Задания № 15, 16 · ОГЭ

Расчёт силы трения

Алгоритмы решения задач на трение покоя и скольжения
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Расчёт силы трения начинают с определения состояния тела: покоится ли оно относительно опоры или скользит. Затем изображают все силы, выбирают оси, записывают второй закон Ньютона и проверяют, не превышает ли сила трения покоя предельного значения.

Виды трения и основные величины

Коэффициент трения \(\mu\) показывает, насколько велика сила трения по сравнению с силой нормальной реакции опоры. В школьных задачах чаще всего рассматривают сухое трение между твёрдыми поверхностями.

D
Сила трения

Сила трения — сила, возникающая при соприкосновении тел и направленная вдоль поверхности контакта против относительного движения или возможного движения. Обозначается \(F_{\text{тр}}\) и измеряется в ньютонах.

D
Трение покоя

Сила трения покоя препятствует началу скольжения. Она не всегда равна \(\mu N\): её значение приспосабливается к внешним силам от нуля до предельного значения.

D
Трение скольжения

При скольжении одно тело движется по поверхности другого. В школьной модели сила трения скольжения равна произведению коэффициента трения на силу нормальной реакции опоры.

\(Fтр\)
сила трения
Н
\(N\)
сила нормальной реакции опоры
Н
\(μ\)
коэффициент трения
безразмерная величина
\(m\)
масса
кг
\(g\)
ускорение свободного падения
м/с²
\[F_{\text{тр, пок}}\leq F_{\text{тр, пок}}^{\max}=\mu N\]
\[F_{\text{тр, ск}}=\mu N\]

Сила трения направлена не обязательно противоположно скорости тела. Она противоположна относительному движению поверхностей. Например, если брусок тянут вправо по столу, трение направлено влево. Если брусок покоится на наклонной плоскости и стремится соскользнуть вниз, сила трения направлена вверх по плоскости.

T
Главное правило выбора модели

Если тело скользит, используйте \(F_{\text{тр}}=\mu N\). Если тело покоится, сначала найдите силу трения из условий равновесия или уравнений движения, а затем проверьте условие \(F_{\text{тр}}\leq\mu N\).

Алгоритм решения задачи

  1. Выясните, есть ли скольжение. Слова «движется равномерно», «скользит», «начинает двигаться» требуют особого внимания.
  2. Изобразите тело и все действующие силы: силу тяжести \(mg\), реакцию опоры \(N\), внешние силы и силу трения.
  3. Выберите координатные оси. На наклонной плоскости удобно использовать оси вдоль и перпендикулярно плоскости.
  4. Определите реакцию опоры \(N\). Она не всегда равна \(mg\): внешняя сила может быть направлена под углом, а на наклонной плоскости появляется составляющая \(mg\cos\alpha\).
  5. Запишите второй закон Ньютона по каждой оси: сумма проекций сил равна \(ma\).
  6. Для скольжения подставьте \(F_{\text{тр}}=\mu N\). Для покоя найдите требуемую силу трения из уравнения и проверьте её максимальное значение.
  7. Проверьте знак, единицы измерения и физический смысл результата.

При равномерном движении ускорение равно нулю, поэтому сумма сил в каждом направлении равна нулю. Это часто позволяет быстро найти силу трения: если по горизонтали действуют только сила тяги и трение, то при равномерном движении они равны по модулю.

Проверь себя

Брусок покоится на горизонтальном столе. К нему не приложены горизонтальные силы. Чему равна сила трения?

Типовые случаи расчёта

Горизонтальная поверхность. Если на тело действует только сила тяжести и реакция опоры, вертикальное равновесие даёт \(N=mg\). Поэтому при скольжении \(F_{\text{тр}}=\mu mg\). Если тело тянут горизонтальной силой \(F\), то при равномерном движении \(F=F_{\text{тр}}\).

\[N=mg,\qquad F_{\text{тр, ск}}=\mu mg\]

Если тело тянут силой \(F\), направленной под углом \(\beta\) вверх к горизонту, её вертикальная составляющая уменьшает давление на опору: \(N=mg-F\sin\beta\). Если силу направляют вниз, то \(N=mg+F\sin\beta\). Горизонтальная составляющая равна \(F\cos\beta\).

\[N=mg-F\sin\beta,\qquad F_{\text{тр}}=\mu\left(mg-F\sin\beta\right)\]

Наклонная плоскость. Для тела на плоскости с углом наклона \(\alpha\) к горизонту сила тяжести имеет составляющую \(mg\sin\alpha\) вдоль плоскости и \(mg\cos\alpha\) перпендикулярно ей. Если других перпендикулярных сил нет, \(N=mg\cos\alpha\).

\[N=mg\cos\alpha,\qquad F_{\text{тр, ск}}=\mu mg\cos\alpha\]

Если брусок покоится на наклонной плоскости, трение уравновешивает составляющую силы тяжести вдоль плоскости: \(F_{\text{тр}}=mg\sin\alpha\). Такое равновесие возможно только при условии \(mg\sin\alpha\leq\mu mg\cos\alpha\), или \(\tan\alpha\leq\mu\).

\[F_{\text{тр, пок}}=mg\sin\alpha,\qquad \tan\alpha\leq\mu\]
Удобная проверка

Если в ответе для силы трения покоя получилось значение больше \(\mu N\), тело не может оставаться в покое: оно начнёт скользить. Нельзя автоматически заменять силу трения покоя на \(\mu N\).

Разобранный пример: брусок на наклонной плоскости

Брусок массой \(m=2\ кг\) покоится на наклонной плоскости с углом \(\alpha=30^\circ\). Коэффициент трения между бруском и плоскостью \(\mu=0{,}4\). Найдём силу трения и установим, начнётся ли скольжение. Примем \(g=10\ м/с^2\).

№
Дано и модель

Брусок стремится соскользнуть вниз, поэтому сила трения направлена вверх вдоль плоскости. Сначала находим не максимальную, а требуемую силу трения из равновесия.

1
Разложим силу тяжести на составляющие вдоль и перпендикулярно плоскости.
\(\displaystyle mg\sin\alpha=2\cdot10\cdot\sin30^\circ=10\ \text{Н}\)
2
По перпендикулярному направлению ускорения нет, поэтому реакция опоры равна нормальной составляющей силы тяжести.
\(\displaystyle N=mg\cos\alpha=2\cdot10\cdot\cos30^\circ=10\sqrt3\ \text{Н}\approx17{,}3\ \text{Н}\)
3
Для покоя сила трения уравновешивает составляющую силы тяжести вдоль плоскости.
\(\displaystyle F_{\text{тр}}=mg\sin\alpha=10\ \text{Н}\)
4
Проверим, не превышает ли требуемая сила предельную.
\(\displaystyle F_{\text{тр, пок}}^{\max}=\mu N=0{,}4\cdot10\sqrt3\approx6{,}9\ \text{Н}\)
5
Сравним требуемую и максимальную силы.
\(\displaystyle 10\ \text{Н}>6{,}9\ \text{Н}\)

Следовательно, покой невозможен: брусок начнёт скользить вниз. Если требуется найти ускорение после начала движения, используют силу трения скольжения \(\mu N\) и уравнение вдоль плоскости.

\[ma=mg\sin\alpha-\mu mg\cos\alpha\]
\[a=g\left(\sin\alpha-\mu\cos\alpha\right)\]

Частые ошибки и проверка ответа

!
Не путайте трение покоя и скольжения

Запись \(F_{\text{тр}}=\mu N\) для покоя допустима только в момент предельного равновесия или перед началом скольжения. В обычном покое сила трения может быть меньше этого значения.

!
Не принимайте \(N\) за \(mg\) автоматически

На наклонной плоскости \(N=mg\cos\alpha\), а при наклонной внешней силе реакция дополнительно изменяется. Сначала запишите уравнение по перпендикулярной оси.

!
Не направляйте трение против скорости всегда

Правильное направление определяется относительным движением или его возможным направлением. Например, трение может ускорять тело, если поверхность движется под ним.

!
Не учитывайте площадь соприкосновения в простой модели

Для сухого трения в экзаменационной модели сила зависит от \(\mu\) и \(N\), но не от площади контакта.

Быстрый тест

Q
Быстрый тест по теме

Проверьте понимание

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · горизонтальная поверхность
Брусок скользит по горизонтальному столу. Какова сила трения?
Главное за минуту

Главное

  • Сначала определите, есть ли скольжение, затем найдите реакцию опоры.
  • При скольжении используйте \(F_{\text{тр}}=\mu N\).
  • При покое силу трения находят из равновесия и проверяют условие \(F_{\text{тр}}\leq\mu N\).
  • На наклонной плоскости \(N=mg\cos\alpha\), а составляющая силы тяжести вдоль плоскости равна \(mg\sin\alpha\).
  • Сила трения направлена против относительного или возможного относительного движения, а не обязательно против скорости тела.