Сила трения. Трение скольжения

Сила трения. Трение скольжения

Почему движущийся мяч останавливается? Почему подшипники нужно смазывать маслом? Причина — сила трения.

Что такое трение

Трение — это взаимодействие между поверхностями соприкасающихся тел, препятствующее их относительному движению.

Сила трения возникает всегда, когда одно тело движется (или пытается двигаться) по поверхности другого.

Обозначают силу трения $\vec{F}_{\text{тр}}$. Она направлена противоположно направлению движения (или возможного движения).

Виды трения

Различают три вида сухого трения:

• трение скольжения — одно тело скользит по поверхности другого (санки по снегу)
• трение качения — одно тело катится по другому (колесо по дороге)
• трение покоя — тела неподвижны, но пытаются сдвинуться (шкаф на полу)

Трение качения всегда меньше трения скольжения. Поэтому колёса эффективнее салазок.

Причины возникновения трения

1. Шероховатость поверхностей — даже гладкие на вид поверхности имеют неровности, которые цепляются друг за друга.
2. Межмолекулярное притяжение — молекулы соприкасающихся поверхностей притягиваются друг к другу (особенно на очень гладких поверхностях).

Чем лучше отполированы поверхности, тем меньше трение — но только до определённого предела. На идеально гладких поверхностях молекулярное притяжение резко возрастает.

Зависимость от силы нормального давления

Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (силе, прижимающей тело к поверхности):

$F_{\text{тр}} = \mu \cdot N$

где:

• $\mu$ — коэффициент трения (безразмерный)
• $N$ — сила нормального давления ($\text{Н}$)

Для горизонтальной поверхности $N = mg$, то есть сила давления равна весу тела.

Зависимость от площади соприкосновения

Сила трения не зависит от площади соприкосновения тел.

Это surprising факт: брусок, лежащий широкой или узкой стороной, имеет одну и ту же силу трения.

Зависимость от материала и обработки поверхностей

Коэффициент трения $\mu$ зависит:

• от материала (сталь по стали — одно значение, дерево по дереву — другое)
• от шероховатости (полировка уменьшает трение)

Примеры коэффициентов:

• дерево по дереву: $\mu \approx 0{,}25–0{,}5$
• сталь по льду: $\mu \approx 0{,}027$
• резина по асфальту: $\mu \approx 0{,}7$

Пример решения задачи

Задача. На горизонтальном полу лежит ящик массой $20\,\text{кг}$. Коэффициент трения $\mu = 0{,}3$. Какая сила трения действует на ящик при попытке сдвинуть его?

Дано:

• $m = 20\,\text{кг}$
• $\mu = 0{,}3$
• $g \approx 10\,\text{Н/кг}$

Решение: $N = mg = 20 \cdot 10 = 200\,\text{Н}$ $F_{\text{тр}} = \mu N = 0{,}3 \cdot 200 = 60\,\text{Н}$

Ответ: $F_{\text{тр}} = 60\,\text{Н}$.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое трение? Куда направлена сила трения?
2. Какие виды трения вы знаете?
3. Каковы причины возникновения трения?
4. От чего зависит сила трения скольжения? От чего не зависит?
5. Почему колёса эффективнее салазок?