Мужайло,10 б

Силы трения.

Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному перемещению, называется силой трения. Направление силы трения противоположно направлению движения. Различают силу трения покоя и силу трения скольжения.
Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения.
, где N — сила реакции опоры, a μ — коэффициент трения скольжения. Коэффициент μ зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем.

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно движению тела. При изменении на¬правления скорости изменяется и направление силы трения.
Сила трения начинает действовать на тело, когда его пытаются сдвинуть с места. Если внешняя сила F меньше произведения μN,то тело не будет сдвигаться — началу движения, как принято говорить, мешает сила трения покоя. Тело начнет движение только тогда, когда внешняя сила F превысит максимальное значение, которое может иметь сила трения покоя
Трение покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.
В некоторых случаях трение полезно (без трения невозможно было бы ходить по земле человеку, животным, двигаться автомобилям, поездам и т.д.), в таких случаях трение усиливают. Но в других случаях трение вредно. Например, из-за него изнашиваются трущиеся детали механизмов, расходуется лишнее горючее на транспорте и т.д. Тогда с трением борются, применяя смазку.
Силы трения, в отличие от гравитационных сил и сил упругости, не зависят от координат относительного расположения тел, они могут зависеть от скорости относительного движения соприкасающихся тел.
Наиболее характерная черта сил трения та, что они препятствуют движению каждого из соприкасающихся тел относительно другого или препятствуют самому возникновению этого движения.

Особенности сил трения покажем на следующих опытах. Возьмем деревянный брусок с приделанными к нему сбоку крючками (см. рисунок) и положим его на горизонтальный стол. Брусок будет давить на стол с силой Р, равной весу бруска. Зацепив за крючок кольцо динамометра, расположим динамометр горизонтально и потянем его, как показано на рисунке. Пока сила, действующая со стороны динамометра, достаточно мала, брусок остается в покое. Значит, кроме силы F, действующей со стороны динамометра, на брусок действует еще какая-то сила f, уравновешивающая первую. Это и есть сила трения; она действует со стороны стола на брусок и приложена к поверхности их соприкосновения.

Так как эта сила возникает, когда брусок еще не скользит по столу, то она называется силой трения покоя. Мы можем немного увеличить силу F — тело все же останется в покое. Это значит, что вместе с силой F увеличивается и сила трения покоя f, все время оставаясь равной приложенной силе. Сила трения покоя f никогда не может быть больше приложенной силы: действительно, под действием силы f движение бруска в направлении, противоположном силе F, никогда не возникает. Но если мы еще увеличим силу F, то в конце концов брусок получит ускорение и начнет скользить по столу в направлении этой силы. Значит, сила трения покоя оказалась меньше приложенной силы — сила трения покоя может увеличиваться только до некоторого определенного предела. Этот предел — наибольшую величину силы трения покоя — мы определим по показаниям динамометра непосредственно перед моментом, когда только-только начнется скольжение.

Силы трения при различных направлениях силы F, приложенной со стороны динамометра.


Зацепив динамометр за другой крючок, мы можем изменить направление силы F (см. рисунок); но и тогда, пока ее величина не превосходит указанного выше предела, брусок не придет в движение. Значит, одновременно с изменением направления силы F изменяется и направление силы трения покоя f. Таким образом, и величина и направление силы трения покоя определяются величиной и направлением той внешней силы, которую она уравновешивает: сила трения покоя равна по величине и противоположна по направлению той внешней силе, которая стремится вызвать скольжение одного тела по другому. Иначе говоря, сила трения покоя действует на тело навстречу тому направлению, в котором возникло бы скольжение, если бы сила трения покоя отсутствовала.

Обычно, когда говорят о силе трения покоя, имеют в виду наибольшую величину этой силы. Посмотрим, как зависит эта наибольшая величина от силы, с которой соприкасающиеся тела давят друг на друга. Будем нагружать брусок гирями различного веса и повторять определение наибольшей силы трения покоя. Мы увидим, что при изменении силы Р, с которой брусок давит на стол (теперь это будет сумма весов бруска и гирь), сила трения покоя изменяется примерно пропорционально силе Р.так что приближенно

F=kp (1)

где k — постоянная величина. Эту величину
равную отношению силы трения между данными поверхностями к силе, с которой тела давят друг на друга, называют коэффициентом трения. Для разных материалов коэффициенты трения различны. Из определения видно, что коэффициент трения не зависит от выбора системы единиц.

k=F/p (2)

На практике коэффициент трения для данных материалов определяют по формуле 2, измеряя отдельно силу трения и силу давления тел друг на друга. Так как коэффициенты трения покоя зависят от вещества обоих тел, то их приходится определять для каждой из различных пар материалов (трение железа по дереву, железа по железу и т. п.) Коэффициент трения не является строго постоянной величиной для данной пары металлов и зависит от свойств поверхностей. Гладкая обработка поверхностей сильно уменьшает коэффициент трения.

Увеличим теперь силу F как раз настолько, чтобы тело начало скользить, и после того, как оно начало двигаться, подберем величину внешней силы так, чтобы тело скользило по поверхности стола равномерно. Это будет значить, что возникающая при скольжении сила трения (сила трения скольжения) равна приложенной силе. Измеряя приложенную силу, поддерживающую равномерное скольжение тела по поверхности, мы увидим, что она обычно бывает меньше силы, требуемой для того, чтобы сдвинуть тело с места: сила трения скольжения может быть меньше, чем сила трения покоя.

Часто вводят коэффициент трения скольжения согласно той же формуле 2, но в которую вместо силы трения покоя подставляют силу трения скольжения.

Легко убедиться на опыте, что сила трения скольжения также зависит от рода трущихся поверхностей и, так же как и сила трения покоя, увеличивается при увеличении силы давления между трущимися телами. При увеличении скорости, но неизменной силе давления сила трения скольжения обычно не остается постоянной. Это значит, что коэффициент трения скольжения зависит и от скорости скольжения одного трущегося тела относительно другого. Для многих задач, однако, можно пользоваться некоторым средним значением коэффициента трения скольжения. При весьма малых скоростях его можно считать равным коэффициенту трения покоя.

Даже при большой силе, прижимающей трущиеся тела друг к другу, они всегда соприкасаются не по всей поверхности, а только на отдельных участках. Это объясняется микроскопическими неровностями поверхности всякого тела, остающимися даже при тщательной обработке поверхности. Поэтому силы трения действуют только между этими отдельными участками. Между соприкасающимися участками возникают силы сцепления, которые при скольжении тел направлены в сторону, обратную скольжению.

Для уменьшения сил трения скольжения применяется смазка. Смазка состоит в том, что между двумя соприкасающимися твердыми поверхностями вводится слой жидкого масла, изменяющий условия соприкосновения и уменьшающий трение.
Роль сил трения.
Все движения соприкасающихся тел друг относительно друга всегда происходят с трением: ось колеса испытывает трение в подшипнике, а его обод — трение о рельс; дверь открывается со скрипом, свидетельствующим о трении в петлях; шарик, катящийся по горизонтальному столу, останавливается под действием сил трения качения. Когда мы изучаем движение какого-нибудь тела и исключаем из рассмотрения трение, то мы, упрощая задачу, одновременно в той или иной степени искажаем действительное положение вещей. Во всех опытах, которые мы приводили для иллюстрации законов движения, мы предполагали, что трение отсутствует. В действительности же силы трения всегда влияют в большей или меньшей степени на характер движения.

Роль трения не всегда ограничивается торможением движений тел. Во многих случаях движение, например ходьба, становится возможным только благодаря действию сил трения, в частности трения покоя. При ходьбе мы ставим ноги на землю таким образом, что они должны были бы скользить назад, если бы силы трения покоя не существовало (действительно, когда мы пытаемся идти по гладкому льду, то ноги скользят назад). Так как сила трения покоя действует в направлении, противоположном тому, в котором должно было бы возникнуть скольжение, то возникает сила трения покоя, направленная вперед. Она и сообщает телу человека ускорение вперед. Примерно так же обстоит дело и во всех самодвижущихся экипажах (велосипед, автомобиль, электровоз). Двигатель экипажа вызывает вращение ведущих колес. Если бы сила трения покоя отсутствовала, то экипаж оставался бы на месте и колеса начали бы буксовать, так что точки колеса, прикасающиеся в данный момент к земле или рельсам, проскальзывали бы в направлении назад. Возникающая сила трения покоя, действующая на колеса со стороны земли, направлена вперед и сообщает экипажу ускорение вперед, либо, уравновешивая другие силы, действующие на экипаж, поддерживает его равномерное движение. Если эта сила трения недостаточна (например, на льду), то экипаж не движется, а колеса буксуют. Наоборот, если у движущегося экипажа, колеса которого вращаются, замедлить вращение колес, не замедляя скорости самого экипажа, то в отсутствие сил трения колеса начали бы скользить по земле вперед; значит, в действительности возникает сила трения, направленная назад. На этом основано действие тормозов. Если к электровозу прицеплен железнодорожный состав ,то, как только электровоз двинется вперед, сцепка растянется и возникнет сила упругости сцепки, которая будет действовать на состав: это и есть сила тяги. Если увеличить силу, действующую со стороны двигателя на колеса, то увеличится и сила трения покоя, а значит, и сила тяги. Наибольшая сила тяги равна наибольшей силе трения покоя ведущих колес. При дальнейшем увеличении сил со стороны двигателя колеса начнут проскальзывать и тяга может даже уменьшиться.