Трение — механическое сопротивление, возникаю¬щее в плоскости касания двух тел при их относительном перемещении. Различают сухое трение, возникающее при контак¬те твердых тел, граничное трение — при наличии пленки жидкой смазки, жидкое трение — при движении твердых тел в жидкостях или газах и связанное с их вязкостью. Сила сопротивления Р, направленная противопог ложно относительному перемещению данного тела, на¬зывается силой трения, действующей на это тело. Трение — процесс, сопровождающийся диссипаци¬ей энергии, выделением теплоты, электризацией тел, их разрушением и так далее. Почему звучит скрипичная струна, когда по ней ве¬дут смычком? Ведь смычок движется равномерно, а ко¬лебания струны — периодические. Как разгоняется авто¬мобиль и какая сила замедляет его при торможении? По¬чему автомобиль «заносит» на скользкой дороге? Отве¬ты на все эти и многие другие важные вопросы, связан¬ные с движением тел, дают законы трения. В XVIII в. французский физик Кулон открыл закон, согласно которому сила трения /^ между твердыми тела¬ми не зависит от площади соприкосновения, а пропорци¬ональна силе М, сдавливающей тела: Р =Ш. ч> Коэффициент трения Ь зависит только от свойств трущихся поверхностей и обычно лежит в пределах от 0,5 до 0,15. Хотя с тех пор было выдвинуто немало гипотез, объясняющих этот закон, до сих пор полной теории сил трения не существует. Трение определяется свойствами -оверхности твердых тел, а они очень сложны и до конца еще не исследованы. Поверхность твердого тела обычно обладает неров-ностями. Например, даже у очень хорошо отшлифован¬ных металлов в электронный микроскоп видны впадины г выступы размером в 100—1000 А. При сжатии тел соприкосновение происходит толь¬ко в самых высоких местах и площадь реального контак¬та значительно меньше общей площади соприкасающих¬ся поверхностей. Давление в местах соприкосновения может быть очень большим; и там возникает пластичес-хая деформация. При этом площадь контакта увеличива¬ется, а давление падает. Так продолжается до тех пор, пока давление не достигнет определенного значения рй, при гзтором деформация прекращается. Поэтому площадь тактического контакта 5" оказывается пропорциональной гжимающей силе: р05' = N. В месте контакта действуют силы молекулярного гпепления (известно, например, что очень чистые и глад¬ок металлические поверхности прилипают друг к дру-гу). Таким образом, сила трения оказывается пропорцио-нальной величине Н, и коэффициент пропорциональнос-тж зависит от свойств поверхностей. Эта модель сил сухого трения, по-видимому, близка •с реальной ситуации в металлах. Однако в других случаях ортина менее ясна, и рассчитать теоретически, чему ра-эеэ коэффициент трения, пока никому не удавалось. Закон Кулона определяет максимальную величину злы трения. Если тело просто лежит на горизонтальной ~оз*рхности, то сила трения на него не действует. Трение возникает, если попытаться сдвинуть тело, приложить к зему силу. Пока величина этой силы не превышает зна-^кзия Ш, тело остается в покое и сила трения равна по аеличине и обратна по направлению приложенной силе. Затем начнется движение. Таким образом, Ш — это мак-гжмальная сила трения покоя. . Трение покоя появляется в результате суммарного ЛЕЙСТВИЯ межмолекулярных сил и механического сцеп-тения тел. Они препятствуют движению тел до тех пор, тсха внешняя сила не превысит силу трения покоя (об-:аегь V = 0), при этом силы трения покоя равны по вели- и противоположны приложенной силе (рис. 1).
Может показаться удивительным, но именно сила трения покоя разгоняет автомобиль. Ведь при движении автомобиля колеса не проскальзывают относительно до¬роги, и между шинами и поверхностью дороги возникает сила трения покоя, направленная в сторону движения автомобиля. Величина этой силы не может превосходить значения Е^* = Ш. Поэтому если на скользкой дороге резко нажать на газ, то автомобиль начнет буксовать. А вот если нажать на тормоза, то вращение колес прекра¬тится и автомобиль будет скользить по дороге. Сила тре¬ния изменит свое направление и начнет тормозить авто¬мобиль. Сила трения при скольжении твердых тел зависит не только от свойств поверхностей и силы давления (это зависимость качественно такая же, как для трения покоя), но и от скорости движения. Часто с увеличением скорос¬ти сила трения сначала резко падает, а затем снова начи-нает возрастать. Эта важная особенность силы трения скольжения как раз и объясняет, почему звучит скрипичная струна. Вначале между смычком и струной нет проскальзы-вания, и струна захватывается смычком (рис. Т). Когда сила трения покоя достигнет максимального значения, струна сорвется, и дальше она колеблется почти как сво¬бодная, затем снова^ахватывается смычком и т. д.
Рис.1 Рис. 2 Подобные, но уже вредные колебания могут возник¬нуть при обработке металла на токарном станке вслед-ствие трения между снимаемой стружкой и резцом (рис. 3). И если смычок натирают канифолью, чтобы сде¬лать зависимость силы трения от скорости более резкой, то при обработке металла приходится действовать наобо¬рот — выбирать специальную форму резца, смазку и т. п.
Рис.3 Трение скольжения появляется при соприкоснове¬нии движущихся тел и зависит от рода поверхностей и силы прижима двух поверхностей *г-цМ где и, — коэффициент трения скольжения, ЛГ — сила нормальной реакции (рис. 4). Если V = сопз!:, .Р. = Рпт, иначе та = Рпт- Рг.
Трение качения возникает при качении тела по поверх-ности другого. Вследствие деформации опоры Катящееся тело как бы все время поднимается вверх, преодолевая пре¬пятствие в виде деформированной опоры (рис. 5). Трение качения уменьшается при возрастании твер¬дости опоры.
Рис.5 Жидкое трение возникает при движении твердых тел в жидкостях и газах и связано с их вязкостью.
Силы жидкого трения пропорциональны скор движения и обращаются в нуль, когда тело остана ется. Поэтому в жидкости можно заставить тело; ся, прикладывая даже очень маленькую силу. Напр тяжелую баржу на воде человек может^привести Б . жение, отталкиваясь от дна шестом, а на земле такое: ему, конечно, не сдвинуть. Эта важная особенность сил жидкого трения < няет, например, тот факт, почему автомобиль «э на мокрой дороге. Трение становится жидким, большие неровности дороги, создающие боковые . приводят к «заносу» автомобиля. Силы трения необходимо отличать от сил сои ления движению. Они появляются в результате 1 действия поверхностей тел и могут существовать прж а левой скорости тела.
