Силы трения

Взаимодействие, возникающее в месте соприкосновения тел и препятствующее их относительному движению, называют трением, а характеризующую это взаимодействие силу – силой трения.

Трение твёрдого тела по твёрдому называют сухим трением.

Различают три вида сухого трения: трения покоя, трение скольжения и трение качения.

1. Трение покоя - трение при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел. Положим брусок на наклонную доску. При не слишком большом угле наклона доски брусок может остаться на месте. Что будет удерживать его от соскальзывания вниз? Трение покоя.

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.

2. Трение скольжения – трение при относительном движении соприкасающихся тел. Из-за чего постепенно останавливаются санки, скатившиеся с горы? Почему замедляет своё движение шайба, скользящая по льду? Из-за трения скольжения.

Сила трения скольжения направлена всегда в сторону противоположную направлению движения тела, т.е. противоположно направлению вектора скорости движения тела. Поэтому действие силы терния скольжения всегда приводит к уменьшению модуля относительной скорости тел. При этом всегда происходит нагревание взаимодействующих тел.

Причины возникновения силы трения следующие:

· Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Даже те поверхности, которые выглядят гладкими, на самом деле всегда имеют микроскопические неровности (выступы, впадины).

· Межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел.

Опыт показывают, что модуль силы трения скольжения, как и модуль максимальной силы трения покоя не зависит от площади поверхности соприкосновения тел, а прямо пропорционален модулю силы реакции опоры N:

F_тр = μ ·N

где μ – коэффициент трения скольжения. Он зависит от материала соприкасающихся тел, качества обработки соприкасающихся поверхностей, наличия между ними смазки и других факторов.

3. 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 несколько вдавливается в полотно дороги, и потому перед ним всё время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолеть, этим и обусловлено трение качения. При этом, чем дорога твёрже, тем трение качения меньше.

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 причине люди стали использовать в транспорте колеса.

Трение о жидкую или газообразную среду называется жидким или вязким трением. Причины возникновения мы рассмотрим в главе, посвящённой гидродинамике. Здесь отметим лишь их некоторые характерные особенности.

Трение покоя	Трение скольжения	Трение качения	Трение в жидкостях и газах
υ =0; F = Fтр	υ ≠ 0; Fтр = μ ·N	N=mg ;	Fтр = -r·υ

При вязком трении отсутствуют сила трения покоя. Достаточно слегка дунуть на плавающее в ванне с водой тело, чтобы оно пришло в движение. Зависимость силы жидкого трения от скорости для малых скоростей выражается зависимостью:

F_тр = -r·υ

Значение коэффициента пропорциональности r зависит от свойств среды, размеров и формы тела и состояния поверхности тел.

Трение может играть и отрицательную роль. Ведь именно из-за него нагреваются и изнашиваются многие движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить.

Трение может быть как полезным, так и вредным. В отсутствии трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле. В гололедицу, когда трение между подошвой обуви и льдом становится малым, и ноги начинают скользить, лёд посыпают песком: песок увеличивает трение.

Именно трение останавливает машины при торможении. На льду они даже при включении тормозов продолжали бы двигаться по инерции.

Все силы трения представлены на схеме

Таблица - Силы в механике

Силы в механике
	Сила тяготения	Сила упругости	Силы трения
Природа взаимодействия	Гравитационная	Электромагнитная	Электромагнитнгая
Формула для расчёта силы
Графическая иллюстрация
Зависимость силы от расстояния или относительной скорости	Является функцией расстояния между взаимодействующими телами	Является функцией расстояния (зависит от деформации)	Является функцией скорости относительного движения
Зависимость силы от массы взаимодействующих тел	Прямо пропорциональна массам взаимодействующих тел	Не зависит	Не зависит
Направление вектора силы	Вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела	Противоположно направлению перемещения частиц при деформации	Противоположно направлению вектора скорости
Сохранение значения силы при переходе из одной инерциальной системы отсчёта в другую	Сохраняет, так как расстояние R не изменяется	Сохраняет, так как деформация х не изменяется	Сохраняет, так как модуль относительной скорости не изменяется.
Условия применимости формулы	Материальные точки или сферически симметричные шары	Достаточно малая величина деформации х	Формула выполняются приближенно, так как сила сухого трения зависит от скорости.