Оглавление:
Сила трения
Взаимодействие, возникающее в месте соприкосновения тел и препятствующее их относительному движению, называют трением, а характеризующую это взаимодействие силу — силой трения.
Силы трения, как и силы упругости, имеют электромагнитную природу. Трение между двумя твёрдыми телами называют сухим трением.
Различают три вида трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Трение покоя
Трение покоя — трение, возникающее при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел.
Трение покоя удерживает грузы, находящиеся на движущейся ленте транспортёра, от соскальзывания, препятствует развязыванию шнурков, удерживает гвозди, вбитые в доску, и т. д.
Сила трения покоя — это сила, препятствующая возникновению движения одного тела относительно другого. Направлена сила трения покоя всегда против силы, приложенной извне параллельно поверхности соприкосновения и стремящейся сдвинуть с места предмет, т. е. против предполагающегося движения (рис. 29). Измерить силу трения покоя можно с помощью груза, перекинутого через блок и связанного с телом через динамометр.
Сила трения покоя растёт вместе с силой, стремящейся сдвинуть тело с места. Но для любых двух соприкасающихся тел она имеет некоторое максимальное значение 
больше которого она быть не может. Например, для деревянного бруска, находящегося на деревянной доске, максимальная сила трения покоя составляет 0,6 от его веса. Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе нормального давления, равного по модулю силе реакции опоры 
:
где 
— коэффициент трения покоя.
Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения поверхностей. Она зависит от качества обработки соприкасающихся поверхностей и от материалов тел.
Трение скольжения
Приложив к телу силу, превышающую максимальную силу трения покоя, мы сдвинем тело с места, и оно начнёт двигаться. Трение покоя при этом сменится трением скольжения.
Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.
Как и максимальная сила трения покоя, сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления и, следовательно, силе реакции опоры: 
где 
— коэффициент трения скольжения (при небольших скоростях 
), зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей. Сила трения скольжения зависит также довольно сложным образом от относительной скорости соприкасающихся тел. При небольших относительных скоростях сила трения скольжения меньше силы трения покоя, и лишь при увеличении скорости 
(рис. 30). При небольших скоростях приближенно их можно считать равными:
Причинами возникновения силы трения являются шероховатость поверхностей соприкасающихся тел и межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел.
Даже те поверхности, которые выглядят гладкими, на самом деле всегда имеют микроскопические неровности (выступы, впадины). При скольжении одного тела по поверхности другого эти неровности зацепляются друг за друга и всегда мешают движению.
Межмолекулярное притяжение проявляется в тех случаях, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо отполированы. Так, например, при относительном скольжении двух металлов с очень чистыми и ровными поверхностями, обработанными в вакууме с помощью специальной технологии, сила трения оказывается намного больше, чем при перемещении неровного бруска дерева по земле. В некоторых случаях эти металлы даже «схватываются» друг с другом, и дальнейшее скольжение невозможно.
Трение качения
Если тело не скользит по поверхности другого тела, а, подобно колесу или цилиндру, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения. Катящееся колесо всё время вдавливается в полотно дороги, и потому перед ним всё время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолеть. Именно этим и обусловлено трение качения. При этом чем дорога тверже, тем трение качения меньше.
Как и в предыдущих случаях, сила трения качения пропорциональна силе реакции опоры:
где 
— коэффициент трения качения.
Благодаря тому, что 
, при одинаковых нагрузках сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Это было замечено ещё в древности. Поэтому для перемещения тяжёлых грузов наши предки подкладывали под них катки или брёвна. По этой же причине люди стали использовать в транспорте колёса.
Разница в силах трения скольжения и качения объясняется тем, что при скольжении участки тела смещаются вдоль поверхности соприкосновения, и вместо разорванных межмолекулярных связей постоянно образуются новые. Когда колесо катится без проскальзывания по поверхности, молекулярные связи разрываются при подъёме участков колеса быстрее, чем при скольжении, и поэтому сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.
На твёрдое тело, движущееся в жидкости или газе, действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.
В отличие от силы трения сила сопротивления среды появляется только во время движения тела в этой среде. Ничего подобного силе трения покоя здесь нет. Наоборот, всем известно, насколько легче сдвинуть с места предмет в воде, чем на твёрдой поверхности.
Модуль силы сопротивления среды 
зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств жидкости или газа, в котором тело движется, и от относительной скорости движения тела и среды. Примерный характер зависимости от скорости 
приведён на рис. 31. Как следует из рис. 31, при малых скоростях движения тела относительно среды можно считать 
где 
— коэффициент, зависящий от размеров, формы, состояния поверхности тела и вязкости среды.
При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:
где 
— коэффициент сопротивления, отличный от .
Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Сила упругости в физике |
| Закон Гука в физике |
| Давление в физике |
| Момент силы в физике |
