Возможный дубликат:
увеличивается ли сила кинетического трения с относительной скоростью вовлеченных объектов? Если нет, то почему?
Предупреждение обывателя... В последний раз я занимался физикой в старшей школе и просто пытаюсь понять, над чем работает мой сын.
Чтобы ящик двигался по полу с постоянной скоростью, мне нужно приложить силу, равную и противоположную силе кинетического трения , действующей на него.
Если я начну прикладывать силу, превышающую кинетическую силу трения, коробка ускорится. Будет ли он продолжать ускоряться бесконечно, или кинетическая сила трения, которую мне нужно преодолеть, будет увеличиваться по мере того, как коробка становится быстрее?
Нет для "сухого", да для "мокрого".
Для «сухого трения», такого как коробка на полу, она относительно постоянна. Почему это? Большинство объектов микроскопически шероховатые с «пиками», которые движутся друг против друга. Чем больше сила нажатия, тем сильнее деформируются пики, и пропорционально увеличивается истинная площадь контакта. Поверхности прилипают друг к другу, образуя связь, для разрыва которой требуется определенное усилие сдвига. Поскольку молекулы движутся намного быстрее ~ 300 м / с, чем коробка (из-за тепловых колебаний), скорость не повлияет на количество прилипших молекул (за исключением «статического трения»). Однако статическое трение иногда бывает выше, по одному из объяснений, потому что пики успевают осесть и сцепиться друг с другом. Если пренебречь трением покоя, сила постоянна .
Простейший случай мокрого трения — два предмета, разделенные пленкой воды. В этом случае статическое трение равно нулю, так как тепловой энергии достаточно, чтобы разрушить любую статическую структуру молекулы воды, несущую сдвиг. Однако молекулы воды по-прежнему толкают и притягивают друг друга, передавая импульс сверху вниз. Скорость передачи импульса, т.е. «трение», растет пропорционально доступному количеству импульса, которое, в свою очередь, растет со скоростью. Таким образом, сила линейна со скоростью.
Однако интересные вещи происходят, когда объемная масса воды становится важной. В этом случае неровности и т. д. на поверхности давят на воду, создавая потоки, которые могут врезаться в неровности на другой поверхности. Если вы удвоите скорость, ваши неровности будут выталкивать в два раза больше воды в два раза быстрее с в 4 раза большей силой; сила квадратична скорости. Вы можете подключить формулы для линейного случая (который зависит от вязкости) и квадратичного случая (который зависит от плотности), чтобы увидеть, какой из них «выигрывает» (это примерно число Рейнольдса), если нет явного победителя, ответ сложный. (см. диаграмму Муди).
Тем не менее, это приблизительные значения, и реальный ответ может не соответствовать этим «правилам».
Для «низких» скоростей кинетическое трение можно считать постоянным [1]. Однако я не уверен, какие эффекты преобладают на более высоких скоростях. Если вокруг него есть воздух, то есть, например, сопротивление, которое вызывает силу, пропорциональную [2].
[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict2.html#kin
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics)#Drag_at_high_velocity
dmckee --- котенок экс-модератор
atlex2