Сила трения

Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному переме­щению, называется силой трения. Направление силы трения противоположно направлению движения. Различают силу трения покоя и силу трения скольжения.

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения.

F_тр = μ N,

где N — сила реакции опоры, a μ — коэффициент трения скольжения.

Коэффициент μ зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем. Коэффициент трения характеризует не тело, на которое действует сила трения, а сразу два тела, трущиеся друг о друга. Значение его зависит от того, из каких материалов сделаны трущиеся тела, как обработаны их поверхности, от чистоты поверхностей и так далее. Опыты показали, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей и от положения одного из тел относительно другого. Коэффициент трения, например, конька о лед одинаков на всем протяжении ледяной дорожки, если, конечно, поверхность льда всюду одинакова. Таким образом, сила трения является исключением из общего правила, по которому сила, действующая на тело, зависит от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует. Сила трения, оказывается, зависит не от положения тела, а от его скорости. Впрочем, абсолютное значение силы трения двух твердых тел от их относительной скорости тоже мало зависит. Зависимость силы трения от скорости состоит в том, что при изменении направления скорости изменяется и направление силы трения. Значения коэффициента трения для некоторых материалов указаны в приведенной табл. 5.1:

Значения коэффициентов трения Таблица 5.1

Рис. 5.1

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно движению тела (рис. 5.1). При изменении на­правления скорости изменяется и направление силы трения.

Сила трения начинает действовать на тело, когда его пытаются сдвинуть с места. Если внешняя сила F меньше произведения μ N, то тело не будет сдвигаться, началу движения, как принято говорить, мешает сила трения покоя. Тело начнет движение только тогда, когда внешняя сила F превысит максимальное значение, которое может иметь сила трения покоя F тр

Трение покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.

В некоторых случаях трение полезно (без трения невозможно было бы ходить по земле человеку, животным, двигаться автомобилям, поездам и т. д.), в таких случаях трение усиливают. Но в других случаях трение вредно. Например, из-за него изнашиваются трущиеся детали механизмов, расходуется лишнее горючее на транспорте и т.д. Тогда с трением борются, применяя смазку («жидкостную или воздушную подушку») или заменяя скольжение на качение (поскольку трение качения характеризуется значительно меньшими силами, нежели трение скольжения).

Почему же возникают силы трения? Возникновение силы трения связано с явлениями на поверхностях соприкосновения тел. Какими бы гладкими ни казались поверхности соприкосновения, они на самом деле всегда шероховаты: на них имеются горбики и впадины, хорошо заметные в микроскоп. Когда мы пытаемся двигать одно тело по поверхности другого, эти бесчисленные горбики деформируются и возникают силы, очень похожие на силы упругости. Чем больше деформация маленьких выступов на поверхности, тем больше и сила, стремящаяся привести тело в движение. Вот почему сила трения покоя всегда равна внешней силе. Когда же начинается скольжение, выступы на поверхностях тел разрушаются. Вместо них образуются новые неровности, которые тоже будут разрушаться, и так далее Этим объясняется износ трущихся поверхностей.
Заметим в заключение, что трение между соприкасающимися твердыми телами называют сухим трением.