Сила трения. При движении тела по горизонтальной поверхности на него действует сила, препятствующая движению – сила трения

При движении тела по горизонтальной поверхности на него действует сила, препятствующая движению – сила трения, то есть сила сопротивления, направленная в сторону противоположную перемещению.

Различают трение внутреннее (жидкое или вязкое) и внешнее.

Внутренним трением называется трение, возникающее между частями одного и того же тела, например, между слоями жидкости или газа, скорости которых меняются от слоя к слою. Пусть между плоскостями I и II вязкая среда. Если плоскость I движется относительно плоскости II со скоростью u (рис. 2.1), то

(2.10)

где F_тр – тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоев вязкой среды друг относительно друга,

S – площадь плоскости I,

h – коэффициент динамической вязкости или вязкость,

– градиент скорости – быстрота изменения скорости от слоя к слою, т.е. в направлении, перпендикулярном движению, иначе – скорость сдвига.

= Па·с (2.11)

Внешнее трение возникает в плоскости соприкосновения двух тел (рис. 2.2).

Если соприкасающиеся тела неподвижны, то в момент начала движения возникающее между телами трение называется трением покоя. Сила трения покоя – это максимальная сила, необходимая, чтобы привести в движение одно тело относительно другого.

Рис. 2.1

F_тр = μ ₀ N (2.12)

где μ ₀ – коэффициент трения покоя, N – сила нормального давления.

При движении одного тела по поверхности другого возникает трение скольжения.

F_тр = μ N (2.13)

μ – коэффициент трения скольжения

μ < μ ₀, то есть сила трения покоя больше силы трения скольжения.

Для определения коэффициента трения используется наклонная плоскость (рис. 2.3). Угол наклонной плоскости увеличивают до тех пор, пока тело не начнет скатываться по плоскости. В этом случае сила трения будет равна сказывающей силе :

, т.е. ,

Рис. 2.2.

откуда

(2.14)

Рис. 2.3

Одним из видов внешнего трения является трение качения, которое проявляется, когда тело катится по опоре (рис.2.4). Оно значительно меньше трения скольжения m_k < < m.

Рис. 2.4

(2.15)

где P – вес катка, r – радиус, μ _k – коэффициент трения качения.

Из (2.15) видно, что сила трения качения обратно пропорциональна радиусу катящегося тела.

Трение играет большую роль в природе и технике. В некоторых случаях трение играет положительную роль и его стремятся увеличить (например, изготовление автомобильных шин со специальным рисунком протектора, увеличивающим трение между колесами и поверхностью дорожного покрытия, посыпание песком дорог во время гололеда). Но иногда приходится бороться с негативными проявлениями, вызываемыми трением с помощью смазок. В данном случае используется тот факт, что внутреннее трение, возникающее между слоями жидкости значительно меньше внешнего трения, возникающего между частями твердых тел. Другой способ уменьшить внешнее трение – заменить трение скольжения трением качения, применяя шариковые и роликовые подшипники и т.д.