Трение скольжения. Поверхности соприкасающихся тел не являются идеально гладкими

Поверхности соприкасающихся тел не являются идеально гладкими. Их неровности, зацепляясь друг с другом, приводят к появлению силы трения, препятствующей проскальзыванию этих тел относительно друг друга. Это явление в одних случаях полезно, в других вредно. Например, без трения вообще невозможно движение автомобиля, пешехода,… (представьте себя на идеально гладком льду). Трение, существующее в различных узлах машин и механизмов, часто играет вредную роль и с ним борются, делая соответствующие поверхности более гладкими, смазывая их.

Трение — диссипативный процесс, сопровождающийся выделением тепла, электризацией тел, их разрушением и т. д.

Рассмотрим основные свойства силы трения скольжения. Проведём простейший опыт. Попытаемся вывести тело из состояния покоя (см. рис.). Приложим к нему малую силу . Тело не сдвинется с места, т. е. система сил , , и уравновешена.

Увеличивая силу до некоторого предела, мы приходим к так называемому критическому состоянию: при увеличении на бесконечно малую величину, тело выйдет из состояния покоя и начнёт двигаться. Сила трения становится меньшей силы .

Сила трения в состоянии покоя (неполная сила трения) вызвана малыми (~ 1 мкм) частично обратимыми перемещениями в зоне контакта, величина которых пропорциональна приложенной силе и изменяется с увеличением силы от нуля до максимального значения, называемого силой трения.

Опыт показывает, что величина максимальной силы трения покоя не зависит от площади соприкасающихся тел. Закон трения скольжения был сформулирован Кулоном.(1736 — 1806):

Максимальное значение силы трения пропорционально давлению тела на опорную поверхность. Коэффициент пропорциональности "f" называют коэффициентом трения скольжения.

Отметим ещё раз, что сила трения при отсутствии проскальзывания меньше, чем и равна этой величине только в критический момент перехода от состояния покоя к состоянию движения:

· экспериментальные исследования позволили установить ряд свойств силы трения:

· силы трения зависят от материала и физического состояния поверхностей трущихся тел.

· трение скольжения почти не зависит от величины относительной скорости трущихся тел.

· сила трения покоя больше силы трения движения.

· трение возрастает при увеличении предварительного контакта между телами.

· предельная величина силы трения скольжения пропорциональна силе нормального давления и определяется законом Кулона

Приведём некоторые значения коэффициентов трения

При наличии слоя смазки данная теория сухого трения не работает. В этом случае необходимо применять гидродинамику вязкой жидкости. Современные исследования показывают, что

· формулы для сил трения с постоянным коэффициентом справедливы лишь в сравнительно ограниченных областях изменения сил давления и относительных скоростей.

· в некоторых, аномальных случаях трение движения может и не быть меньшим, чем трение покоя. Примером являются материалы с высокой упругостью, например, резина.

· при увеличении скорости сила трения уменьшается, приближаясь к некоторому предельному значению.

· с увеличением удельного давления сила трения чаще всего растёт.

Направление силы трения при решении задач можно определить, например, так:

на соприкасающихся поверхностях выделяется точку их касания, и после определения направления скорости одной из точек касания по отношению к другой (реальное при проскальзывании или возможное при его отсутствии) сила трения направляется в противоположную сторону.