Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.
Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.
Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону (рис. 1.13.1).
Рисунок 1.13.1. Сила трения покоя (υ = 0). Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения (Fтр)max. Если внешняя сила больше (Fтр)max, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако, во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач (рис. 1.13.2).
Рисунок 1.13.2. Реальная (1) и идеализированная (2) характеристики сухого трения Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры Fтр = (Fтр)max = μN. Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения.
Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей. При скольжении сила трения направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям в сторону, противоположную относительной скорости (рис. 1.13.3).
Рисунок 1.13.3. Силы трения при скольжении (υ ≠ 0). – сила реакции опоры, – вес тела, При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя.
Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях Fтр ~ υ, при больших скоростях Fтр ~ υ2. При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.
Силы трения возникают и при качении тела. Однако силы трения качения обычно достаточно малы. При решении простых задач этими силами пренебрегают.
Я защищаю господина Трение за то, что он нам ходить по земле. Если бы не было трения, то мы не смогли бы ходить. Просто стояли бы на месте. А если бы попытались сделать шаг, этого бы не получилось. Мы все думаем, что мы видим очень гладкую поверхность, но это не так. Все поверхности имеют шероховатую плоскость, и поэтому с трения мы отталкиваемся от земли. Силу трения можно уменьшить во много раз, если между трущимися предметами ввести смазку. Например, человек катается на лыжах. Если смазать лыжи лыжной смазкой, то уменьшится сила трения скольжения и человек будет сильно отталкиваться от земли. Такое трение возникает при движении саней и лыж: по снегу. Так, при движении колес вагона, автомобиля, при перекатывании бревен или бочки по земле проявляется трение качения. Положив деревянный брусок на круглые палочки и прикрепив динамометр можно измерить силу трения качения. При равных нагрузках сила трения качения больше, чем сила трения скольжения Сила трения покоя позволяет машинам, велосипедам и другим движущимся предметам останавливаться при торможении, но без трения покоя он даже не смог бы и начать движение.
Каникулы уже заканчивались, а я еще не сделал ничего из уроков. И вот под вечер я вспомнил про сочинение по физике. И начал думать, что же написать. Но ничего так и не придумал. Я лег спать. На следующий день мы поехали в гости к знакомым. Мы поехали на автобусе. Уже через одну была наша остановка. Но вдруг я поскользнулся и упал. Я попытался ухватиться за стойку и встать. Но стойка выскользнула у меня из рук, и я опять упал. Тут я оглянулся и увидел, что каждый, кто не сидел, лежит на полу и не может встать. И автобус не останавливается ни на одной остановке. Вот мы проехали нашу остановку. И тут я подумал: "Вот учительница задала написать сочинение про силу трения, и вот сила трения пропала". Я приподнял голову и увидел, что наш автобус сейчас врежется в дом. Я крикнул и проснулся. Я долго сидел на кровати, обдумывая этот ужасный сон. Тут я встал с кровати, подошел к столу, сел и написал все это.
Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.
Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону (рис. 1.13.1).
Рисунок 1.13.1.
Сила трения покоя (υ = 0).
Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения (Fтр)max. Если внешняя сила больше (Fтр)max, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако, во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач (рис. 1.13.2).
Рисунок 1.13.2.
Реальная (1) и идеализированная (2) характеристики сухого трения
Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры
Fтр = (Fтр)max = μN.
Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения.
Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей. При скольжении сила трения направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям в сторону, противоположную относительной скорости (рис. 1.13.3).
Рисунок 1.13.3.
Силы трения при скольжении (υ ≠ 0). – сила реакции опоры, – вес тела,
При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa вязкого трения. Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя.
Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях Fтр ~ υ, при больших скоростях Fтр ~ υ2. При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.
Силы трения возникают и при качении тела. Однако силы трения качения обычно достаточно малы. При решении простых задач этими силами пренебрегают.