Как возникает сила трения покоя при вращении тела на диске

[Anna from Svetl]

nds
Я знаю, что роль центростремительной силы выполняет сила трения покоя. Я не понимаю как конкретно в этом случает возникает сила трения покоя. Причину ее возникновения.

[nds]

Абсолютно так же, как и для линейного движения. Сила то только одна - по радиусу.

[Anna from Svetl]

nds
При линейном движении сила трения направлена против относительного смещения тел. При круговом движении в каждый момент времени относительное смещение направлено по касательной к окружности. Почему сила трения направлена по радиусу?

[nds]

Относительное относительно чего?.
Перед вращением бруску дали пинок по касательной. При вращении брусок забыл этот пинок. И движется только по прямой, по радиусу относительно диска. И на него действует только центробежная сила. Как только брусок свалился с диска, он вспоминает про первоначальный "пинок" и летит по касательной.

-- 01.10.2017, 23:16 --

Массу бруска нужно убрать, чтобы сила инерции вас не смущала.

[miflin]

Anna from Svetl в сообщении #1252335 писал(а):

Почему сила трения направлена по радиусу?

Для наличия ускорения не обязательно изменять величину модуля скорости.
Можно изменять скорость только по направлению, сохраняя значение модуля.
И это тоже будет ускоренное движение, для которого требуется сила,
направленная перпендикулярно вектору скорости.

[Anna from Svetl]

nds
При горизонтальном движении мы пытаемся переместить нижний брусок относительно верхнего, что является причиной появления силы трения покоя. И возникает она противоположно направлению, в котором мы пытаемся переместить нижний брусок.
P.S. При чем тут центробежная сила, если я рассматриваю задачу в инерциально СО?

miflin
Я знаю, что изменения направления скорости это тоже ускоренное движение. Я не понимаю, откуда берется эта сила. Вот спутник вокруг Земли летает, потому что на него действует сила тяготения, направленная к центру Земли (центру кривизны траектории), ну и потому что он изначально имел скорость, направленную по касательной. Но откуда берется сила трения, направленная к центру траектории?

[StaticZero]

Anna from Svetl в сообщении #1252335 писал(а):

При линейном движении сила трения направлена против относительного смещения тел.

Берём доску, на доску сажаем брусок, все это ставим на лёд. Тащим досочку с постоянным ускорением, но так, чтобы брусок по доске не скользил. Вам понятно, откуда берётся сила трения покоя в этом случае?

[arseniiv]

Anna from Svetl в сообщении #1252314 писал(а):

У меня почему-то всегда было представление, что сила трения возникает противоположно направлению смещения в данный момент, т.е. по направлению мгновенной скорости.

Ну вот если трения скольжения — да, но и то смещения поверхностей друг относительно друга. А тут ничего не смещается (в пределах нашей макроскопической модели) и трение покоя.

[miflin]

Anna from Svetl в сообщении #1252339 писал(а):

Но откуда берется сила трения, направленная к центру траектории?

Брусок "хочет" сохранить состояние прямолинейного движения,
это его "желание" может осуществиться только если он "начнет пытаться" двигаться относительно диска,
при этом возникает сила трения покоя, направленная к центру.

[Anna from Svetl]

StaticZero
Понятно.

arseniiv
Да, тут я дала маху, конечно. Но как тогда в общем случае определяется направление силы трения покоя? Вроде бы, она направлена противоположно силе, стремящейся вызвать относительное смещение тел.
А, кажется поняла. Поскольку относительное смещение диска и бруска возникает из-за вращения бруска, а в каждой точке диска на него действует сила, направленная к центру, то со стороны бруска на диск действует сила трения покоя, направленная от центра, а на брусок со стороны диска, соответственно, сила трения, направленная к центру. Верно?

miflin
Но "захочет" то он двигаться по касательной?

[miflin]

Anna from Svetl в сообщении #1252346 писал(а):

Но "захочет" то он двигаться по касательной?

Да, по касательной, направление которой непрерывно изменяется в лабораторной СО.

[arseniiv]

Anna from Svetl в сообщении #1252346 писал(а):

Да, тут я дала маху, конечно. Но как тогда в общем случае определяется направление силы трения покоя? Вроде бы, она направлена противоположно силе, стремящейся вызвать относительное смещение тел.

Да. Пока отношение модулей суммы всех сил без трения покоя к модулю веса тела не больше некоторого значения, зависящего от условий контакта, сила трения покоя имеет ровно такое значение, чтобы сумма сил занулялась. Если больше, оно зануляется (и начинается скольжение и другая игра, конечно).

Плюс учтите, что в сложных случаях придётся рассматривать брусок по кусочкам, к каждому из которых будет применяться своя сила трения (покоя или опять же пусть скольжения), связанные силами упругости (определяемыми, если брусок абсолютно твёрдый, как раз из этого условия) — например, пусть на диске лежит концентрическое с ним кольцо; если мы начнём раскручивать диск со слишком большим угловым ускорением, он будет скользить, хотя если попытаться приложить одну силу трения скольжения к условному центру кольца, ничего кроме нуля приложить не получится. Так что брусок ещё себя в данном случае хорошо вёл.

[Anna from Svetl]

arseniiv
Спасибо. Удивительно, что я сама сразу не сообразила. Нигде в учебниках (да и в Интернете) не видела объяснения, откуда берется сила трения покоя в данном случае. Всегда это рассматривается как данность: указывается, что роль центростремительной силы играет сила трения покоя, а ее происхождение опускается. Точно так же мне не встречалось адекватное объяснение, каким образом поворачивает автомобиль вследствие поворота колес.

[fred1996]

Anna from Svetl
Вы еще не добрались до трения качения. :)
На самом дел сама технология трения может быть весьма разнообразной. Но это скорее вопрос инженерный, а не из школьной физики.
Пока вы изучаете физику в школьном объеме, можно опустить вещи, связанные с реальными деформациями.

[zvn333]

Anna from Svetl в сообщении #1252363 писал(а):

Точно так же мне не встречалось адекватное объяснение, каким образом поворачивает автомобиль вследствие поворота колес.

Стремление пристроить причинность, как основу понимания, похоже, еще не раз Вас собьет с толку.
Во втором законе Ньютона она не выражена совсем. Указана связь силы и ускорения и все! Причина в голове того, кто повернул колесо
Трение покоя в стартовом сообщении как раз такое, чтобы придать телу ускорение для движения по окружности вместе с диском. Иначе это трение скольжения-кувыркания.
И с автомобилем такая же штука - он будет двигаться(если не сорвется в снос) по окружности. И единственная сила на него - трение покоя дороги о шины - легко считается из известного ускорения.
Вот понимание этого - что-то неуловимое и "причинность" здесь похоже не приносит пользы.