой сверху банок, в два раза больше расстояния, пройденного центром одной из банок. Это происходит потому, что точка соприкосновения банок со столом неподвижна относительно стола. Однако центры банок движутся, а это означает, что верхняя часть вращающейся банки должна двигаться со скоростью, в два раза превышающей скорость центра, чтобы работала средняя скорость банки. Вы можете думать о точке контакта, центре и вершине, которые (в какой-то момент) подобны точкам, соединенным палкой, которая вращается вокруг точки контакта — точка на дальнем конце палки будет двигаться в два раза быстрее, чем точка на конце. полпути (очевидно, это справедливо только для бесконечно малого промежутка времени между моментом, когда данный кусок банки падает на стол, и когда он снова отрывается при продолжении вращения, но это дает вам правильное представление). Таким образом, линейка по верху перемещается вдвое дальше центра банок.
Следует рассмотреть множество механизмов трения. «Сухое» трение не зависит от скорости скольжения, а только от нормальной силы. «Вязкое» трение зависит от скорости линейно, «эластогидродинамическое (ЭГД)» трение зависит от скорости, давления и свойств пленки.
Какой тип трения вы конкретно спрашиваете?
Я думаю, что это очень критическое условие кинетической физики.
Как известно, трение не зависит от относительной скорости тела. Для этого вам нужно знать самые основные причины трения. То есть сведение шероховатой поверхности объекта с поверхностью. Таким образом, если объект быстрый, у него будет меньше шансов успокоиться, но из-за более высокой скорости большая потеря в Momentum.bcz приведет к большему столкновению. И если объект движется медленно, то будет время, чтобы шероховатость объекта успокоилась, но меньшее изменение импульса из-за меньшей скорости.
Марек