Сила трения

Сила трения при этом увеличится вдвое. На основании подобных опытов было установлено, что, при неизменных материале и состоянии трущихся поверхностей сила их трения прямо  пропорциональна силе нормального  давления, т. е.

Поскольку в описанных  опытах все чашечки с гирьками всегда меньше веса бруска, можно заключить, что сила трения всегда составляет только часть силы нормального давления N (или Р_д). Коэффициент пропорциональности μ в формуле меньше единицы и должен быть числом отвлеченным. Он постоянен для одних и тех же трущихся поверхностей и меняется при их замене.

Величина, характеризующая  зависимость силы трения от материала  и качества обработки трущихся поверхностей, называется коэффициентом трения. Коэффициент  трения измеряется отвлеченным числом, показывающим, какую часть силы нормального  давления составляет сила трения

μ зависит от ряда причин. Опыт показывает, что трение между  телами из одинакового вещества, вообще говоря, больше, чем между телами из разных веществ. Так, коэффициент  трения стали по стали больше, чем  коэффициент трения стали по меди. Объясняется это наличием сил  молекулярного взаимодействия, которые  у однородных молекул значительно  больше, чем у разнородных.

Влияет на трение и качество обработки трущихся поверхностей.

Когда качество обработки  этих поверхностей различно, то неодинаковы  и размеры шероховатостей на трущихся поверхностях, тем прочнее сцепление  этих шероховатостей, т. е. больше μ трения. Следовательно, одинаковому материалу и качеству обработки обеих трущихся поверхностей соответствует наибольшее значение μ трения. Отметим, что при трении между гладко полированными поверхностями большую роль играют силы взаимодействия. Если в предыдущей формуле под Fтр подразумевали силу трения скольжения, то μ будет обозначать коэффициент трения скольжения, если же F_Tp заменить наибольшим значением силы трения покоя F_макс., то μ будет обозначать коэффициент трения покоя.

Теперь проверим, зависит  ли сила трения от площади соприкосновения  трущихся поверхностей. Для этого  положим на полозья трибометра 2 одинаковых бруска и измерим силу трения между полозьями и «сдвоенным» бруском. Затем положим их на полозья порознь, сцепив друг с другом, и снова измерим силу трения. Оказывается, что, несмотря на увеличение площади трущихся поверхностей во втором случае, сила трения остается прежней. Отсюда следует, что сила трения не зависит от величины трущихся поверхностей. Такой, на первый взгляд странный, результат опыта объясняется очень просто. Увеличив площадь трущихся поверхностей, мы тем самым увеличили количество зацепляющихся друг за друга неровностей на поверхности тел, но одновременно уменьшили силу, с которой эти неровности прижимаются друг к другу, так как распределили вес брусков на большую площадь.

Опыт показал, что сила трения зависит от скорости движения. Однако при малых скоростях этой зависимостью можно пренебречь. Пока скорость движения невелика, сила трения возрастает при увеличении скорости. Для больших скоростей движения наблюдается обратная зависимость: с увеличением скорости силы трения убывает. Следует отметить, что все  установленные соотношения для  силы трения носят приближённый характер.

Сила трения значительно  изменяется в зависимости от состояния  трущихся поверхностей. Особенно сильно она уменьшается при наличии  жидкой прослойки, например масла, между  трущимися поверхностями (смазка). Смазкой  широко пользуются в технике для  уменьшения сил вредного трения.

8. Роль сил трения

В технике и в повседневной жизни силы трения играют огромную роль. В одних случаях силы трения приносят пользу, в других - вред. Сила трения удерживает вбитые гвозди, винты, гайки; удерживает нитки в материи, завязанные узлы и т. д. При отсутствии трения нельзя было бы сшить одежду, собрать станок, сколотить ящик.

Трение увеличивает прочность  сооружений; без трения нельзя производить  ни кладку стен здания, ни закрепление  телеграфных столбов, ни скрепление частей машин и сооружений болтами, гвоздями, шурупами. Без трения не могли  бы удерживаться растения в почве. Наличие  трения покоя позволяет человеку передвигаться по поверхности Земли. Идя, человек отталкивает от себя Землю назад, а Земля с такой  же силой толкает человека вперед. Сила, движущая человека вперед, равна  силе трения покоя между подошвой ноги и Землей.

Чем сильнее человек толкает  Землю назад, тем больше сила трения покоя, приложенная к ноге, и тем  быстрее движется человек.

Когда человек отталкивает  Землю с силой большей, чем  предельная сила трения покоя, то нога скользит назад, и это затрудняет ходьбу. Вспомним, как трудно ходить по скользкому льду. Чтобы легче  было идти, необходимо увеличить трение покоя. С этой целью скользкую  поверхность посыпают песком. Сказанное  относится и к движению электровоза, автомобиля. Колёса, соединенные с  двигателем, называются ведущими.

Когда ведущее колесо с  силой, создаваемой двигателем, толкает  рельс назад, то сила, равная трению покоя и приложенная к оси  колеса, двигает вперед электровоз или автомобиль. Итак, трение между  ведущим колесом и рельсом  или Землей - полезно. Если оно мало, то колесо буксует, а электровоз или  автомобиль стоит на месте. Трение же, например, между движущимися частями  работающей машины вредно. Для увеличения трения посыпают рельсы песком. В гололедицу очень трудно ходить пешком и передвигаться на автомобилях, так как трение покоя очень мало. В этих случаях посыпают тротуары песком и надевают цепи на колеса автомобилей, чтобы увеличить трение покоя.

Силой трения также пользуются для удержания тел в состоянии  покоя или для их остановки, если они движутся. Вращение колес прекращается с помощью тормозных колодок, тем или иным способом прижимаемых  к ободу колеса. Наиболее распространены воздушные тормоза, в которых  тормозная колодка прижимается  к колесу при помощи сжатого воздуха.

Рассмотрим подробнее  движение лошади, тянущей сани. Лошадь ставит ноги и напрягает мускулы  таким образом, что в отсутствие сил трения покоя ноги скользили  бы назад. При этом возникают силы трения покоя, направленные вперед. На сани же, которые лошадь тянет вперед через постромки с силой, со стороны земли действует сила трения скольжения, направленная назад. Чтобы лошадь и сани получили ускорение, необходимо, чтобы сила трения копыт лошади о поверхность дороги, была больше, чем сила трения, действующая на сани. Однако, как бы ни был велик коэффициент трения подков о землю, сила трения покоя не может быть больше той силы, которая должна была вызвать скольжение копыт , т. е. силы мускулов лошади. Поэтому даже тогда, когда ноги лошади не скользят, все же она иногда не может сдвинуть с места тяжелые сани. При движении (когда началось скольжение) сила трения несколько уменьшается; поэтому часто достаточно только помочь лошади сдвинуть сани с места, чтобы потом она могла их везти.

9. Заключение 

10. Список используемой литературы

1. Дерягин Б. В. Что такое трение? М.: Изд. АН СССР, 1963.

2. Крагельский И. В., Щедров В. С. Развитие науки о трении. Сухое трение. М.: Изд. АН СССР, 1956.

3. Фролов, К. В. (ред.) Современная трибология: Итоги и перспективы. ЛКИ, 2008.