Трение в природе и технике

Трение в природе и технике. Трение покоя

Трение может быть и полезным, и вредным. Иногда его стараются увеличить (шипы на подошвах), иногда — уменьшить (смазка в механизмах).

Полезное трение

Во многих случаях трение полезно — без него невозможны привычные действия:

• ходьба: мы отталкиваемся от земли (трение не даёт ногам скользить)
• торможение: тормозные колодки трутся о диск и останавливают автомобиль
• сцепление колёс с дорогой: без трения колёса буксуют
• удержание предметов: трение позволяет держать ручку, стакан, инструмент
• зажигание спички: трение головки о коробку вызывает воспламенение

Если бы трение исчезло — мы не смогли бы ходить, машины не могли бы двигаться, предметы выскальзывали бы из рук.

Вредное трение

В других случаях трение вредит:

• износ деталей: трущиеся поверхности стираются
• нагрев: трение вызывает выделение тепла (может привести к перегреву)
• потеря энергии: на преодоление трения тратится часть энергии двигателя

В двигателях, механизмах трение — главный враг, с которым борются.

Способы увеличения трения

Когда нужно увеличить трение:

• шероховатая поверхность (насечка на ручке инструмента)
• специальные материалы (резиновые подошвы, шины)
• зимние шины с шипами (лучшее сцепление со льдом)
• песок или соль на обледеневшей дороге

Способы уменьшения трения

Когда нужно уменьшить трение:

• смазка (масло между деталями уменьшает трение в разы)
• полировка поверхностей (уменьшает шероховатость)
• подшипники (заменяют трение скольжения на трение качения, которое меньше)
• воздушная подушка (например, в судах на воздушной подушке)

Подшипники

Подшипник — устройство, уменьшающее трение между вращающимися деталями.

В подшипнике между осью и втулкой помещают шарики или ролики. Они катятся по поверхности — трение качения (меньшее) заменяет трение скольжения.

Благодаря подшипникам колесо автомобиля вращается легко, без больших потерь энергии.

Трение покоя

Трение покоя — это сила, возникающая при попытке сдвинуть тело с места.

Пока сила, пытающаяся сдвинуть тело, не превысит максимальную силу трения покоя, тело остаётся в покое.

Примеры:

• шкаф не сдвигается, пока толкающая сила мала
• книга лежит на наклонной поверхности и не соскальзывает

Сравнение сил трения

Для одних и тех же поверхностей:

$F_{\text{тр.покоя}}^{\max} > F_{\text{тр.скольжения}} > F_{\text{тр.качения}}$

Чтобы сдвинуть шкаф, нужно приложить бóльшую силу, чем чтобы двигать его дальше. А катить шкаф на роликах — ещё легче.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите 3 примера полезного трения.
2. Приведите 3 примера, когда трение вредит.
3. Какие способы увеличения трения вы знаете?
4. Какие способы уменьшения трения вы знаете?
5. Что такое трение покоя? Как оно соотносится с трением скольжения?