ТРЕНИЕ

В земных условиях трение всегда сопутствуют любому движению тел. При всех видах механического движения одни тела соприкасаются либо с другими телами, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой. Такое соприкосновение всегда оказывает большое влияние на движение. Возникает сила трения, направленная противоположно движению.
Существует несколько видов трения:


Сухое трение возникает при движении твердых соприкасающихся тел относительно друг друга.
Вязкое (иначе жидкое) трение возникает при движении твёрдых тел в жидкой или газообразной среде, или когда жидкость или газ текут мимо неподвижных твёрдых тел.
Трение покоя возникает, когда к телу прикладывают силу, пытающуюся сдвинуть это тело.
Причинами возникновения силы трения являются: неровность соприкасающихся поверхностей и взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.
ОПЫТ
А что произойдет, если взять две идеально чистые поверхности?

Привяжите к ножке стеклянного бокала нитку и поставьте его на стол, накрытый стеклом. Если потянуть за нитку бокал легко заскользит по стеклу. Теперь смочите стекло водой. Перемещать бокал станет значительно труднее. Если Вы присмотритесь к стеклу, то сможете заметить даже царапины. Делов том, что вода удалила жир и прочие вещества, загрязнявшие трущиеся поверхности. Образовался контакт двух идеально чистых поверхностей, и оказалось, что сделать царапины (т.е. вырвать кусочки стекла) легче, чем оторвать (сдвинуть) бокал.
Способы уменьшения силы трения:
шлифовка трущихся поверхностей, применение смазки и замена трения скольжения трением качения.
Силы трения имеют электромагнитную природу.
От чего зависит сила трения?
- от рода соприкасающих поверхностей и от величины нагрузки.
В свое время великий итальянский художник и ученый Леонардо да Винчи, удивляя окружающих, проводил странные опыты: он таскал по полу веревку то во всю длину, то собирая ее кольцами. Он изучал: зависит ли сила трения скольжения от площади соприкасающихся тел? В результате Леонардо пришел к выводу . что сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся тел, что подтверждают и современные ученые. Как объяснить возникновение трения?
Соприкасающиеся поверхности тел никогда не являются идеально плоскими и имеют неровности.

Причем места выступов на одной поверхности не совпадают с местами выступов на другой. Но при сжатии остроконечные пики деформируются и площадь контакта увеличивается пропорционально приложенной нагрузке. Именно сопротивление сдвигу в местах неровностей и является причиной трения.

Кроме того, не надо забывать, что в случае идеально гладких поверхностей сопротивление движению возникнет за счет сил притяжения между молекулами.Так объясняется влияние на силу трения нагрузки - силы прижатия и свойств материалов.
Как измерить силу трения ?

Это можно сделать при помощи динамометра.
При равномерном движении тела динамометр показывает силу тяги, равную силе трения. Для удобства измерения иногда вместо того, чтобы тянуть книгу по столу, можно начать двигать сам стол, а книгу удерживать на месте, привязав её к пружине. Сила трения от этого не изменится.
Единица измерения силы трения в СИ (как и любой другой силы) - 1 Ньютон.

Сила трения скольжения

Какая сила тормозит брусок? Толкните брусок, лежащий на столе. В результате толчка он приобретет некоторую скорость, но при движении по столу его скорость будет уменьшаться и в конце концов брусок остановится.

Какая же невидимая сила тормозит брусок? Это сила трения скольжения.

Силы трения скольжения возникают между соприкасающимися телами, когда они движутся друг относительно друга.

Из-за чего возникают силы трения скольжения? На поверхностях твердых тел есть небольшие неровности — выступы и впадины. Когда эти тела движутся друг относительно друга, неровности одного тела зацепляются за неровности другого. Схематически это изображено на рис. 1.

Рис. 1. Причина возникновения силы трения скольжения

Чем более гладкие поверхности соприкасающихся тел, тем меньше силы трения скольжения. Поэтому, чтобы уменьшить силы трения скольжения, поверхности тел полируют или шлифуют.

От чего зависит сила трения скольжения?

Поставим опыт

Будем с помощью динамометра тянуть брусок вдоль стола с постоянной скоростью. На рис. 2, а изображены действующие на брусок силы.

Сила тяжести Fт и сила нормальной реакции N уравновешивают друг друга и поэтому равны по модулю. Поскольку брусок движется с постоянной скоростью, сила упругости пружины динамометра Т уравновешивает силу трения скольжения Fтр. Поэтому динамометр показывает, чему равен модуль силы трения скольжения.

Напомним, что силой нормальной реакции называют силу, с которой опора давит на тело. Эта сила перпендикулярна поверхности опоры.

Рис. 2. Динамометром измеряют силу трения скольжения при движении бруска по столу (а); сила трения скольжения для двух одинаковых брусков в 2 раза больше, чем для одного бруска (б)

Повторим опыт, положив на брусок второй такой же. Сила нормальной реакции N увеличилась в 2 раза, потому что теперь она уравновешивает силу тяжести, действующую на два бруска. Мы увидим, что сила трения скольжения увеличилась тоже в два раза (рис. 2, б).

Значит, можно предположить, что модуль силы трения скольжения Fтр пропорционален модулю силы нормальной реакции N.

Опыты с несколькими брусками подтверждают это предположение.

Таким образом, можно записать:

Fтр=μN.

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения.

Коэффициент трения измеряют на опыте.

Решим задачу

Брусок массой 1 кг тянут по горизонтальному столу, прикладывая горизонтальную силу 4 Н. Каков коэффициент трения между бруском и столом? Брусок движется с постоянной скоростью.

Решение. Обозначим F силу, с которой тянут брусок. Поскольку брусок движется с постоянной скоростью, сила трения скольжения равна по модулю этой силе: Fтр = F. Так как

Сила нормальной реакции уравновешивает силу тяжести, поэтому N=mg. Следовательно,

Ответ: 0,4

Ниже приведены значения коэффициента трения для некоторых видов поверхностей.

Какой жизненно важный вывод для водителей и пешеходов следует из того, что коэффициент трения между шинами и льдом в несколько раз меньше, чем между шинами и сухим асфальтом?

Сила трения покоя

Что мешает сдвинуть шкаф? Как трудно сдвинуть с места тяжелый шкаф (рис. 3)! Какая же сила уравновешивает при этом силу, которую мы прикладываем к шкафу?

Рис. 3. Сила трения покоя препятствует попытке сдвинуть предметы друг относительно друга

Это сила трения покоя. Она возникает, когда одно из соприкасающихся тел пытаются сдвинуть относительно другого. Сила трения покоя, так же как и сила трения скольжения, обусловлена зацеплением неровностей на поверхностях тел.

Может ли сила трения покоя разгонять тело? Несмотря на свое название, сила трения покоя часто вызывает движение тел. Например, делая шаг, вы отталкиваетесь от дороги. Четкий след подошвы на дороге указывает на то, что во время толчка подошва покоилась относительно дороги. Значит, между подошвой и дорогой действовали силы трения покоя. С помощью сил трения покоя вы толкаете дорогу назад, а она толкает вас вперед. Вращающиеся колеса автомобиля также отталкиваются от дороги.

На полке вагона поезда лежит чемодан. Какая сила изменяет скорость чемодана, когда поезд разгоняется или тормозит? Чемодан не касается стен вагона. Почему по льду труднее идти, чем по асфальту?

Что ограничивает силу трения покоя? Если увеличивать приложенную к шкафу силу, мы все-таки сдвинем шкаф. Значит, для силы трения покоя есть некоторая предельная величина, которую называют максимальной силой трения покоя. Опыт показывает, что она приближенно равна силе трения скольжения. Подробнее об этом рассказано в разделе «Почему поет скрипка и зачем смазывают дверные петли?».