Силы трения (Объяснение происхождения)

ЧТО ТАКОЕ СИЛЫ ТРЕНИЯ

Силы трения всегда препятствуют движению одного из соприкасающихся тел относительно другого или же препятствуют возникновению такого движения. Если одно тело скользит по поверхности другого, то имеем дело с трением скольжения, а если катится по нему — с трением качения.

Трение скольжения объясняется главным образом шероховатостью трущихся поверхностей и взаимодействием молекул. Даже хорошо отполированная поверхность не лишена шероховатостей, которые можно обнаружить при рассмотрении в микроскоп.

Соприкасающиеся тела зацепляются друг за друга этими неровностями. При скольжении одного тела по другому такие неровности деформируются. Сила, препятствующая движению, называется силой трения. Она направлена по касательной к соприкасающейся поверхности в сторону, противоположную перемещению тела.

Трение качения

Трение качения зависит также от неровностей поверхности, на которую опирается каток, и от шероховатости поверхности катка. При одинаковом качестве поверхностей трение качения меньше трения скольжения в несколько десятков раз. Поэтому в машинах стараются заменить трение скольжения трением качения. Для этого применяют шариковые и роликовые подшипники.

Опыт показывает, что сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления F_Д. Сила давления — это сила, действующая по направлению нормали к поверхности данного тела. Отношение силы трения к силе давления для двух трущихся поверхностей есть величина постоянная и называется коэффициентом трения скольжения.

F_тр = ƦF_д

Коэффициент трения

Коэффициент трения зависит от материалов трущихся поверхностей и не зависит от величины этих поверхностей. Коэффициент трения уменьшается с увеличением скорости, поскольку при больших скоростях не все выступы шероховатых поверхностей успевают зацепляться друг за друга.

Если тело движется по горизонтальной поверхности, то F_д = Р, тогда

F_тр = ƦР

где Р — вес тела. Если тело движется по наклонной плоскости, то

F_д = Pcos α и F_тр = ƦP cos α,

где α — угол наклона плоскости к горизонтали.

Если тело на наклонной плоскости остается в покое, то оно, очевидно, удерживается силой трения. Поскольку в этом случае сила трения препятствует возникновению движения, ее называют силой трения покоя. Сила трения покоя всегда направлена против того движения, которое должно было бы возникнуть.