3. Силы трения

В VIII классе учащиеся получают понятие о силах сухого трения и силах трения в жидкой и газообразной среде. Для сухого трения различают трение скольжения и трение качения. Причиной трения скольжения является шероховатость трущихся поверхностей и силы молекулярного взаимодействия в местах их соприкосновения. Основной причиной трения качения является деформация опоры и катящегося тела, в результате чего тело все время как бы вкатывается вверх на постоянно возникающий перед ним бугорок. Чем тверже тело и опора, тем меньше их деформация и трение качения.

Различают также силы трения покоя и трения скольжения. Сила трения покоя может иметь любые значения от нуля до некоторой максимальной величины, численно равной силе тяги, при которой тело приходит в движение. Это максимальное значение обычно и принимают за величину силы трения покоя. При решении задач на трение скольжения используют следующие установленные опытным путем приближенные закономерности.

1. Трение покоя больше трения скольжения. Однако надо иметь в виду, что в некоторых случаях, например для трения металлических тел с очищенной поверхностью, трение скольжения может быть примерно равным предельной силе трения покоя.

2. Силы трения покоя и скольжения пропорциональны силе давления где обычно считают постоянной величиной, зависящей только от вида трения и рода трущихся поверхностей. (Строго говоря, зависит также и от ряда других факторов: давления, температуры, скорости и т. д.)

3. Коэффициент трения не зависит от величины трущихся поверхностей (это утверждение справедливо только для тех случаев, когда можно пренебречь зависимостью коэффициента трения от давления).

4. Силы и, следовательно, коэффициент трения скольжения уменьшаются с увеличением скорости, что можно объяснить «перескакиванием» неровностей трущихся поверхностей и меньшим их «зацеплением» при большей скорости.

5. Сила трения качения обычно значительно меньше силы трения скольжения (для тел, имеющих малую твердость, эта зависимость может быть обратной).

Жидкое или вязкое трение обусловлено силами молекулярного сцепления, а также взаимным обменом количествами движения при переходе молекул из одного слоя жидкости или газа в другой, имеющий иную скорость. Последний фактор имеет особенно большое значение для внутреннего трения в газах.

Используя знания, полученные учащимися в VI классе, сначала решают качественные задачи, подобные тем, которые приведены в главах 5,7. Затем главное внимание уделяют расчетным задачам, в которых используется коэффициент трения, и задачам о трении в жидкостях и газах.

Эти новые для учащихся VIII класса типы задач и приведены ниже.

395 (э). Положите на стол брусок и, постепенно увеличивая силу тяги, измерьте ее с помощью динамометра. Как изменяется сила тяги во время опыта?

396 (э). Придумайте и проделайте опыт для установления зависимости силы трения от веса тела.

397 (э). Одинаковой ли будет сила трения при перемещении бруска на плоскости по его широкой грани и по узкой грани? Ответ проверьте на опыте.

398. Коэффициент трения деревянных полозьев саней по снегу равен 0,035. Какую силу прикладывает лошадь, равномерно перемещая по горизонтальной дороге сани с грузом, общий вес которых 350 кгс? [34, № 4771.

399 (э). Зажмите в лапке штатива металлический цилиндр и, перекинув через него проволочку с гирей на конце (рис. 87), измерьте силу трения. Повторите опыт с резиновой пробкой такого же

Рис. 87.

диаметра и сделайте вывод о зависимости силы трения от рода трущихся поверхностей.

400. Почему втулки подшипников для стальных осей часто делают медными или из особого сплава — баббита?

401. Решая задачу о том, может ли электровоз массой все колеса которого ведущие, везти по горизонтальному участку пути состав в ученик ответил, что электровоз легче состава и согласно формуле он не сможет стронуть его с места. Верен ли ответ ученика?

Решение. Силу тяги электровоза определяют по формуле где — коэффициент сцепления, соответствующий коэффициенту трения покоя колес электровоза о рельсы, сцепной вес, т. е. вес электровоза, приходящийся на ведущие колеса. Сила же трения для состава весом определится по формуле где коэффициент трения качения, . Электровоз может везти состав.

402. Отвечая урок о полезном и вредном действии трения, ученик привел пример: «Для колес локомотива трение полезно, а для колес состава вредно». В чем неточность ответа ученика?

Ответ. На ведущее колесо действует сила трения покоя (скольжения), движущая поезд, и сила трения качения, препятствующая движению. На опорные колеса действует только сила трения качения. Следовательно, для колес локомотива трение покоя полезно, а трение качения вредно.

403. Где и почему быстрее течение — у дна реки или у поверхности воды?

404. Почему даже самый слабый ветерок приводит в движение в океане огромные айсберги, но только ураган может сдвинуть с места кусок льда на берегу?

Ответ. В жидкости и газе, где нет трения покоя, тело может привести в движение сколь угодно малая сила, что при сухом трении невозможно.

405. Почему легковая автомашина с матерчатым верхом развивает меньшую скорость, чем такая же машина с металлическим полированным кузовом?

Ответ. Сила трения воздуха для матерчатого кузова значительно больше, чем для полированного.