Сила трения покоя

Действия тел друг на друга, создающие ускорения, называют силами: все силы можно разделить на два вида: силы, действующие при непосредственном соприкосновении и силы, действующие независимо от того соприкасаются тела или нет, силы которые могут действовать на расстоянии. Сила трения возникает при соприкосновении тел и основная черта силы трения состоит в том, что она препятствует движению соприкасающихся тел или возникновению этого движения. Различают силы трения покоя, скольжения и качения.

Где мы встречаемся с силой трения

В повседневной жизни с силой трения мы сталкиваемся ежедневно. Например, сила трения помогает нам удерживать в руках предметы и ходить по земной поверхность. В зимнее время тротуары посыпают песком для увеличения той самой силы трения, и предотвращения падений на скользкий снег. Приведем еще несколько примеров на эту тему:

  • Лыжи, санки и сноуборды, конечно, прекрасно скользят по снегу спускаясь с горы, но остановятся через некоторое время на горизонтальной поверхности;
  • Автомобили и мотоциклы прекращают движение после остановки двигателя без помощи тормозов — тормозит сила трения. Правда, тормозной путь будет больше;
  • Гвозди и клинья обеспечивают сцепление за счет силы трения;
  • Узлы на веревках, тросах и шнурках не развязываются благодаря трению;
  • Предметы устойчиво стоят на столах и не падают от дуновения ветерка по той же причине;
  • Петли скрипящих дверей смазывают маслом, чтобы уменьшить силу трения;
  • Музыкальные инструменты (струнные и щипковые) звучат благодаря трению.

Рис. 1. Примеры проявления силы трения.

Дадим общее определение силы трения:

Сила трения — это сила, возникающая при контакте двух тел и препятствующая их относительному движению. Сила трения направлена против движения.

Сила трения может быть как полезной, и тогда ее действие стараются усилить, так и нежелательной. В последнем случае стараются всевозможными методами снизить трение. Как правило, для этого применяются различного рода смазки в виде масел. Например, эффективность двигателя внутреннего сгорания в наибольшей степени зависит от трения поршней о стенки цилиндров. Производители масел стараются снизить трение и увеличить срок службы двигателя.

Причины возникновения силы трения

Первая причина — не идеальность поверхностей. Казалось бы гладкие на вид и на ощупь поверхности всегда имеют какое то количество бугорков, шероховатостей и царапин, которые мы не можем разглядеть. При движении тела (или при попытке движения) эти дефекты цепляются друг за друга, что в сумме дает некоторую силу, препятствующую движению.

Граница раздела трущихся поверхностей: царапины, бугры, дефекты:

Рис. 2. Граница раздела трущихся поверхностей: царапины, бугры, дефекты.

Вторая причина — сила трения возникает благодаря существованию сил взаимодействия молекул и атомов соприкасающихся тел. Взаимодействие возникает между электрическими зарядами, которые имеют частицы (электроны, протоны), входящие в состав атомов.

Сила трения покоя

Существует или нет сила трения, когда тела находятся в состоянии покоя? Да, существует. Например, если нам понадобится дома передвинуть фортепиано или что-то из мебели, то для этого придется приложить ощутимое усилие, которое только достигнув некой стартовой величины, позволит начать движение. Еще один пример: тело, лежащее на наклонной плоскости неподвижно, удерживается силой трения, хотя на него действует сила тяжести. В обоих случаях действующая на тела сила уравновешивается силой трения. Сила, возникающая при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.

Тело на наклонной плоскости, удерживается силой трения

Рис. 3. Тело на наклонной плоскости, удерживается силой трения.

Сила трения покоя Fтр равна по модулю внешней силе Fвн, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению:

$ Fтр = – Fвн $ (1).

Равенство (1) называется формулой силы трения покоя.

Силу трения покоя тела, лежащего на горизонтальной поверхности можно измерить с помощью динамометра, зацепив его за выступ (крюк) на теле. Натягивая постепенно пружину динамометра мы достигнем некоторого значения, когда тело сдвинется с места, а после этого начнет двигаться равномерно. Это и будет величина силы трения покоя.

💡

На тело в процессе равномерного движения будет действовать уже сила трения скольжения. Оказывается, что сила трения скольжения может быть меньше, чем сила трения покоя. Это происходит потому, что коэффициент трения скольжения зависит от скорости скольжения одного тела относительно другого.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали по какой причине вообще возникает сила трения. Сила трения покоя существует даже при отсутствии перемещения тел относительно друг друга. Формула (1) показывает, что сила трения равна внешней силе по модулю, и направлена в противоположную сторону.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3. Всего получено оценок: 263.

Предметы